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Aug 31, 2023

Wrights Gesetz ermöglicht es Elektrofahrzeug-Nischen, in die Zukunft zu springen – oder auch nicht

OEMs, die versuchen, maßgeschneiderte technische Lösungen, Nischenchemie oder kundenspezifische Lösungen anzubieten

OEMs, die versuchen, maßgeschneiderte technische Lösungen, Nischenchemie oder maßgeschneiderte Batteriebaugruppen auf den Markt zu bringen, treffen die falschen strategischen Entscheidungen.

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Wasser-, Wind- und Erdtransportnischen profitieren von Elektroautos

In den letzten Wochen habe ich einige Gespräche geführt, die mir klar gemacht haben, welchen Wert die Elektrifizierung von Autos und leichten Lastkraftwagen haben wird und welche Tentakel des Guten daraus bis in alle Ecken und Winkel auf der ganzen Welt reichen werden. Und natürlich gibt es Firmen, die die strategische Chance ignorieren und mutig in Sackgassen rennen, manchmal ohne den Rückwärtsgang einzulegen.

Beginnen wir mit einem weniger aktuellen Gespräch, meinem Chat mit Professor Bent Flyvbjerg, dänischer Ritter, Oxford- und Kopenhagen-Professor und weltweit führender Experte darüber, warum Megaprojekte im Wert von über einer Milliarde Dollar erfolgreich sind und scheitern. Er und der Co-Autor seines kürzlich erschienenen Buches „How Big Things Get Done“, Dan Gardner, haben sich vor ein paar Jahren an mich gewandt, weil ich zufällig alle paar Jahre das natürliche Experiment in China zwischen erneuerbaren Energien und Kernenergie bewertet habe . Das neunte Kapitel ihres Buches „What's Your Lego?“ befasste sich mit Modularität, einem Mechanismus zur Beschleunigung und Reduzierung des Risikos jedes Projekts, falls vorhanden – mein Material war sehr aufeinander abgestimmt und sie wollten es einbeziehen und haben es auch getan.

Jährliche Erzeugung in TWh durch Wind-, Solar- und Atomenergie in China im Zeitraum 2010–2021. Grafik von Mike Barnard.

Meine These aus dem Jahr 2014 war, dass die Modularität von Wind- und Solarenergie eine viel schnellere Skalierung ermöglichen würde als die Kernenergie, und dass die Erfahrung Chinas, wo alle angeblichen Hindernisse für die Kernenergie beseitigt wurden, dies deutlich machen würde. Genau das ist passiert. Chinas Atomprogramm hat seine Ziele nicht erreicht und erreichte 2016 und 2018 seinen Höhepunkt. Unterdessen haben seine Wind- und Solarprogramme die Ziele massiv übertroffen. Das Land hat in den ersten Monaten des Jahres 2023 48 GW neue Solarenergie installiert und wird in diesem Jahr voraussichtlich weit über 100 GW neue Solarenergie erreichen. Wie Laurent Segalen und Gerard Reid von Redefining Energy gerne betonen, nähern wir uns in diesem Jahr weltweit einer neuen Solarkapazität von einem Gigawatt pro Tag.

Aber was hat Modularität mit Elektrofahrzeugen und Transportnischen zu tun?

Zuerst mein Gespräch mit David Cebon, Professor für Maschinenbau in Cambridge, Direktor des Zentrums für nachhaltigen Straßengüterverkehr und Gründungsmitglied der Hydrogen Science Coalition. Ich habe mir vor ein paar Monaten die Tagesordnung ihrer Jahreskonferenz angeschaut, um zu sehen, welche Erkenntnisse dabei herauskamen, und mir ist aufgefallen, dass auf der Tagesordnung fast kein Thema Wasserstoff stand. Der Podcast wird demnächst zum Thema Redefining Energy – Tech erscheinen, also halten Sie die Augen offen.

