Elektroautos sind Realität

Abb. 1: Brennstoffzellenauto Mirai Modell 2021 von ToyotaGegenwärtig vergeht kein einziger Tag, ohne dass man über Elektrofahrzeuge (EV) hören oder lesen kann. Hierbei umfasst das Kürzel EV das batteriebetriebene Fahrzeug (BEV), wie die Europäer es gerne unterscheiden, das Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), das Hybridfahrzeug (HEV) und das Brennstoffzellenfahrzeug (FCV, Hydrogen Fuel Cell). Die Chinesen nennen all das einfach New Energy Vehicle (NEV).

Elektrofahrzeuge kennen wir seit vielen Jahren als Golfcarts, Gabelstapler, Elektrofahrräder usw. Mit dem Aufkommen der leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterien wurden langstreckentaugliche Elektrofahrzeuge möglich. Manche können mit voll aufgeladener Batterie mehr als 800 km zurücklegen, wobei ein solches Premium-Modell immer noch sehr teuer ist. Es heißt, dass Toyotas neues FCV Mirai (japanisch ,Zukunft'), das 2020 eingeführt wurde, mit drei Wasserstofftanks 850 km zurücklegen kann. Im Mai 2021 wurde bekanntgegeben, dass bei einer Testfahrt in und um Paris mit einmaliger Füllung aller drei Tanks durch verbrauchsschonenden Fahrstil eine Strecke von mehr als 1000 km gefahren wurde, was neuer Weltrekord ist. Betankt wurde der Mirai für den Rekordversuch mit grün produziertem Wasserstoff (Abb. 1, 2).

Das Batteriepack besteht aus 330 Zellen mit einer spezifischen Leistungsdichte von 5,4 kW pro Liter. Die Basisvariante des Mirai wird in Europa vom Hersteller für 63 900 Euro angeboten [1]. Weitere Grundparameter: Wasserstoffverbrauch kombiniert 0,89–0,79 kg/ 100km. Stromverbrauch kombiniert 0 kW/100km, CO₂-Emissionen kombiniert 0 g/km. Durch den Einsatz von KI kann das Predictive Efficient Drive des Mirai – wie auch bei Toyota Hybriden – wiederholt gefahrene Routen lernen, um das Laden und Entladen der Batterie zu optimieren und Kraftstoffverbrauch und Reichweite zu maximieren.

Im Gegensatz zum Aufladen von BEV, für das immer noch viele Minuten bis über eine Stunde benötigt werden, kann Wasserstoffgas in weniger als fünf Minuten eingefüllt werden und die Kosten für unter Druck stehendes Wasserstoffgas betragen gemäß Toyota nicht mehr als für normales Benzin. Das Unternehmen plant, die Produktionskapazität von Mirai bis 2030 von derzeit 30 000 Einheiten pro Jahr (2021) zu verzehnfachen. Während der Absatz von BEV in Europa aber von Jahr zu Jahr deutliche Steigerungsraten erfährt, ist der Markt für FCV konstant niedrig. Gründe dafür: Ein dünnes Wasserstoff-Tankstellennetz, hohe Fahrzeugpreise, bisher geringe Akzeptanz

Tesla führt Verkaufstabelle an

Abb. 3: Verkaufte BEV und Verkaufsziele bei Tesla sowie die fünf TOP-EV-Hersteller 2020 Die meistverkauften Elektroautos sind Teslas BEV-Modelle sowohl bezüglich Stückzahl als auch Dollarwert. Tesla hat 2020 fast eine halbe Million seiner BEV-Fahrzeuge verkauft und strebt 2021 mit den Modellen S, 3, Y usw. 900 000 verkaufte Einheiten an, was einem Zuwachs von mehr als 70 % entsprechen würde. Der Preis für das Tesla Model 3 mit Standard-Reichweite Plus von etwa 450 km betrug 2021 in Deutschland laut Tesla 40 000 €. Nach Abzug aller staatlichen Kaufstützen bzw. Wechselprämien bleiben für den Käufer noch um 30 000 €. Mit seinem Model 3 hat der Hersteller in Europa erstmals Platz 1 der meistverkauften Autos erreicht. Wie Daten des Analysehauses Jato Dynamics zeigen, wurden allein im September 24 591 Fahrzeuge der Baureihe neu zugelassen [2]. Es ist das erste Mal, dass ein Elektrofahrzeug den Monatsmarkt anführt, aber auch das erste Mal, dass ein Fahrzeug, welches außerhalb Europas hergestellt wurde, den ersten Platz belegt.

