Freitag Magazin: Hoffnungsträger Eisen-Luft-Batterie. Mit dem e-Lkw bei Minus 32°C. Jaguars 2021er-Software nicht für 2019er Modelle. „Fat“ Audi e-tron kriegt „km-Update“.

Batterien, die mit Rost und Luft funktionieren?

Bevor wir zu dieser unerhörten Technologie kommen, ein kurzer Exkurs: erneuerbare Energieerzeugung ist ein tolle Sache. Sowohl Solar- als auch Windkraftwerke liefern Strom zu einem marktgerechten Preis. Wenn sie liefern können. Unglücklichweise bläst der Wind nicht immer und nachts scheint keine Sonne. Aber es gibt Möglichkeiten, diese Nachteile auszugleichen. 

Stromspeicher

Um das Zappel-Netz zu stabilisieren und überschüssigen Strom nicht sprichwörtlich in die Luft zu blasen, will man in Zukunft vermehrt zu Stromspeichern greifen. So existieren in den USA, Australien und auf einigen Inseln bereits riesige „Batteriefarmen“, die mit eindrucksvollen Zahlen aufwarten können. Die Vistra Group betreibt beispielsweise einen riesigen Batteriespeicher in Kalifornien mit einer Leistung von 400 MW und 1.200 MWh. Diese vergleichsweise riesigen Kapazitäten in Beziehung gesetzt: 1.200 MWh reichen für 300.000 US-Haushalte für … etwas mehr als vier Stunden. Das ist nicht viel.

Riesige Batteriefarmen mit Eisen-Luft-Akkus sollen mögliche tagelange Dunkeflauten kompensieren.

Klimawandel

Der Klimawandel arbeitet auch gegen die erneuerbaren Energien. Vor allem Dunkelflauten, aber auch Stürme führen zu einem Stillstand bei der Stromproduktion. Solarzellen können unwiderbringlich zerstört werden oder funktionieren bei bedecktem Himmel so gut wie gar nicht. Und wenn der Wind zu stark bläst, müssen Windkraftwerke abgeschaltet werden. Mit anderen Worten: der Ausfall der CO2-freien Energieerzeugung kann in Zukunft länger dauern. Dann bleiben nur Backup-Kraftwerke die mit Gas oder Kohle betrieben werden. Das will man natürlich vermeiden. Um dem entgegenzusteuern, müssen Batterien mehr Strom, länger zur Verfügung stellen können. Und die Kosten müssen überschaubar bleiben.

Li-Ionen- vs Fe-Luft-Batterien

Das US Start-up Form energy will mit der sogenannten Eisen-Luft-Batterie die Stromspeicherung revolutionieren. Zum einen ist Eisen auf der Erde der vierthäufigste Element und zum anderen sind Fe-Luft-Batterien leichter zu recyclen.

„Reversibles Rosten“ als Batterietechnologie. Beim Entladen benötigt die Batterie Sauerstoff der Luft und wandelt Eisen in Rost um. Beim Laden wird der Prozess umgedreht.

„Reversibles Rosten“

Aber wie funktioniert die Batterie denn nun? In die Kladde gesprochen wird durch Eisen (Fe) und Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O) Rost produziert. Der dann einsetzende Prozess stellt neben Fe(OH)2 (Rost) auch Strom her. Beim Laden wird der Prozess umgedreht. Strom wird aufgewendet um wieder die Bestandteile Eisen, Sauerstoff und Wasser herzustellen. 

Form energy will mit diesem Prozess eine Effizienz von 80 Prozent erreichen. Und: die Kosten pro kWh sollen auf weniger als 20 US-$ sinken. Zum Vergleich: eine Anlage mit Li-Ionen-Batterien liegt derzeit noch bei 132 – 245 US-$ pro kWh. Dabei ist die Idee der Fe-Luft-Batterie ist nicht wirklich neu. Schon 1968 beschäftigte sich die NASA mit solchen Akkus. Leider verhinderten technische Hürden eine weitere Entwicklung. 