Eines der Dinge, die Cebon und ich angesprochen haben, war, dass Straßengüterwagen im Vergleich zu Personenkraftwagen zahlenmäßig eine Nische darstellten, aber von der absurden Anzahl an Motoren und Batterien profitieren konnten, die dieses Segment herstellte. Darüber hinaus untersuchten wir den großen Vorteil von Tesla gegenüber anderen OEMs bei der Wiederverwendung ihrer Erfahrungen mit Motoren und Batteriepaketen im Tesla Semi. Zu Cebons Projekten gehörte das Einholen von Angeboten großer OEMs für Elektro-Güterzugmaschinen, die sie dazu zwangen, Zahlen aufzuschreiben, und er stellte fest, dass Nicht-Tesla-OEMs mit dem Dreifachen der Kapitalkosten für ihre Diesel-Lkw rechneten, nämlich 300.000 £ gegenüber 100.000 £. In der Zwischenzeit wurde berichtet, dass Teslas Semi einen Wert von 200.000 Pfund habe, was eine erhebliche Kostenersparnis gegenüber älteren OEMs darstelle.

Als nächstes folgte mein Mittagessen mit Marc-Henry de Jong, Mitbegründer von ELECTRON Aviation, einem Start-up für die elektrische Luftfahrt, an dessen Unterstützung ich in den letzten Jahren eine untergeordnete Rolle gespielt hatte. Als ich kürzlich in London war, lud er mich freundlicherweise zum Mittagessen in der Ivy Soho Brasserie in Soho ein. Neben gutem Essen ging es unter anderem um die Kraftwirkung bei der Arbeit mit Bodenbatterien und Ladegeräten für Elektrofahrzeuge. Die relativ geringen Stückzahlen in der Luftfahrt würden nie zu einer Verdoppelung der Produktion nach Wrights Gesetz führen, die die Kosten für den Antriebsstrang um 20 bis 27 % senken würde. Daher nutzte man die Vorteile der Millionen von jährlich verkauften Autos aus, indem man sich so weit wie möglich auf Bodenbatterien für Elektrofahrzeuge konzentrierte. ELECTRON und andere Start-ups der elektrischen Luftfahrt versuchen, dumme Dinge zu vermeiden, wie zum Beispiel so zu tun, als ob Origami-Flugzeuge Sinn ergeben oder dass es einen Markt für Hunderttausende von ihnen über Städten gibt. Stattdessen nutzen sie bestehende Technologien, um bestehende Luftfahrtmärkte zu erobern.

Dann fuhr ich von London nach Norden nach Glasgow, dem Grund, warum ich überhaupt in Großbritannien war. Stena Sphere, ein großes privates schwedisches Schifffahrtsunternehmen, hatte mich zu ihrem technischen Gipfel eingeladen, bei dem technische Führungskräfte aus ihren verschiedenen Geschäftsbereichen – Roll-on-Roll-off, Passagier-, Fähr-, Bohr- und Massengutunternehmen – zusammenkamen, um Einblicke und Erkenntnisse auszutauschen Finden Sie Strategien für den Umgang mit einer sich verändernden Welt. Stena Teknik, der Innovations-, Design- und Transformationszweig von Stena Sphere, organisierte die Veranstaltung und hatte beschlossen, Vertreter verschiedener maritimer Dekarbonisierungsperspektiven für eine Debatte auf die Bühne zu holen.

Ein Vertreter der Methanolindustrie war vor Ort, um über die angeblichen Vorteile dieses Weges zu sprechen, und davon gibt es einige, obwohl ich denke, dass dies nicht die optimale Wahl ist. Der CTO eines nuklearbetriebenen Schifffahrtsunternehmens war dort, um über die Nische der sehr großen Langstreckenschiffe mit ihren übermäßigen Emissionen zu sprechen, in der er und seine Kollegen kleine modulare Salzreaktoren für machbar hielten. Ein Vertreter des Ammoniakbrennstoffs war eingeladen, konnte jedoch nicht teilnehmen. Ich war mit meiner Prognose für die Tonnage der Seeschifffahrt und das Szenario mit Biokraftstoffen und Batterien bis zum Jahr 2100 dabei, was offenbar eine Art Abwechslung und Augenöffner war.