Es deutet sich eine Zeitenwende auf dem Automobilmarkt an. Seit vielen Monaten wachsen in Europa nur noch die Neuzulassungen von Elektroautos, während die Verkäufe von Benzinern und Dieselfahrzeugen kräftig gesunken sind.

Kürzlich gab ein Unternehmensvertreter von Tesla bekannt, dass man im Jahr 2030 etwa 20 Mio. Einheiten ausliefern will (Abb. 3). Diese Summe ist nicht zu hoch gegriffen, weil viele Länder rund um den Globus erwägen, den Verkauf von Autos mit Verbrennungsmotoren (ICEs) bis 2030 zu verbieten.

Andere Autoproduzenten verfolgen mit Argusaugen diesen spannenden Markt. Darunter befinden sich natürlich die traditionellen Firmen, aber auch neue Unternehmen, die in der Vergangenheit nie Autos produziert haben. Von letzteren haben viele ihren Sitz in China (über 300 sollen es sein). Hinzu kommen als neue Player IT-Konzerne wie Amazon und Elektronikgiganten wie Sony, Hon Hai (Foxconn) usw., die in jüngster Zeit ernsthafte Ambitionen äußern, sich am Automarkt der nahen Zukunft zu beteiligen. Dabei ergibt sich folgende Frage: Wird Tesla seine Spitzenposition auch in den kommenden Jahren behaupten können, z. B. durch den Bau der neuen BEV-Fabriken in Deutschland (Grünheide bei Berlin) und in China?

Abb. 4: Entwicklung des EV-Absatzmarktes bis 2020Es gibt viele Prognosen über den zukünftigen Absatz von Elektrofahrzeugen. Allen diesen Prognosen gemeinsam ist ‚UP and UP', also hoch und noch höher. Abbildung 4 zeigt, wie sich der reale Absatzmarkt für ,Leicht-EV-Autos’ (Pkw) der Typen BEV und PHEV bis 2020 entwickelt hat. Im letzten Jahr lag er immerhin schon bei über 3,3 Mio. Fahrzeugen. Die drei größten Märkte waren China, Deutschland und die USA. Geht man von der Relation der Bevölkerung dieser Länder aus, ist Deutschlands Position in dieser Dreiergruppe schon beachtlich.

Wie es nach Meinung von Bloomberg New Energy Finance bis 2040 weitergeht, stellt Abbildung 5 dar. China, Europa und die USA sind die führenden Erdregionen, wobei China mit seiner Riesenbevölkerungszahl hier wohl von den Autoren der Angaben für 2040 etwas unterschätzt sein dürfte. Abbildung 6 demonstriert anschaulich den Prozess des allmählichen Übergangs auf EV, wie er vorn bereits mit den Monatsabsätzen vom September 2021 anklang. Im Jahr 2040 werden Pkw und Pkw-ähnliche Leichtfahrzeuge gemäß Bloomberg-Bericht von 2018 bereits einen Anteil von 55 % am gesamten Fahrzeugverkauf dieser Gruppe haben.

Andere Marktforschungsfirmen gehen da durchaus mutiger an die Einschätzungen heran: Research and Markets beispielsweise geht in seinem Bericht von Februar 2021 davon aus, dass Elektrofahrzeuge im Jahr 2030 schon 48 % aller verkauften Neuwagen ausmachen werden [3]. Das Marktforschungsunternehmen Canalys schätzt in seinem Report ‚Electric vehicle outlook: 2021 and beyond' vom Februar 2021 ein, dass 2030 EV auch etwa 48 % aller verkauften Pkw ausmachen werden [4]. Ist das versteckte Kooperation mit Research and Markets?

Diese Beispiele zeigen einerseits, dass es sehr schwierig ist, das Tempo der Entwicklung des EV-Marktes einigermaßen richtig einzuschätzen, anderserseits, dass das Tempo von Jahr zu Jahr deutlich zunimmt.

Beschleunigungsfaktor sinkende Akkupreise

Die Preise für Lithium-Ionen-Akkus fielen von 2010 bis 2020 um 89 %, wobei der volumengewichtete Durchschnitt 137 USD/kWh erreichte [5]. Die zugrunde liegenden Materialpreise werden in Zukunft eine größere Rolle spielen, aber die Einführung neuer Chemikalien, neuer Herstellungstechniken und vereinfachter Packungsdesigns lassen die Preise weiter sinken. Tesla hat Anfang November 2021 berichtet, dass seine E-Autos demnächst schrittweise mit preiswerteren Batterien ausgestattet werden. Der magische Punkt 100 USD/kWh wird für die weitere Entwicklung des Absatzes von EV als entscheidend angesehen. Man erwartet ihn für 2023. Dann werden Elektroautos preislich konkurrenzfähig zu konventionellen Autos sein und die Verkaufszahlen deutlich wachsen [6]. Die fast vollständige Elektrifizierung des gesamten Straßenverkehrs trägt gemäß Bloomberg im Jahr 2050 etwa 25 % zum weltweiten Strombedarf bei, was nichts anderes heißt, dass enorme zusätzliche Stromerzeugungskapazitäten im Vergleich zu jetzt in Form von ,grüner Energie' bereitgestellt werden müssen – parallel zum Übergang von dem jetzigen fossilen auf ,grünen' Strom.

