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Antriebswende bei Nutzfahrzeugen

LKW der Zukunft: Batterie oder Wasserstoff?

Der Güterverkehr auf den Straßen ist ein riesiges Problem für das Klima. Seine Dekarbonisierung muss angesichts immer größerer Warenflüsse zügig vorangebracht werden. Doch was ist der Antrieb der CO2-neutralen Zukunft – Elektrobatterie oder Wasserstoff-Brennstoffzelle?

Nach Schätzungen des Umweltbundesamts stößt ein 40-Tonnen-LKW mit einer Tankfüllung fast sieben Tonnen CO2 aus, etwa so viel wie ein Mensch in Deutschland in einem ganzen Jahr. Auch im Vergleich zum PKW ist die CO2-Bilanz von LKW schlecht. Aufgrund ihres höheren Gesamtgewichts und der jährlichen Fahrleistung ist der Ausstoß pro Fahrzeug etwa 50-mal höher. Die Europäische Union (EU) hat ihren Mitgliedsstaaten deshalb ein ambitioniertes Ziel gesetzt: Bis 2030 will sie die CO2-Emissionen von schweren Nutzfahrzeugen um 30 Prozent reduzieren.

Das bedeutet, dass bis dahin etwa 200.000 emissionsfreie LKW auf Europas Straßen fahren müssen. Im Moment sind es laut dem Dachverband der europäischen Fahrzeughersteller ACEA gerade einmal rund 2.300. Damit fahren weniger als 0,1 Prozent der mittleren und schweren Nutzfahrzeuge in Europa mit klimafreundlichen Antrieben. Ein Tropfen auf dem heißen Stein.

Angesichts der ökologischen Dringlichkeit auf der einen Seite und immer größerer Warenflüsse, wachsendem E-Commerce und der Einrichtung von Umweltzonen auf der anderen Seite muss die Dekarbonisierung des Güterverkehrs auf den Straßen zügiger vorangebracht werden. Wie die Wende gelingen kann, haben Experten aus dem Verein Deutscher Ingenieure e. V. (VDI) und dem Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. (VDE) in der aktuellen Studie „Klimafreundliche Nutzfahrzeuge“ aus dem Januar 2022 untersucht. „Unsere Ergebnisse zeigen drei grundsätzliche Voraussetzungen für die dauerhafte Akzeptanz von klimafreundlichen Nutzfahrzeugen. Die wichtigste ist die Wirtschaftlichkeit. Außerdem hängt die Akzeptanz davon ab, ob die Anwender ihre von konventionellen Antrieben gewohnten Nutzungsmöglichkeiten beibehalten können. Und nicht zuletzt muss auch die notwendige Infrastruktur bereitstehen“, erklärt Martin Pokojski, Leiter des Fachausschusses „Wasserstoff und Brennstoffzellen“ des VDE/VDI.

„Wirtschaftlichkeit, Nutzerfreundlichkeit und Infrastruktur sind die entscheidenden Faktoren für die Akzeptanz von klimafreundlichen Nutzfahrzeugen.“

Martin Pokojski

Elektrobatterie oder Brennstoffzelle?

Im Fokus der Studie stehen die Elektrobatterie und die Brennstoffzelle. Denn noch ist unklar, wie der Diesel ersetzt werden kann. Kaum eine Frage beschäftigt die Automotive-Branche aktuell so sehr wie die nach dem besten Antrieb für eine klimaneutrale Zukunft. Während Hersteller wie Volvo Trucks, Hyundai und Toyota auf Wasserstoff setzen, konzentrieren sich etwa Tesla und VW-Tochter Scania auf die elektrische Batterie. Es passiert gerade viel in der Industrie, denn Hersteller wie Zulieferer wissen, dass es schnelle und konkrete Lösungen braucht.

Zum Beispiel will die Traton Group, die mit Marken wie MAN oder RIO zu den international führenden Nutzfahrzeugherstellern gehört, bis 2026 insgesamt 2,6 Milliarden Euro in Forschung und Entwicklung der E-Mobilität investieren und fährt das Budget für konventionelle Antriebe entsprechend herunter. Die Unternehmensgruppe hat einen klaren Fokus auf batterieelektrischen Antrieb – auch auf der Langstrecke. Renault Trucks und GEODIS entwickeln derzeit einen elektrischen 16-Tonner für den Gütertransport in Innenstädten. Zulieferer Bosch wiederum setzt seit einiger Zeit auf die Brennstoffzellentechnologie und hat gemeinsam mit dem chinesischen Lkw-Bauer Qingling das Joint Venture Bosch Hydrogen Powertrain Systems gegründet, das Lkw mit Brennstoffzellenantrieb bald in Serie produzieren will. Das ist ein cleverer Schritt, denn China hat die globale Führungsrolle im Bereich alternative Antriebe und ist einer der wichtigsten Wachstumsmärkte. Nach Berechnungen der China Society of Automotive Engineers (China-SAE) haben Brennstoffzellenfahrzeuge bis zum Jahr 2030 in China ein Marktpotenzial von einer Million Einheiten.

