Energieeffiziente Kupferwerkstoffe sind wichtige Komponenten der Elektromobilität

Laut aktuellem Index Elektromobilität von Roland Berger und der Forschungsgesellschaft Kraftfahrtwesen Aachen weisen die deutschen Hersteller von elektrisch- bzw. batteriebetriebenen Fahrzeugen hohe Zuwachsraten von rund 100 Prozent bei der Produktionsmenge von Elektro- und Hybridfahrzeugen auf. Weltweit steigt die Produktion entsprechender Fahrzeuge ebenfalls von Jahr zu Jahr. Und auch auf technologischer Ebene wird weiter optimiert: ob an der Batterie, der Reichweite oder dem Gewicht. Doch wie bewegen wir uns im Jahr 2050 wirklich fort? Wie die Zukunftskonzepte auch aussehen mögen, das bedeutende Funktionsmetall Kupfer wird dabei immer eine wesentliche Rolle spielen – bei den Antrieben, den Energiespeichern und der Leistungselektronik ebenso wie beim Ausbau des Infrastrukturnetzes.

Verbunden mit einem effizienten Energienetz können Elektrifizierung, Automatisierung und Digitalisierung neue Ansätze zur Verfügung stellen, um die zukünftigen Herausforderungen der Mobilität zu bewältigen. Darüber hinaus ist der elektrisierte Straßentransport auch der kostengünstigste Weg, um Energieeffizienz zu erreichen, da ein Batterie betriebenes Elektrofahrzeug mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von 15 Jahren und einem 2,5-mal höheren Wirkungsgrad als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor eine hohe Effizienz darstellt, die sich weiter verbessern wird. Erneuerbare Energien nehmen zudem einen wachsenden Anteil an der Stromerzeugung ein.

Da die Dekarbonisierung der Elektrizität der allgemeinen Planung weit voraus ist, ist es wahrscheinlich, dass die Massennutzung von Elektrofahrzeigen zu einer vollständigen Dekarbonisierung des Straßenverkehrs weit vor 2050 führen könnte. Kupfer ist eines der Schlüsselmaterialien, die diesen Übergang ermöglichen. Im Durchschnitt enthält ein Elektrofahrzeug fast dreimal mehr Kupfer als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Die Hälfte dieses Kupfers wird dabei für das Batteriesystem verwendet. Auch bei der Erzeugung von Strom aus Erneuerbaren Energien und der zum Laden von Elektrofahrzeugen notwendigen Infrastruktur wird Kupfer stark genutzt.

Kupfer ist unverzichtbar

Schon allein der Lithium-Ionen-Akkumulator besteht zu rund 18% aus Kupfer, da stets die Kathode aus Aluminium und die Anode aus Kupfer als Trägermaterial aufgebaut werden. Mindestens ein Antriebsmotor und ein Umrichter tragen das ihre dazu bei, dass sich in einem solchen Fahrzeug gut und gerne dreimal so viel Kupfer findet wie in einem konventionellen mit Verbrennungsmotor – nämlich rund 25 kg im durchschnittlichen Benziner-Mittelklassefahrzeug. Für die Zukunft rechnet man hier sogar mit bis zu 40 kg, da durch den Wunsch nach mehr Komfort viele kleine Elektromotoren benötigt werden, die Kupfer brauchen. Der höchste Kupferanteil beim Fahrzeug mit Verbrennungsmotor entfällt dabei aber nach wie vor mit 44 – 50 Prozent auf den Kabelbaum. Anders sieht es beim E-Auto aus: Die größte Zunahme des Kupfergewichts ist im Bereich der bei elektrifizierten Fahrzeugen neu hinzukommenden Komponenten – Antriebsenergiespeicher, Elektromotor, Hochvoltbordnetz, Leistungselektronik etc. – zu erwarten. Bei einem Plug-in-Hybrid können das in der Mittelklasse bis über 73 kg Kupfer sein, während das E-Auto knapp darunter liegt.

Generell ist Kupfer bei der Energiewende ein ebenso wichtiges Element wie im Bereich der erneuerbaren Energien. Eine hohe Leitfähigkeit und seine hervorragenden Korrosionseigenschaften prädestinieren den Werkstoff auch hier für viele Einsatzbereiche. So ist Kupfer natürlich auch ein Bestandteil von Stromtankstellen, ob solar oder konventionell. Und auch in der automobilen Kommunikationstechnik bzw. der Kommunikation zwischen Fahrzeug und Netz ist das Material wie in anderen Bereichen der Datenübertragung zu finden.

Wen übrigens die Sorge nach der Verfügbarkeit des Werkstoffes umtreibt, der sei beruhigt: Laut der der USGS, der US-amerikanische United States Geological Survey wurden im Jahr 2013 die weltweiten Reserven mit ca. 680 Mio. t Kupfer angegeben.