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Massive CO2-Einsparungen im Nutzfahrzeugbereich nötig

Einen Überblick über die technologischen Innovationen bei Lkw und Bussen gab Mag. Franz Weinberger, Sprecher der Nutzfahrzeugimporteure in der Industriellenvereinigung, bei der Austrian Automotive Business Show. Die politischen Vorgaben zwingen die Hersteller zu CO2-Einsparung, die sich mit der heutigen Technologie nicht erreichen lassen.

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Kommt die Oberleitung als Lösung für das Reichweitenproblem bei E-Fahrzeugen? Oder doch eher Wasserstoff?

Derzeit ist der Dieselmotor die klar dominierende Antriebstechnologie bei Lkw und Bussen. Laufende Verbesserungen beim Kraftstoffverbrauch und Effizienzsteigerungen von Modellgeneration zu Modellgeneration sind marktgetrieben: Der Kraftstoffverbrauch ist im Fernverkehr für rund ein Drittel der Gesamtbetriebskosten verantwortlich, ein niedriger Verbrauch dementsprechend auch von Kundenseite gefordert. Der Dieselkonsum beladener Sattelzugkombinationen liegt auf der Autobahn im Testbetrieb unter 24 Liter, der CO2-Ausstoß bei rund 800 Gramm pro Kilometer. Aufgrund der hohen Varianz im Lkw-Bereich mit Aufbauten und Anbaugeräten ist eine exakte Berechnung der CO2-Emissionen jedoch sehr komplex. Dafür steht inzwischen mit VECTO (Vehicle Energy Consumption Calculation Tool) ein leistungsfähiges Berechnungswerkzeug zur Verfügung.

Politikgetriebene Entwicklung

Abgesehen von den kundengetriebenen Effizienzsteigerungen im Nutzfahrzeugbereich finden derzeit technologische Entwicklungen statt, die nicht vom Markt gefordert, sondern politikgetrieben sind. Bereits weitgehend abgeschlossen sieht Weinberger das Thema Luftreinhaltung, die Stickoxyd (NOx)- und Feinstaubemissionen seien seit Einführung der Euro-6-Norm drastisch gesunken. Es geht inzwischen bei den Fahrzeugemissionen also nicht mehr um saubere Luft in den Städten, sondern um die Vermeidung von Treibhausgasemissionen im Kampf gegen den Klimawandel. In diesem Zusammenhang gibt es die EU-Zielvorgabe zur Reduktion der CO2-Emissionen um 30 Prozent bis 2030 (Zwischenziel: 15 Prozent bis 2025). Bei Verfehlung dieser Zielsetzungen drohen hohe Strafzahlungen, sowohl für die jeweiligen Automobilhersteller als auch für die Mitgliedsstaaten in denen die Fahrzeuge zugelassen werden. Für Weinberger und viele andere Experten steht fest, dass sich diese Ziele mit der Dieseltechnologie nicht erreichen lassen. Die Industrie ist also zu massiven Investitionen in die Entwicklung alternativer Antriebstechnologien gezwungen.

© Hyundai

Hyundai Brennstoffzellen-Lkw Xcient Fuel Cell

Eine weitere Triebfeder der Innovation ist die sogenannte „Clean Vehicles Directive“, welche speziell auf die Einkaufspolitik im öffentlichen Bereich abzielt. Ab 2025 müssen aufgrund dieser Richtlinie 38,5 % der beschafften, leichten Nutzfahrzeuge im öffentlichen Dienst Nullemissions-Fahrzeuge sein. Bei schweren Lkw liegt der verbindliche Anteil an sauberen Fahrzeugen ab 2025 bei 10 % und ab 2030 bei 15 %. Schwere, saubere Nutzfahrzeuge sind nicht nur Nullemissionsfahrzeuge, sondern laut EU-Definition alle Lkw und Busse, die über eine der folgenden alternativen Antriebsarten verfügen: Wasserstoff, batterieelektrische Fahrzeuge inklusive Plug-in-Hybride, CNG, LNG, LPG sowie flüssige Biotreibstoffe und synthetische Kraftstoffe. Besonders ambitioniert sind die Ziele im Busbereich. Hier sollen ab 2025 bereits 45 Prozent der öffentlich beschafften Busse sauber sein. Ab 2030 sind es dann sogar 65 %, die Hälfte davon müssen zudem Nullemissions-Fahrzeuge sein, also rein elektrisch mit Batterie, Oberleitung oder Wasserstoff betrieben werden. Da die öffentliche Beschaffung vor allem bei Stadtbussen eine zentrale Rolle spielt, ist zu erwarten, dass sich die Innovationen in diesem Bereich am schnellsten vollziehen. 

