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Alternative Antriebe

Elektrische Riesen: Auf dem Weg zum emissionsfreien Fernverkehr

Nutzfahrzeuge rücken immer stärken in den Fokus, wenn es darum geht, die Klimaziele zu erreichen. Etwa als batterieelektrisch getriebene Lkw. Bevor die aber auf die Langstrecke gehen können, testen Städte ihre Einsatzmöglichkeiten im lokalen Verteilerverkehr. Und parallel arbeiten Hersteller durch verbesserte Antriebe an der Serienreife für die Langstrecke.

Batterieelektrisch und emissionsfrei ist die Abfallwirtschaft München unterwegs (Foto: Michael Nagy/Presseamt München)
Batterieelektrisch und emissionsfrei ist die Abfallwirtschaft München unterwegs (Foto: Michael Nagy/Presseamt München)

Trotz Verbesserungen an der Motortechnologie der Fahrzeuge stiegen die Kohlendioxid-Emissionen im Straßengüterverkehr zwischen 1995 und 2019 von 39,3 auf 47,4 Millionen Tonnen. Dem Forschungsvorhaben StratES der Hochschule Heilbronn zufolge ist selbst das überschaubare Reduktionsziel von 15 Prozent CO2-Emissionen bis 2025 nicht mehr allein über Effizienzsteigerungen konventioneller Dieselantriebe erreichbar. Klar ist also: Alternative Antriebe für Lkw müssen her. Doch welche Möglichkeiten gibt es?

Wasserstoff bietet entscheidende Vorteile, gerade in Bezug auf die Reichweite. Doch bis eine umfassende Versorgung mit grünem Wasserstoff und eine gesicherte Infrastruktur bereitstehen, wird es sicher noch einige Zeit dauern.

Was also ist mit batterieelektrischen Lkw? Die momentan noch auf etwa 200 bis 300 Kilometer beschränkte Reichweite macht E-Lkw vor allem in Ballungsräumen zu einer attraktiven Transportmöglichkeit. Ihr emissionsfreier Antrieb trägt zur Verbesserung der Abgaswerte in dicht bebauten Städten bei und erhöht so die Lebensqualität. Und wo dieselgetriebene Lkw, etwa zur Müllentsorgung, die Anwohner früh morgens aus dem Schlaf rütteln, fahren E-Lkw nahezu geräuschlos. So könnten Transporte der Kommunal- oder Bauwirtschaft gezielt auf die Nachtzeiten ausweichen und den ohnehin dauerüberlasteten Stadtverkehr am Tag schonen.

Hinzu kommen Einsparpotenziale durch geringere Energie- und Wartungskosten, die einen großen Teil der üblichen laufenden Kosten ausmachen. Über diese Einsparungen und die subventionierte Anschaffung amortisieren sich die höheren Kosten der elektrischen Flotte verhältnismäßig schnell.

Abgasfrei, leise und effizient: E-Lkw in München

In einem Testlauf erprobt die Abfallwirtschaft München (AWM) die Möglichkeiten des Volvo FE Electric. Der Abrollkipper erledigt dort seit November 2020 die Entsorgung der Wertstoffhöfe im Stadtgebiet. „Das Fahrzeug wird über Nacht an einer Ladesäule im Carport schonend mit 22 kWh geladen. Um die tägliche Reichweite zu erhöhen, wird der Abrollkipper während der gesetzlich vorgeschriebenen Ruhepause des Fahrers an einer Schnellladesäule mit 150 kWh zwischengeladen. Durch einen Typ-2-Anschluss ist es grundsätzlich auch möglich, an einer universellen Ladesäule zu laden“, erklärt ein Unternehmenssprecher.

Fahrer wie Stadtbewohner schätzen gleichermaßen die Ruhe in den Straßen. Statt der Motorgeräusche dominiert die wesentlich leisere Hydraulikanlage bei der Aufnahme und Entleerung der Abfallcontainer.

Kritik gibt es von der AWM nur an der Batterie: „Die hat eine Kapazität von 200 kWh und ermöglicht eine Reichweite von nur maximal 120 Kilometern. Doch wir sind im engen Kontakt mit Volvo, um die Einsatzbedingungen anzupassen und zu optimieren. Außerdem diskutieren wir die Erfahrungen mit diesem Abrollkipperfahrzeug mit den Kollegen anderer Kommunalbetriebe“, heißt es aus der AWM.

