Wissenschaft : Drei Faktoren erschweren CO2-Reduktion bei Nutzfahrzeugen
Das Wiener Motorensymposium, initiiert vom Österreichischen Verein für Kraftfahrzeugtechnik (ÖVK), hätte im Normalfall in der Wiener Hofburg stattgefunden. Aufgrund des Lockdowns wurde sich kurzerhand für Vorträge entschieden, an denen über Internet teilgenommen werden kann.
In einem gemeinsamen Vortrag der RWTH Aachen und dem ebenfalls in Aachen ansässigen Unternehmens FEV ging es um das Thema Verbrauchsvorschriften für Nutzfahrzeuge. Im letzten Jahr führte die EU erstmals Vorgaben für den Verbrauch von Nutzfahrzeugen ab 16 Tonnen ein. Dieser Umstand macht den Herstellern von Nutzfahrzeugen ordentlich Druck, denn bis 2025 muss der CO2-Wert um 15 Prozent, bis 2030 um 30 Prozentwert gegenüber dem Referenzwert von 2019 sinken.
Für Überschreitungen werden ab 2025 Strafzahlungen fällig. Pro Gramm CO2 sind je Tonnenkilometer 4250 Euro fällig, ab 2030 ein satter Betrag von 6800 Euro. RWTH Aachen und FEV verweisen darauf, dass es drei Faktoren gibt, die den Herstellern die Sache mit der CO2-Reduktion ihrer Fahrzeuge jedoch deutlich erschweren. Diese sehen wie folgt aus:
Das CO2-Reduktionspotenzial ist gerade für schere Lastkraftwagen begrenzt.
Erneuerbare Kraftstoffe werden sich erst nach 2030 spürbar auf die CO2-Reduktion im Verkehr auswirken.
Neue Technologien erhöhen die Gesamtbetriebskosten (TCO) und sind daher bei Frächtern nur schwer durchzubringen.
Modulare Lkw-Baukästen als Lösung
In einer gemeinsamen Studie wurden diese Faktoren festgehalten. Die Lösung des Dilemmas sehen die Verfasser der Studie in modularen Systembaukästen. Einige Technologien, die bei Pkw bereits in Serie zum Einsatz kommen, können auch beim Lkw den Ausstoß senken. Die Rede ist von Bremsenergierückgewinnung über intelligente Antriebssteuerung bis zu einem 48-V-Bordnetz oder der Elektrifizierung von Nebenaggregaten.
Insgesamt rechnen die Autoren der Studie damit, dass das CO2-Ziel bis 2025 mit konventionellen Maßnahmen erreichbar sein wird. Die US-Firma Cummins - bekannt für ihre Dieselaggregate - stellt auf dem Symposium in einem eigenen Beitrag zum Beispiel eine Technologie vor namens „Diesel Dynamic Skip Fire“, mit der CO2- und Stickoxid-Emissionen gleichzeitig gesenkt werden können. Es handelt sich hierbei um eine intelligente Zylinderabschaltlogik.
Kein Weg an Alternativen Antrieben vorbei
Für 2030 seien aber auch alternative Energieträger wie Strom, Wasserstoff oder synthetischer Kraftstoff nötig. Welcher am effizientesten ist, hänge vom Einsatz des Lkw sowie von den Gesamtbetriebskosten ab. Für die Stadt sei ein batterieelektrischer Antrieb am attraktivsten, für Langstrecken ein Brennstoffzellenantrieb mit Wasserstoff. Eine Kombination von Batterie und Brennstoffzellen kann die Mehrkosten senken.
Insgesamt wird bei Verbesserungen am konventionellen Verbrennungsmotor mit zusätzlichen Produktkosten von rund 400 Euro pro eingespartem Prozent CO2 gerechnet, mit 600 Euro bei einem zusätzlichen 48-V-Bordsystem und mit rund 750 Euro bei neuen Technologien. Wasserstoff im Verbrennungsmotor wäre da der günstigste Ansatz. Er würde sich nach fünf Jahren amortisieren.
Erkenntnisgewinn durch ausgedehnte Fahrtests
Weitere Überlegungen wurde in einer Studie der Universität Stuttgart sowie der IAV in Chemnitz festgehalten. In dieser Arbeit werden fünf Langstrecken-Lkw für das Jahr 2050 im Detail untersucht, zwei Plug-in-Hybride, deren Verbrennungsmotoren mit verschiedenen E-Fuels betrieben werden sowie drei elektrisch angetriebene Lkw (batterieelektrisch, mit Brennstoffzellen sowie mit Oberleitung).
Für den Vergleich wurde neben den Emissionen im Fahrzeugbetrieb auch die Produktion der Materialien sowie des verwendeten Kraftstoffs berücksichtigt. Die Studie geht davon aus, dass ausreichend erneuerbare Energie 2050 zur Verfügung steht und keine fossilen Kraftstoffe mehr verwendet werden; dass zudem die Lkw auf Autobahnen autonom fahren und die zulässige Gesamtmasse bei 50 Tonnen liegt.
Stromerzeugung muss CO2-ärmer werden
Es zeigt sich, dass die Gesamtergebnisse von den Treibhausgasemissionen des für die Kraftstofferzeugung verwendeten Stroms abhängen. Wird die aktuelle erneuerbare Stromerzeugung herangezogen, weist der Oberleitungs-Elektro-Lkw den besten Wert auf, gefolgt vom batterieelektrischen Lkw und vom Brennstoffzellen-Lkw. Den höchsten Wert zeigt der Plug-in-Hybrid-Lkw mit synthetischem Kraftstoff.
Gelingt es, die Stromerzeugung CO2-ärmer zu realisieren, liegt der Plug-in-Hybrid-Lkw gleichauf mit dem batterieelektrischen Lkw. Nicht berücksichtigt bei der Studie wurden der Energieaufwand für den Bau von Oberleitungen sowie der Second-Life-Ansatz von gebrauchten Batterien.