„Es wird nicht auf eine Technologie hinauslaufen“, prognostiziert Martin Pokojski. „Für den Kurz- und Mittelstreckenverkehr, insbesondere in der Stadt, gibt es ein großes Potenzial für Batteriefahrzeuge. Für längere Strecken und höhere Nutzlasten glauben wir eher an einen wasserstoffbasierten Antrieb. Wichtig ist zu wissen: Was benötigt der Markt?“ Flottenbetreiber haben unterschiedliche Anforderungen. Im innerstädtischen Verkehr mit kurzen Distanzen ist Reichweite kaum ein Thema – unabhängig von der Technologie. Anders ist das im Schwerlastverkehr, also 40 Tonnen und mehr. Hier kommen Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb mit einer Tankfüllung etwa 1.500 Kilometer weit. Mit den neuen Technologien ist das zwar möglich, bedeutet aber auch Einschränkungen: Eine Batterie mit dieser Reichweite ist so schwer, dass dadurch die zu transportierende Nutzlast erheblich eingeschränkt wird. Mit Wasserstoff, der meist als Gas bei hohem Druck transportiert wird, wiegt der Tank zwar weniger, braucht aber deutlich mehr Platz und schränkt so ebenfalls die Nutzlast ein.

Zero Emission auf ganzer Fläche

Daimler Truck setzt konsequent auf eine Doppelstrategie und will bis 2039 flächendeckend nur noch Zero-Emission-Technologien anbieten. „Die Kombination aus batterieelektrischen und wasserstoffbasierten Antrieben ermöglicht optimale Transportlösungen für alle Anwendungsfälle“, sagt Dr. Andreas Gorbach, Vorstandsmitglied von Daimler Truck und Leiter Truck Technology. „Es wird immer wieder Diskussionen geben, die sich nur mit einzelnen Teilaspekten unterschiedlicher alternativer Antriebsformen befassen wie beispielsweise der Energieeffizienz. Diese ist beim batterieelektrischen gegenüber dem wasserstoffbasierten Antrieb höher, jedoch wird dabei der Blick auf das große Ganze vergessen. Maßgeblich für eine erfolgreiche Umstellung auf Zero-Emission-Technologien ist neben der Effizienz vor allem auch die Verfügbarkeit einer entsprechenden Infrastruktur sowie die Verfügbarkeit von ausreichend grüner Energie. Wir sind der Überzeugung, dass eine zügige und kostenoptimierte Abdeckung dieses Energiebedarfs nur mit beiden Technologien möglich ist.“

„Die Kombination aus batterieelektrischen und wasserstoffbasierten Antrieben ermöglicht optimale Transportlösungen für alle Anwendungsfälle.“

Dr. Andreas Gorbach (Foto: Daimler Truck AG)

Bereits seit 2018 rollen bei Daimler Truck mit dem Mercedes-Benz eCitaro die ersten batterieelektrischen Fahrzeuge in Serienproduktion vom Band. Seit 2021 ist der Mercedes-Benz eActros für den schweren Verteilerverkehr in Serie, weitere LKW folgen noch in diesem Jahr. Auf der Wasserstoffseite ist bereits ein Prototyp im Testbetrieb auf der Straße. Der Produktionsstart ist für die zweite Hälfte des Jahrzehnts geplant. Gemeinsam mit der Volvo Group hat Daimler Truck im letzten Jahr außerdem das Joint Venture cellcentric gegründet, das ab 2026 eine der größten Serienproduktionen von Brennstoffzellensystemen in Europa aufbauen will. Und mit Linde entwickelt Daimler Truck eine praktikable Flüssigwasserstoff-Betankungstechnologie für Brennstoffzellen-LKW.