Und Rakshith Sachitanand, CTO des schwedischen Unternehmens Echandia, war vor Ort und sprach darüber, wie das Unternehmen bereits Seeschiffe elektrifiziert und wie die verschiedenen Formen des Antriebs, der Hybridisierung und der Hilfsenergie heute ihren Zweck erfüllen. Die Lösung von Echandia war insofern interessant, als das Unternehmen Lithium-Titanoxid-Chemikalien als Energiespeicherlösung gewählt hatte. Wie ich dem Publikum und in einem kürzlich hier erschienenen Artikel anmerkte, verfügt diese Technologie derzeit über ein Drittel der Energiedichte der Lithium-Ionen-Zellen von Tesla, so dass allein ein Austausch der Zellen die Reichweite von 40 auf 120 Seemeilen und von 74 auf 222 Kilometer verdreifachen würde.

Während der Zeit, die ich mit Stena verbrachte, wurde in verschiedenen Gesprächen darauf hingewiesen, dass die Batteriepreise zur Erhöhung der Energiedichte zwar in der Automobilwelt stark gesunken waren, dies jedoch in der Schifffahrtswelt nicht der Fall war. Meine Beobachtung, die auch von Sachitanand bestätigt wurde, war, dass der Einsatz von Autobatterien dem Prozess der maritimen Elektrifizierung zugute kommen würde. Wenn die Erinnerung den Nebel des Jetlags und zu vielen geselligen Mahlzeiten mit tollen Menschen überdauert, arbeitet Echandia an einer Lösung, die die derzeitige Lithium-Titan-Lösung durch Lithium-Ionen oder Lithiumphosphat ersetzt.

Das Wright-Gesetz macht deutlich, warum der Preis von Lithium-Ionen-Batterien pro Wattstunde und Kilogramm (Wh/kg) stark gesunken ist und sie voraussichtlich nahezu ihr chemisches Potenzial von 700 Wh/kg erreichen werden. Wir stellen jedes Jahr Millionen davon her und stecken sie in alles hinein.

Dabei sind zwei Formfaktoren zu berücksichtigen: Zelle und Beutel. Wir alle kennen die kleinen Zylinder mit + an einem Ende und – am anderen Ende. Das ist der Formfaktor, der in Teslas zu großen Paketen zusammengebaut wird. Der andere Formfaktor sind flache Beutel, und die meisten von uns erkennen sie nicht, da wir unsere elektronischen Geräte nicht zerlegen, um mit Schraubenziehern und Ähnlichem in das Innere zu stechen. Ich habe das ein paar Mal gemacht, aber es wird im Allgemeinen nicht empfohlen, da es zum Erlöschen von Garantien führen kann, ganz zu schweigen von der Beeinträchtigung der Funktionalität.

Beide werden in enormer Zahl verwendet. Beide haben enorme Skaleneffekte. Beide verfügen unabhängig von den darin enthaltenen Chemikalien über einen erheblichen Automatisierungsgrad in der Fertigung und Montage. Beide ermöglichen es jeder Batteriechemie, die in sie passt, zumindest einige der Modularitätsvorteile des Wright-Gesetzes zu nutzen.

Abschließend habe ich diese Woche mit einem Nachhaltigkeitsführer für einen milliardenschweren Hafenbesitzer und -betreiber gesprochen, in dessen Häfen 5–10 % der weltweiten Fracht abgewickelt und in die Schifffahrtsindustrie zurückgeführt werden. Das ist ein interessanter Raum mit 20–50.000 Tonnen CO2e pro Jahr und Hafenemissionen aus ihrem Betrieb, natürlich ohne den Treibstoff für die Schiffe, so wie der Energieverbrauch von Flughäfen nur einen Bruchteil des Energieverbrauchs von Flugzeugen ausmacht.

Häfen sind ein Segment, mit dem ich mich beschäftige, weil ich befürchte, dass die Bemühungen zur maritimen Dekarbonisierung nicht systematisch über die Auswirkungen nachdenken, die sich aus der Notwendigkeit ergeben, nicht nur Varianten von Erdölprodukten, sondern auch Biokraftstoffe, Ammoniak, Methanol und Elektronen zu bunkern, und meine Diskussion bestätigte, dass es ein Albtraum hinsichtlich der Logistik- und Infrastrukturkosten sein würde. Mehr dazu später.