Am Prüfstand für Fahrzeugantriebe werden verschiedene Straßenzustände für E-Lkw abgebildet (Foto: Universität Kassel)
Am Prüfstand für Fahrzeugantriebe werden verschiedene Straßenzustände für E-Lkw abgebildet (Foto: Universität Kassel)

Notwendige Weiterentwicklung für die Langstrecke

Um die Weiterentwicklung von E-Lkw in Bezug auf weitere technische Fragen abseits der Batterie kümmert sich die Universität Kassel. Dafür hat die Hochschule Ende 2020 einen neuen Großprüfstand eingerichtet, der es ermöglicht, elektrische Antriebssysteme vom Transporter bis hin zum schweren Lkw unter realitätsnahen Bedingungen zu erproben.

„Mit einer Dauerleistung von 1650 kw kann der dynamische Prüfstand unterschiedliche Straßenverhältnisse abbilden. Neben Steigungen können wir dabei auch komplexere Parameter prüfen. So können etwa die Auswirkung von ungleichmäßigem Bodenkontakt der Reifen bei Glätte und andere besondere Anforderungen kontrolliert werden. Mit seinem Leistungsspektrum hat der Prüfstand für Fahrzeugantriebe momentan sicherlich ein Alleinstellungsmerkmal im Forschungsbereich.“, erläutert Prof. Michael Fister, Leiter des neuen Prüfstands an der Universität Kassel.

Auf der Langstrecke stellen die wechselnden Belastungsprofile unterschiedliche Anforderungen an das Fahrzeug und bestimmen dadurch die weitere Entwicklung. Die vorhandenen elektrischen Antriebe von Pkw ließen sich dabei nicht einfach auf Nutzfahrzeuge übertragen. Um gleichzeitig die Anforderungen ans Drehmoment und die Drehzahl zu erfüllen, sind hohe Leistungsreserven erforderlich, was Gewicht, Energieverbrauch und damit auch die Kosten erhöht.

So hätten beispielsweise batteriebetriebene Lkw mit Ein-Gang-Getrieben wie bei E-Pkw an Steigungen beträchtliche Einschränkungen, erklärt Prof. Fister. Das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur initiierte Projekt Scale-e-Drive arbeitet auch am Kasseler Prüfstand an der Optimierung des Wirkungsgrads und des Systemgewichts von Antrieben in E-Lkw.

Vollautomatische Datenerhebung am Prüfstand

Am Prüfstand des Instituts für Antriebs- und Fahrzeugtechnik, Fachgebiet Mechatronik sucht das Team um Prof. Fister deshalb unter anderem nach neuen Möglichkeiten zum schnelleren Gangwechsel bei Lkw. Durch eine verkürzte Zugkraftunterbrechung beim Schalten könnte der Leistungsverlust reduziert werden. Ein Forschungsziel, das neben neuer Getriebetechnik vor allem Zeit erfordert. „Da sich die Belastungen auf der Strecke potenziell ständig verändern können, ist die Erhebung der notwendigen Daten zur Entwicklung sehr zeitaufwendig. Mit dem vollautomatischen Prüfstand können wir mehrere Wochen durchfahren und die Geschwindigkeit der Forschung erhöhen.“, so Fister.

Vom effizienten Prüfstand und der wissenschaftlichen Kompetenz der Hochschule profitiert auch das Mercedes-Benz Werk Kassel, das im Rahmen einer Partnerschaft den Prüfstand ebenfalls nutzt. Als Kompetenzzentrum für Nutzfahrzeug-Achsen der Daimler Truck AG werden im Mercedes-Benz Werk Kassel zukünftig auch Achsen für den neuen eActros gefertigt. Der batterieelektrische Lkw für den schweren Verteilerverkehr geht noch in diesem Jahr in Serie.