© Marek Knopp

Bei Stadtbussen werden sich die technologischen Änderungen aufgrund politischer Vorgaben am schnellsten vollziehen. Mit Wasserstoffbussen laufen bereits Feldversuche

Wasserstoff als Lkw-Kraftstoff 

Das Problem bei E-Fahrzeugen ist die geringe Reichweite aufgrund der begrenzten Kapazität der Batterie. Das trifft insbesondere im schweren Lkw-Bereich zu. Kommt der Strom jedoch nicht aus einer Batterie, sondern wird mittels Brennstoffzelle aus Wasserstoff an Bord erzeugt, lässt sich dieses Problem lösen. Der Antriebsstrang ist ansonsten ident wie bei einem E-Fahrzeug. Daimler arbeitet bereits an entsprechenden Fahrzeugen mit flüssigem Wasserstoff, womit Reichweiten bis 1.000 Kilometer möglich sein sollen. Auch das US-Unternehmen Nikola will Wasserstoff-Lkw auf Basis des Iveco S-Way entwickeln. Noch im Jahr 2020 sollen batterieelektrische Prototypen des „Nikola Tre“ gebaut werden, 2023 soll dann die Brennstoffzelle folgen und Reichweiten bis 1.100 Kilometer ermöglichen. Am weitesten fortgeschritten in Sachen Brennstoffzelle sind derzeit die Koreaner: Hyundai hat bereits einen 2-Achs-Wasserstoff-Truck mit 19 t Gesamtgewicht und 400 km Reichweite zur Serienreife gebracht. Bis 2025 sollen 1.600 dieser Lkw in der Schweiz ausgeliefert werden. Dies geschieht im Rahmen eines Projekts, welches die gesamte Wasserstoffkette inklusive der Infrastruktur zur Produktion und Distribution des Treibstoffs umfasst. Im Zuge dessen wird auch ein flächendeckendes H2-Tankstellennetz in der Schweiz aufgebaut.

© Nikola Motors

Konzeptstudie des Nikola TRE, basierend auf dem Iveco S-Way. Zunächst sollen batterieelektrische Prototypen gebaut werden, später die Brennstoffzellen-Version folgen

In Österreich gibt es derzeit nur eine Wasserstofftankstelle in Graz, die sowohl Pkw als auch Lkw betanken kann. In Graz läuft auch das Projekt „Move to Zero“ um den öffentlichen Personennahverkehr emissionsfrei zu machen. Im Rahmen dessen sind aktuell sieben batterieelektrische und sieben Wasserstoffbusse im Einsatz.

Bei Traton ist man noch auf der Suche nach der optimalen Lösung. Eine Alternative zum Einsatz von Brennstoffzellen in Verbindung mit dem E-Motor wäre beispielsweise auch die Nutzung von Wasserstoff in einem klassischen Verbrennungsmotor. An diesem Konzept arbeitet das deutsche Unternehmen Keyou und soll damit auch bereits vielversprechende Ergebnisse erzielt haben. Die Technik wäre robust und die bestehende Motortechnologie ließe sich mit vergleichsweise geringem Aufwand weiterentwickeln. Der Wirkungsgrad des mechanischen Verbrenners dürfte allerdings schlechter sein, als jener der Brennstoffzelle in Verbindung mit einem E-Motor.

© Iveco

Iveco bietet LNG-Trucks mit 1.600 km Reichweite. In Österreich gibt es derzeit aber nur zwei Tankstellen, eine im Ennshafen und eine bei Graz

Erdgas als umweltfreundliche Alternative

Auch Gasfahrzeuge gelten im schweren Bereich als „saubere Nutzfahrzeuge“ im Sinne der Clean Vehicles Directive. Es gibt kaum NOx- und Partikelemissionen, darüber hinaus verringern sich auch die CO2-Emissionen gegenüber dem Diesel. Das liegt am hohen Wasserstoffanteil von Methan (CH4). Durch Gas aus biogenen Quellen, also Biomethan, lässt sich die Ökobilanz weiter verbessern. Aktuell kommen CNG-Busse im Linienbetrieb in Salzburg zum Einsatz. Das dafür eingesetzte, komprimierte Methan (CNG) besteht zu 60 % aus fossilem Erdgas und zu 40 % aus CO2-neutralem Biogas, welches in der Region aus Wiesengras von lokalen Bauernhöfen hergestellt und in das Salzburger Gasnetz eingespeist wird. Auch im Bereich der Abfallwirtschaft und im Verteilerverkehr kommen in manchen Regionen teilweise CNG-Fahrzeuge zum Einsatz.

Die Reichweite von Lkw, die mit komprimiertem Erdgas betrieben werden, ist wegen des Tankvolumens auf wenige hundert Kilometer beschränkt. Wird das Gas jedoch mittels Tiefkühlung auf unter minus 161 Grad verflüssigt, verringert sich das Volumen um das 600-fache. In Lkw mit thermoisolierten Kryotanks kann es damit auch im Fernverkehr genutzt werden, die Reichweiten liegen bei maximal 1.600 Kilometer. Iveco, Scania und auch Volvo bieten entsprechende Fahrzeuge an. Insbesondere in Deutschland ist LNG aufgrund der Mautbefreiung für diese Fahrzeuge ein echter Business-Case und entsprechende Nachfrage für diese Autos vorhanden. In Österreich gibt es aktuell zwei LNG-Tankstellen, eine im Ennshafen und eine in Graz.