Aber auch die Elektrifizierung der Häfen selbst war ein zentrales Thema. Die meisten der großen stationären Kräne, die Fracht und Container in und aus Schiffen befördern, sind bereits elektrifiziert. Häfen sind daher bereits große Stromverbraucher, da der vertikale und horizontale Transport eines mit 60 Tonnen beladenen Containers Dutzende Meter vertikal und horizontal einen nicht unerheblichen Strom- und Energieverbrauch darstellt.

Mein Kontakt konzentrierte sich auf mobile Bodencontainertransportfahrzeuge, sowohl auf diejenigen, die sie von Lastwagen, Zügen und am Boden abtransportierten, als auch auf die Traktoren, die sie in den Häfen herumbeförderten, über die ich vor etwa einem Dutzend Jahren schrieb, als ich für CN Rail arbeitete. Angesichts der massiven Standardisierung und Modularität, die Transportcontainer mit sich gebracht haben, hätte man annehmen können, dass es auch zu einer Standardisierung dieser Landfahrzeuge für den Containerumschlag gekommen wäre und dass bei deren Elektrifizierung die Standardisierungs- und Modularitätsvorteile von Straßenfahrzeugen ausgenutzt worden wären.

Scheinbar nicht. Die maritime Industrie, abgesehen von der Containerisierung, scheint die maßgeschneiderten technischen Lösungen zu mögen, die sie von Schiffen verlangt, daher ist das Segment der Bodenfahrzeuge ein Durcheinander von Variationen, einmaligen Lösungen und Kosten. Es gibt keine Größenvorteile, wenn Fahrzeuge in Einheitsgröße die 800 Häfen auf der ganzen Welt füllen. Und elektrische Versionen davon von europäischen OEMs, die Fahrzeuge in dieses Segment liefern, sind viel teurer. Es überrascht mich nicht, dass chinesische OEM-Produkte, die elektrifiziert waren, im Vergleich der Gesamtbetriebskosten bereits gleichwertig waren, was ich im Laufe der Jahre mehrfach festgestellt habe, zuletzt bei einer Untersuchung europäischer Verkehrsunternehmen, die sich für chinesische Elektrobusse einsetzen.

Nischensegmente des Bodentransports wie Häfen, Flughäfen und Lagerhäuser werden von OEMs, die auf Batterien und Motoren in großen Stückzahlen aus dem Segment der Bodenleichtfahrzeuge umsteigen, deutlich besser bedient. OEMs, die versuchen, maßgeschneiderte technische Lösungen, Nischenchemie oder maßgeschneiderte Batteriebaugruppen auf den Markt zu bringen, treffen die falschen strategischen Entscheidungen. Standardisieren Sie nach Möglichkeit Massenkomponenten in Fahrzeugen, sonst verlieren Sie im Wettbewerb.

ist Mitglied des Beirats des Elektro-Luftfahrt-Startups FLIMAX, Chefstratege bei TFIE Strategy und Mitbegründer von distnc Technologies. Er moderiert den Redefining Energy – Tech-Podcast (https://shorturl.at/tuEF5) und ist Teil des preisgekrönten Redefining Energy-Teams. Er verbringt seine Zeit damit, Szenarien für die Dekarbonisierung für 40 bis 80 Jahre in die Zukunft zu entwerfen und Führungskräften, Vorständen und Investoren dabei zu helfen, heute kluge Entscheidungen zu treffen. Ob es um die Betankung der Luftfahrt, Netzspeicherung, Vehicle-to-Grid oder Wasserstoffnachfrage geht, seine Arbeit basiert auf Grundlagen der Physik, der Wirtschaft und der menschlichen Natur und ist geprägt von den Dekarbonisierungsanforderungen und Innovationen verschiedener Bereiche. Seine Führungspositionen in Nordamerika, Asien und Lateinamerika stärkten seine globale Sichtweise. Er veröffentlicht regelmäßig in mehreren Medien zu den Themen Innovation, Wirtschaft, Technologie und Politik. Er steht für Vorstands-, Strategieberater- und Vortragstätigkeiten zur Verfügung.

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