Bloomberg veröffentlichte bisher viele widersprüchliche Verkaufsprognosen für Elektrofahrzeuge. Im Moment, Ende 2021, hat Europa stärkere Verkäufe von Elektrofahrzeugen als die Vereinigten Staaten – vielleicht politisch begründet. Anscheinend wurden den Käufern von Elektrofahrzeugen enorme Subventionen von bis zu 10 000 € pro Elektrofahrzeug von der deutschen Regierung gewährt. Subventionen scheinen in vielen verschiedenen Formen zu kommen: Einfache Bargeldunterstützung bis hin zur Befreiung von der Autobahnmaut wie in Großbritannien usw.

Auch die von der EU festgelegten CO₂-Emissionsgrenzwerte scheinen eine große Rolle zu spielen. Im Jahr 2021 sollen sie für Pkw 95 g/km betragen. CO₂-neutral (Null-Emission) ist der Slogan der wichtigsten Länder der Welt. Dieses Ziel ist nur schwer zu erreichen, solange die Zahl der ICE-Wagen (Autos mit Verbrennungsmotoren) nicht deutlich reduziert wird. Bis zum Jahresende ist nicht abzusehen, wie viele Neuwagen 2021 verkauft werden, zumal die meisten Autohersteller wegen akuter Knappheit an Halbleiterchips und anderer Komponenten wochenweise oder sogar länger ihre Werke schließen: Manche sprechen von 80–82 Mio. verkauften Einheiten. Der Absatz von Elektrofahrzeugen könnte 2021 ca. 6 Mio. Stück erreichen. Obwohl der Anteil von Elektrofahrzeugen im Jahr 2021 immer noch weniger als 10 % des gesamten Neuwagenabsatzes beträgt, ist sein Wachstum bei einer Annahme von 80 Mio. Einheiten phänomenal: von 3,3 Mio. Einheiten im Jahr 2020 auf erwartete 6 Mio. im Jahr 2021, wenn man die Zahlen in Abbildung 7 bis Ende 2021 hochrechnet. Der weltweite EV-Absatz lag im August 2021 immerhin bei 516 461 Einheiten und legte im Vergleich zum August 2020 um 114 % zu. Allein China könnte 2021 um 2,2 bis 2,4 Mio. Elektroautos verkaufen (Abb. 8). Im August wurden dort schon 284 156 Einheiten abgesetzt. In Deutschland beträgt die Absatzzahl im August 53 357 Elektrofahrzeuge (Abb. 9). Die Steigerung gegenüber August 2020 liegt bei 61 %. Es sind 27,6 % des gesamten Pkw-Verkaufes im Land.

Auswirkungen auf die Leiterplattenhersteller

Für die meisten Leiterplattenhersteller, deren Schwerpunkt bei Automobilanwendungen liegt, war 2020 kein gutes Jahr. Ihre Einnahmen gingen im Vergleich zu 2019 um durchschnittlich etwa 20 % zurück. In diesem Jahr haben sie sich bisher alle gut erholt. Die Umsatzschätzung des Autors für die PCB-Produktion in der Automobilindustrie belief sich im Jahr 2020 auf etwa 7,85 Mrd. $. Ein Teil dieses recht großen Wertes ist auf die zunehmende Auslieferung von Elektrofahrzeugen zurückzuführen, in den höherwertige Boards als in den meisten Autos mit Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Angesichts einer Erholung von 20 % und eines Währungsanstiegs von etwa 7 % in den Ländern der beiden größten PCB-Hersteller der Welt, Taiwan und China (rund 45 % aller Automobil-PCBs wurden im Jahr 2020 in China hergestellt), könnte die Automobil-PCB-Produktion 2021 bei variablen Wechselkursen 10 Mrd. $ überschreiten. Wir werden sehen.

Die Tabellen 1 und 2 auf der vorherigen Seite sind Schätzungen des Autors zum PCB-Umsatz in der Automobilindustrie von großen Herstellern weltweit bzw. Erdregionen im Jahr 2020.

N.T. information Ltd.

* Inklusive USA, Europa, Indien und SüdostasienN.T. information Ltd.