Form energy hat wichtige Fürsprecher und Investoren gefunden. Über 240 Mio. $ an Fördergeldern haben Jeff Bezos, Bill Gates und der Stahl-Konzern Arcelor Mittal bereits in das Start up gesteckt. Die erste „Proof-of-the-Pudding“-Installation soll 2023 ans Netz gehen und mit 1 MWh Speicherkapazität Strom bis zu 150 h speichern können.

Bevor nun die Fragen noch einem Einsatz in Fahrzeugen kommen: nein, die Energiedichte der Batterien ist viel zu gering. Sie eignen sich tatsächlich nur als stationäre Akkus, die den Strom über lange Zeit abgeben können.

Youtuber Matt Ferrel hat alle diese Informationen (und noch viel mehr) hervorragend in einem 12-Minuten-Youtube-Beitrag zusammengefasst. Ein „Must-See“ für alle, die auf dem Laufenden bleiben wollen.

Der Jaguar ist zwar OTA-Update-fähig, aber die ersten I-PACE (2019/2020) kommen leider nicht in den Genuss der neuen Software Pivi Pro. Die „alte“ Hardware ist offenbar nicht für das neue „OS“ geeignet.

Nachtrag zum Jaguar I-PACE-Artikel: Software

Anfang Oktober fuhren wir mit dem neusten Jaguar I-PACE die e-engine-Normrunde. Das 2021er-Modell des britischen Luxus-Stromers brillierte vor allem durch seine revidierte Software. Wir wollten wissen, ob diese verbesserte Software auch für die ersten I-PACE aus 2019 geeignet sei.

Spoiler: nein. Tesla hat gezeigt, dass man durch OTA-Updates in der Lage ist, Fahrzeuge auf dem neuesten (digitalen) Stand zu halten. Dabei ist es völlig egal, ob es sich um ein Fahrzeug von 2019 oder 2022 handelt. Die Firmenpolitik der Kalifornier basiert darauf, dem Konsumenten immer das bestmögliche Erlebnis auf lange Zeit zu ermöglichen. Damit folgt man den typischen Upgrade-Zyklen der IT-Industrie. Jaguar war einer der ersten Hersteller, der OTA-Updates neben Tesla einführte. Damit haben sich aber bereits alle Gemeinsamkeiten erschöpft.

2019 wurde im I-PACE die Touch-Pro Software verwendet. Im Modelljahr 2021 heißt die Software Pivi Pro. Pivi Pro verfügt laut Aussagen eines Jaguar-Sprechers über eine komplett neue Architektur, ein Update der alten Fahrzeuge ist damit nicht möglich. Nun ja. Stellen Sie sich vor, ihr neuer PC bekommt eine neue OS-Software nach 2 Jahren und der Hersteller teilt Ihnen mit, dass Sie leider einen neuen PC kaufen müssen, wenn Sie diese Software nutzen wollen … 

„Fat“ Audi e-etron: bekommt ein Update für mehr Energieeffizienz. Bis zu 20 (!) Mehrkilometer sollen so für die Modelljahre 2019 und 2020 drin sein!

Apropos Updates: Mehr Reichweite für den Audi e-tron 55 (2019/2020)

Der berühmte „Fat“ Audi e-tron. Bereits kurz nach seiner Einführung monierten viele die suboptimalen Reichweiten des Ingolstädters. Tatsächlich ist die Energieeffizienz verglichen mit Tesla eher mau. Audi konnte dieses Manko allerdings durch eine hervorragende Laderate wett machen. Der e-tron lädt äußerst schnell, da er hohe Ladeleistungen verträgt.

Nun hat Audi ein „Reichweiten-Update“ für e-trons der Modelljahre 2019 und 2020 angekündigt. Bis zu 20 Extrakilometer sollen damit im realen Fahrbetrieb drin sein, mithin die Effizienz der alten Boliden gesteigert werden. Erreicht wird dies unter anderem durch eine Erhöhung der Netto-Kapazität der älteren Modelle. Die soll nun auf 86 kWh gesteigert worden sein. Ev-Database gab den „Fat“ Audi bereits mit 86,5 kWh netto an. Das Update optimiert darüber hinaus die Steuerung des vorderen Elektromotors, der nun komplett abgekoppelt und stromlos geschaltet werden kann. Auch die Kühlung wird durch das Update verbessert.