Daimler Trucks, Technology, Daimler Global MediaSite, eActros, Electric mobility, Trucks, Safety, Mercedes-Benz, MediaSite, 11 - 2019, Brands & Products, Special Topics, Progress report from Mercedes-Benz Trucks: eActros electric truc, 2019, Press Releases sorted by years © Daimler AG

Der eActros von Mercedes ist bereits für Kunden unterwegs

Batterieelektrische E-Mobilität im Lkw

Im Bereich der 3,5-Tonnen-Klasse bietet die batterieelektrische E-Mobilität bereits heute zuverlässige Reichweiten über 100 km. Vorreiter bei der Implementierung von E-Fahrzeugen in ihren Fuhrpark ist die Österreichische Post, die die größte E-Flotte des Landes betreibt, vom E-Moped bis hin zu großen Transportern. Aber auch bei schweren Elektro-Lkw gibt es große Fortschritte. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Council für nachhaltige Logistik (CNL) haben die ersten neun MAN eTGM mit 26 Tonnen Gesamtgewicht (acht 3-Achser und eine Sattelzugmaschine), die 2018 in Steyr ausgeliefert wurden, bereits über 600.000 Kilometer bei Kunden absolviert. Der Mercedes eActros läuft ebenfalls bereits im Kundeneinsatz. DAF, Renault Trucks und Volvo Trucks bieten teils bereits eine ganze Palette an E-Fahrzeugen an. Bemerkenswert ist für Weinberger, dass bei Volvo auch die ganz schweren 4-Achs-Fahrgestelle als E-Fahrzeuge erhältlich sind. Mit der neuen Technologie kommen außerdem neue Anbieter mit innovativen Geschäftsmodellen auf den Markt. Das Startup Quantron bietet neben elektrischen Neufahrzeugen die nachträgliche Elektrifizierung von konventionellen Gebrauchtfahrzeugen an.

© MAN/Deniz Calagan

MAN eTGE und eTGM im Einsatz für Quehenberger Logistics

Allen batterieelektrischen Fahrzeugen gemeinsam ist die überschaubare Reichweite, weshalb sich diese nur für lokale und regionale Anwendungen eignen. Für den erfolgreichen Einsatz ist eine leistungsfähige Ladeinfrastruktur essenziell. Am einfachsten lässt sich diese am eigenen Betriebsgelände errichten, sofern die Fahrzeuge regelmäßig zur Basis zurückkehren. Das ist insbesondere bei Kommunalanwendungen wie Abfallsammelfahrzeugen der Fall, weshalb sich diese gut für eine Elektrifizierung eigenen. Diese verfügen jedoch meist über einen komplexen Aufbau. Der Mangel an Bauraum für die Batterien stellt dabei eine große Herausforderung dar.

Will man E-Fahrzeuge für den Fernverkehr fit machen, so reicht die Energiespeichermöglichkeit der Batterie nicht aus. Hier bedarf es künftig entweder einer Kombination mit der Brennstoffzelle oder die Energie muss unterwegs bereitgestellt werden. In diese Kerbe schlägt das Projekt eHighway von Siemens. Dabei wird getestet, wieweit Oberleitungen auf Autobahnen dieses Problem lösen können. Feldversuche mit öffentlichen Teststrecken in Deutschland haben gezeigt, dass dies prinzipiell möglich ist. Zum Einsatz kommen dabei dieselelektrische Fahrzeuge, im Endausbau sind auch rein batterieelektrische Fahrzeuge denkbar. Die Zu- und Abfahrt von der Autobahn erfolgt dann mit Strom aus dem Akku, die Energie während der Fahrt auf der Autobahn kommt aus der Oberleitung. Vorstellbar wäre, dass man künftig die europäische Hauptverkehrsachsen mit derartigen Oberleitungen ausstatten. Dabei sind jedoch die hohen Kosten für die Errichtung der Infrastruktur zu bedenken.

© Volvo Trucks

Volvo Trucks bietet bereits eine volle Palette an E-Fahrzeugen an, sogar für den schweren Baueinsatz

Abgesehen davon gibt es auch Möglichkeiten zur CO2-Einsparung, die nicht auf den Antriebsstrang fokussieren. Als Beispiel nennt Weinberger die üblicherweise dieselbetriebene Standklimaanlage im Lkw. Durch eine elektrische Standklimaanlage in Verbindung mit Solarzellen am Kabinendach kann CO2 eingespart werden. Auch Aufbauten wie Kühlaggregate lassen sich elektrisch betreiben, inzwischen gibt es sogar schon elektrohydraulische Ladekrane und elektrische Fahrmischertrommeln.

© DAF

Der Kommunaleinsatz eignet sich besonders gut für die Elektrifizierung. Problematisch ist der mangelnde Bauraum für die Akkus aufgrund der Aufbauten. Hier ein DAF-Müllsammelfahrzeug mit Seitenlader