Entscheidend ist das Kostenargument

Welche Technologie die Nase vorn haben wird – darüber bestimmen vor allem die Kosten. „Im Nutzfahrzeugbereich entscheiden Cent-Margen über Wirtschaftlichkeit oder Unwirtschaftlichkeit. Deshalb ist das Kostenargument aus Nutzersicht entscheidend“, sagt Pokojski. Gerade bei den Batterien zeigt sich dank Optimierungen und Serienfertigung eine hohe Kostendegression. Bei Brennstoffzellen ist Ähnliches zu erwarten. „Unsere Gespräche mit der Industrie deuten darauf hin, dass die Kosten von Batterie- und Brennstoffzellenfahrzeugen in Zukunft vergleichbar sein werden“, so Pokojski. Eine große Rolle spielt auch die Bereitstellung der Energien. Sobald Wasserstoff etabliertes Handelsgut wird, könnten die Bezugskonditionen so niedrig liegen, dass eine wettbewerbsfähige Größenordnung gegeben ist. Daimler Truck sieht das ähnlich: „Wir gehen davon aus, dass grüner Wasserstoff perspektivisch zu sehr attraktiven Preisen gehandelt wird. Zudem sehen wir Vorteile bei Kosten und technischer Machbarkeit der Wasserstroffinfrastruktur“, sagt Dr. Gorbach.

Denn vor allem in Sachen Infrastruktur stellt die VDI/VDE-Studie eindeutige Defizite fest – sowohl bei Elektroladepunkten als auch bei Wasserstofftankstellen. Laut Bundesnetzagentur sind in Deutschland zwar mehr als 55.000 Ladepunkte für PKW gemeldet, aber nur etwa 25 davon eignen sich für LKW. „Wenn wir an Infrastruktur denken, müssen wir die Anforderungen der Nutzfahrzeuge im Fokus haben“, sagt Pokojski. „Tankt ein LKW Diesel, laufen pro Minute 150 Liter Treibstoff durch den Zapfhahn. Das schafft keine Ladestation und keine Wasserstofftankstelle. Kurz gesagt: Weder für Batterie- noch für Brennstoffzellenfahrzeuge gibt es genügend geeignete Tankeinrichtungen.“ Um den Bedarf an Elektrotankstellen halbwegs zu decken, braucht es laut einem Working Paper von 2020 des Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI mindestens ein Netz von 260 Ladeorten mit 350 Kilowatt Ladeleistung in Deutschland. Bei Wasserstoff wären es mindestens 140 Tankstellen. Auch hier investiert Daimler Truck: In Zusammenarbeit mit Unternehmen wie Shell, BP und TotalEnergies will der Hersteller die Infrastruktur für Wasserstofftankstellen entlang wichtiger Transportachsen in Europa aufbauen.

E-Fuels, Oberleitungen, Photovoltaik & Co.

Alle diskutieren über den richtigen Antrieb. Doch sind Batterie und Brennstoffzelle wirklich die einzigen Lösungen? Immerhin gibt es auch andere smarte Lösungsansätze. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE etwa hat gemeinsam mit Industriepartnern und dem Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI einen LKW entwickelt, der mithilfe einer auf dem Dach eingebauten Fotovoltaikanlage seinen eigenen Strom produziert. Der 18-Tonnen-LKW rollt gerade im Testbetrieb über Deutschlands Straßen. Eine elegante und effiziente Lösung sind auch Lkw oder Busse mit Oberleitungsabnehmer. Das Problem: Es braucht eine völlig neue Infrastruktur und der Aufwand ist kaum gerechtfertigt. Eine weitere vielversprechende Alternative sind synthetische Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien. Die sogenannten E-Fuels werden aus Wasser und Kohlendioxid unter Einsatz von Strom hergestellt. Der Vorteil: Sie können in Transport, Lagerung und Verwendung auf die vorhandenen Strukturen der Verbrennerwelt zurückgreifen. Der Nachteil: Es gibt eine lange Prozesskette, und jeder Schritt zur Herstellung ist mit Energieverlust verbunden.

Batterie und Brennstoffzelle bleiben laut Pokojski die vielversprechendsten Lösungen für einen klimafreundlichen Lastgüterverkehr. Und die Lösungen sollten schnell kommen, sagt er: „Wir müssen den Anteil an klimafreundlichen Antrieben innerhalb von weniger als zehn Jahren um das Hundertfache steigern. Das heißt, wir müssen früher und in größerem Umfang umsteigen. Dann können wasserstoffelektrische und batterieelektrische Antriebe in Zukunft nahezu den gesamten Markt für Lastgüterverkehr bedienen. Dafür müssen wir heute die entsprechenden Voraussetzungen und Infrastrukturen schaffen!“