Da es sich bei Audi um einen klassischen OEM handelt, kann dieses Software-Update natürlich nicht OTA empfangen werden. Eine Fahrt in die Werkstatt wird dem geneigten Audi-Piloten leider nicht erspart bleiben …

E-Lkw unter realen Winter-Bedingungen: Knapp 300 Kilometer mit 14 Tonnen Nutzlast bei arktischen Temperaturen.

Mit dem Elektro-Laster bei polaren Temperaturen? Könnte spannend werden!

Mit der Elektrifizierung des Schwerlastverkehrs ist das so eine Sache. Solange es um Kurzstrecken geht, dürfte das kein Problem sein. Was ist aber, wenn die Strecken länger werden und kaltes Klima die Reichweiten noch weiter verkürzt?

Im Winter 2021 haben Volvo Trucks, ABB und Vattenfall in Zusammenarbeit mit dem Bergbauunternehmen Kaunis Iron und Wist Last & Buss einen Versuch durchgeführt, um die Grenzen des Möglichen zu testen. Wäre es möglich, den normalen dieselbetriebenen Transport von Erzkonzentrat, d.h. fein gemahlenem Eisenerz, von der Eisenerzmine in Kaunisvaara zum Umschlagbahnhof an der Eisenerzbahnlinie durch Elektro-Lkw zu ersetzen? Was wäre dafür erforderlich? Und was passiert, wenn die Temperatur auf minus 30 Grad sinkt?

Wenn nur das Laden nicht wäre: Klamme Finger bei bis zu -32 °C. Da wird beim Diesel der Kraftstoff ohne Vorsorge bereits recht „sulzig“.

280 Kilometer unter arktischen Bedingungen

Der Test begann im Februar und lief über vier Wochen. Die Aufgabe bestand darin, einen vollständig batteriebetriebenen Volvo FMX von der Heimatbasis in Junosuando zur Mine in Kaunisvaara zu fahren und dann die Ladung in Pitkäjärvi zu entladen, wo das Erz für den Weitertransport zum Hafen Narvik in Norwegen auf die Eisenbahn umgeladen wurde. Dies ist ein 280 Kilometer langer Hin- und Rückweg, der normalerweise mit dieselbetriebenen Fahrzeugen zurückgelegt wird.

Vattenfall beteiligte sich mit seiner Servicelösung Power-as-a-Service, die die Installation, den Betrieb und die Sicherstellung der Funktion der Ladestationen umfasste. Vattenfall war auch der Stromlieferant für das Projekt.

Und wie ist es gelaufen? In einem Interview sagte Lino Martino, einer der Lkw-Fahrer, der das Elektrofahrzeug im polaren Winter gefahren hat:

„Ich muss sagen, dass es die Erwartungen übertroffen hat. Der Test hat bewiesen, dass es mit Strom funktioniert. Auch wenn die Ladestopps ein Nachteil waren, konnten wir die gesamte Strecke fahren, einschließlich 140 Kilometer mit 14 Tonnen Erzkonzentrat im Kipper, von der Mine zur Umladestation und wieder zurück. Und dann noch die Kälte, die wir hier oben im Winter haben. Die Temperaturen sinken höchstens auf -32 Grad. Dann wird es kalt, trotz des Schneemobilanzugs, den ich trage“, sagt er.

Fakten über das Pilotprojekt

Teilnehmer: Kaunis Iron, Vattenfall, Volvo Lastvagnar, ABB und Wist Last & Buss.
Versuchszeitraum: Februar 2021.
Fahrzeug: Batterie-elektrischer Volvo FMX.
Bruttogewicht: 32 Tonnen.
Ladegewicht: Ungefähr 15 Tonnen.
Antriebsstrang: Vollelektrisch, 400 kW, mit 2 Gängen.
Batterie: Lithium-Ionen mit einer Nennkapazität von 264 kWh.
Ladegerät: ABB liefert drei leistungsstarke Ladegeräte mit je 175 kW. Die Ladegeräte sind auf 350 kW erweiterbar und verfügen über CCS-Stecker.

Fotos: Matt Ferrel (Youtube Stills), Volvo Trucks, Audi, Jaguar, e-engine, Form energy