Abb. 10: Geschätzter regionaler Anteil der Automobil-PCB-Produktion im Jahr 2020 Wie bereits erwähnt, wurden etwa 45 % der Auto-PCB-Boards mit dem geschätzten Gesamtwert von 7,85 Mrd. $ in China hergestellt. Große taiwanesische und japanische Automobil-PCB-Hersteller wie Chin Poon, Tripod, Dynamic, Unimicron und Unitech aus Taiwan sowie Meiko und CMK aus Japan haben bedeutende Produktionsstätten in China. Abbildung 10 zeigt die vom Autor geschätzte regionale Verteilung der im Jahr 2020 hergestellten Automobil-Leiterplatten.

Da in China die Kapazitäten für Automobil-PCBs weiterhin wachsen und dort auch immer mehr Elektrofahrzeuge produziert werden, wird der Produktionswert in dem Land bald 50 % des Weltwertes übersteigen. Es ist davon auszugehen, dass China voraussichtlich seinen Anteil kontinuierlich steigern wird. Die ,inländische' Automobil-PCB-Produktion in den USA, Europa und Japan wird sich auf Eilaufträge, Prototypen und kleine bis mittlere Stückzahlen beschränken. Sobald es um die Massenproduktion geht, werden PCBs hauptsächlich in Asien-Pazifik-Regionen produziert, dabei insbesondere in China. Bis 2025 könnte die PCB-Produktion für die Automobilindustrie 16 bis 17 Mrd. $ erreichen, die Produktion von 2020 sich also fast verdoppeln. Wir werden sehen.

Weitere neue Geschäftsmöglichkeiten

Die hier vorgestellten Produktionsaussichten der Hersteller von Automobil-PCB demonstrieren zwar die großen Möglichkeiten der Branche in der Kfz-Fertigung direkt, doch sind sie bei genauer Betrachtung noch größer, wenn man äquivalent zum existierenden Tankstellensystem die weltweit für Elektroautos noch zu entwickelnde Ladeinfrastruktur hinzunimmt. Der gemäß Abbildung 5 und 6 bereits für 2030 zu erwartende hohe Anteil von EV lässt das große Dilemma vieler Länder erkennen bezüglich der dann notwendigen äquivalent einzurichtenden Anzahl öffentlicher als auch individueller Ladestationen und der erforderlichen zusätzlichen Strombereitstellungskapazitäten. Das betrifft auch Deutschland.

Abb. 11: Wallbox-Ladeeinrichtungen von Heidelberg findet man zunehmend an zahlreichen Orten wie Hotels, Supermärkten, Betrieben Es ist gleichzeitig ein Indiz dafür, dass neben den PCB-Produzenten sowohl die Halbleiterindustrie als auch die EMS vor guten Geschäftsmöglichkeiten stehen. Wie Heidelberger Druckmaschinen belegt, springen auch bisher branchenfremde Firmen auf den ,EV-Zug' auf. Das deutsche Unternehmen, traditionell vor allem auf die Produktion von Druckmaschinen ausgerichtet, hat sich mit der Entwicklung und Fertigung von Wallbox-Ladeeinrichtungen (z. B. vom Typ Home Eco) ein neues zusätzliches Geschäftsfeld geschaffen, welches in den kommenden Jahren erheblich ausgebaut werden soll.

Nicht nur die etablierte europäische Elektronikindustrie muss sich zukünftig verstärkt gegen neu in den Elektronikmarkt eintretende Firmen wie Heidelberg behaupten. Sie muss sich auch an der rapiden zielgerichteten Vertriebsarbeit, die beispielsweise Heidelberg an den Tag legt, messen. Bereits im April 2020 informierte das Unternehmen darüber, dass seine Boxen schon in Frankreich, Großbritannien, Italien, Niederlanden, Österreich, Schweiz und Spanien erhältlich sind. Es nutzt dazu neben den etablierten Elektronik-Verkaufsketten wie Saturn und Media Markt wesentlich die Handelsplattform Amazon. Man muss den zukünftigen Markt für EV demnach nicht nur asiatischen Ländern wie China überlassen.

Übersetzung, Bearbeitung und Ergänzung: Dr. Hartmut Poschmann

Referenzen:

[1] www.toyota.de 
[2] Tesla beendet die Ära Golf, Artikel vom 25.10.2021, www.welt.de 
[3] https://www.researchandmarkets.com/reports/5451125/electric-vehicle-outlook-2021-and-beyond 
[4] www.canalys.com/newsroom/canalys-global-electric-vehicle-sales-2020 
[5] https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/ 
[6] https://seekingalpha.com/research