Feststoffbatterien für die Zukunft

Für das Problem des hohen Gewichts der Lkw-Batterien bei gleichzeitig geringer Reichweite könnte sich auch eine Lösung abzeichnen. Die Entwicklung von Feststoffbatterien, wie sie etwa Volkswagen zusammen mit dem US-Batterie-Startup Quantumscape in Salzgitter herstellen will, könnten den entscheidenden Wandel bringen. Die Feststoffbatterie lässt sich schneller laden, das führt dazu, dass die Lebensdauer einer Feststoffbatterie deutlich höher ist als die einer Lithium-Ionen-Batterie. Zudem benötigt die Feststoffbatterie im Vergleich weniger Platz und wiegt weniger. Je schneller die Technologie serienmäßig in Pkw verbaut wird, desto mehr wird sie auch im Lkw-Bereich Anwendung finden und die notwendigen Reichweiten für den Fernverkehr erzielen. Dann, so die berechtigte Hoffnung, schreitet die Dekarbonisierung mit großen Schritten voran.

Robert E. Orten, Geschäftsführender Gesellschafter, Orten Electric Trucks
Robert E. Orten, Geschäftsführender Gesellschafter, Orten Electric Trucks

„Um die CO2- und auch die Lärmbelastung in den Innenstädten zu reduzieren, sind E-Trucks ein gutes Mittel. Für Verteilerverkehre bieten wir die Umrüstung von Lkw mit allen Arten von Umbauten an. Auch im Güternahverkehr können batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge bis 26 Tonnen Reichweiten von bis zu 300 Kilometern erzielen. In den vergangenen sechs Jahren hat Orten Electric Trucks 300 Nutzfahrzeuge elektrifiziert, die seither sechs Millionen Kilometer zurückgelegt haben.“

Robert E. Orten, Geschäftsführender Gesellschafter, Orten Electric Trucks

Serhat Yilmaz, Chief Marketing & Business Development Officer, Framo
Serhat Yilmaz, Chief Marketing & Business Development Officer, Framo

„Elektrofahrzeuge spielen ihre Klimafreundlichkeit besonders in der Kurz- und Mitteldistanz aus. Als mittelständischer Hersteller sehen wir den emissionsfreien Schwerlastverkehr als unsere Kernaufgabe. Den E-Mobility-Markt bewegt man nicht unbedingt durch Größe, sondern mit Innovationskraft, Flexibilität und der Fähigkeit, dem aktuellen Zeitgeschehen vorauszublicken.“

Serhat Yilmaz, Chief Marketing & Business Development Officer, Framo

Andreas Kammel, Senior Manager Alternative Antriebe und autonomes Fahren, Traton
Andreas Kammel, Senior Manager Alternative Antriebe und autonomes Fahren, Traton

„Dass batterieelektrische Antriebe für den Güterfernverkehr nicht geeignet seien, ist eine Legende. Batterien anstelle der schweren Dieselkomponenten reduzieren die Nutzlast nicht signifikant und können in den verpflichtenden Ruhepausen der Trucker wieder aufgeladen werden. Batterieelektrische Lkw haben im Allgemeinen die geringsten Kosten, die geringsten Emissionen und den mit Abstand höchsten CO2bang for the buck.“

Andreas Kammel, Senior Manager Alternative Antriebe und autonomes Fahren, Traton

Markus Schell, Geschäftsführender Gesellschafter, BPW Bergische Achsen KG
Markus Schell, Geschäftsführender Gesellschafter, BPW Bergische Achsen KG

 Unser Achsantrieb hat das Potenzial, dem elektrischen Lkw zum Durchbruch zu verhelfen, weil er Fahrzeugherstellern hinsichtlich Reichweite, Zuladung, Fahrleistungen, Fahrzeuglayout und auch in der industriellen Fertigung neue Möglichkeiten eröffnet. Wir ermöglichen beim 7,5-Tonner Reichweiten von über 200 Kilometern – das ist weit mehr, als die typischen Anwender im urbanen Umfeld brauchen. Und das bei einer Nutzlast von über drei Tonnen. Weil der Antrieb direkt in die Achse integriert ist, sparen wir viel Gewicht – so kompensieren wir das Zusatzgewicht der Batterien.“

Markus Schell, Geschäftsführender Gesellschafter, BPW Bergische Achsen KG

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