Stimmen aus der Branche

Dr. Christian Schiller, Leiter Produktionsmanagement Nutzfahrzeuge im Geschäftsbereich Powertrain Solution, Robert Bosch GmbH

Dr. Christian Schiller, Leiter Produktmanagement Nutzfahrzeuge im Geschäftsbereich Powertrain Solutions, Robert Bosch GmbH

„Die weltweiten CO2-Ziele lassen sich nur erreichen, wenn auch Nutzfahrzeuge möglichst klimafreundlich unterwegs sind. Um die CO2-Emissionen bestmöglich zu senken, verfolgt Bosch zwei Pfade: Zum einen die weitere Verbesserung von Verbrennungsmotoren und den Einsatz erneuerbarer Kraftstoffe, zum anderen die Elektrifizierung, und zwar batterieelektrisch und brennstoffzellenelektrisch. Wichtig ist letztlich, dass die eingesetzten Energieträger nachhaltig erzeugt werden. Die Brennstoffzelle sehen wir zunächst in schweren Nutzfahrzeugen. Sie punktet insbesondere im Fernverkehr mit hoher Reichweite und kurzen Betankungszeiten. In China haben wir 2021 ein Gemeinschaftsunternehmen gegründet, um die Fahrzeughersteller vor Ort mit Brennstoffzellensystemen zu bedienen. Erste Fahrzeuge sind dort bereits auf der Straße.“

Zhenhao Gong, Marketing Product Director, Jrone Turbocharger System

Zhenhao Gong, Marketing Product Director, Jrone Turbocharger System

Der Straßenverkehr ist derzeit für etwa 9 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich, und der Verkehr auf den Straßen wird sich bis 2050 noch verdoppeln. Wir müssen jetzt handeln, um die Branche auf den Weg zu Null-Emissionen zu bringen. Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge sind die zukünftigen Null-Emissions-Technologien für LKW. Das ist die offensichtliche Wahl für die Dekarbonisierung des LKW-Verkehrs. Als eines der Unternehmen für Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge mit BOP-Systemen konzentrieren wir uns auf die Politik "ALL IN GREEN" und die Strategie des "Zweiradantriebs".

Alexander Wolter, Leiter Vertrieb und Produktmanagement Elektromobilität bei BPW

Alexander Wolter, Leiter Vertrieb und Produktmanagement Elektromobilität bei BPW

„Die rasant steigenden Dieselpreise setzen der Transportbranche stark zu. Außerdem wird der Wunsch nach mehr Klimaschutz im Verkehr immer größer. Daher bin ich der festen Überzeugung, dass die Nachfrage nach alternativen Antrieben in den kommenden Jahren kontinuierlich steigen wird. Elektro-Lkw, wie etwa der BAX, den wir gemeinsam mit Paul Nutzfahrzeuge auf den Markt gebracht haben, sind nicht nur ein Hebel zur Dekarbonisierung des Verkehrs, sondern bieten auch weitere Vorteile. Durch deutlich geringere Lärmemissionen können beispielsweise Supermärkte in den Innenstädten auch nachts beliefert werden. Der BAX 7.5 setzt nicht nur durch eine Reichweite von bis zu 200 Kilometern und eine Zuladung von drei Tonnen neue Maßstäbe. Die Fahrzeuge sind ab Werk digital vernetzt und informieren auch den Disponenten und Fuhrparkleiter in Echtzeit über Standort, Restreichweite und sogar Zuladung – so lassen sich Routen jederzeit optimieren, und vor allem: Wir können liefern!“

Dr. Stephan Rolfes, Vorstand Mobilität der Stadtwerke Osnabrück

Dr. Stephan Rolfes, Vorstand Mobilität der Stadtwerke Osnabrück

„Uns war schon früh klar, dass der ÖPNV vor einer neuerlichen Zeitenwende steht. Wir wollten uns ganz bewusst an die Spitze der Bewegung stellen und Vorreiter werden – was uns auch gelungen ist. Dieselbusse sind ein Auslaufmodell. Alternative Antriebe kombiniert mit innovativen Mobilitätskonzepten sind nicht nur die Zukunft, sondern längst Gegenwart. Anders werden wir den ÖPNV nicht attraktiv, emissionsfrei und nachhaltig betreiben können. Uns ist es in Osnabrück gelungen, ein ,E-Gefühl‘ zu entfachen. Diese Begeisterung hat uns auf dem gesamten Weg getragen und ist in meinen Augen ein zentraler Erfolgsfaktor auch für andere Kommunen.“

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  • Alternative Antriebe