Professor Kampker, Sie sind einer der Väter des inzwischen fast schon legendären „Streetscooter“. Sie arbeiten an Ihrem Institut auch an einem Batteriesystem für hybrid-elektrische Flugzeuge. Ergibt da die Beschäftigung im Forschungsprojekt „SeLv“ mit einem Lkw-Antriebssystem Sinn, das die Batterie um eine Brennstoffzelle ergänzt? Ist der Zug für die Brennstoffzelle nicht längst abgefahren?
Kampker: Nein – aus meiner Sicht ist es so, dass die unterschiedlichen Systeme und Technologien auf jeden Fall ihre Anwendung finden werden. Die Frage ist immer, in welchen Bereichen das sein wird. Ich halte gar nichts von dieser „Ausschließeritis“, dieser Schwarz-Weiß-Malerei. Die Welt ist bunt.
Der 50-jährige Ingenieur ist seit April 2009 Universitätsprofessor an der Fakultät für Maschinenwesen an der RWTH Aachen. Von 2009 bis 2013 leitete er den Lehrstuhl für Produktionsmanagement am Werkzeugmaschinenlabor. Zusammen mit Günther Schuh entwickelte er 2010 den elektrischen Kleintransporter Streetscooter, der 2014 von der Deutschen Post übernommen wurde. Im Januar 2014 gründete er den Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM), arbeitete parallel aber bis 2019 weiter als Geschäftsführer der Streetscooter GmbH. Kamper ist Gründer und Vorsitzender des Vereins „Ingenieure retten die Erde“.
Sie plädieren also für Technologie-Offenheit?
Ja – aber nicht in dem Sinne, dass ich etwas verhindern möchte. Technologie-Offenheit also nicht deshalb, um nichts tun zu müssen. Es geht mir auch nicht darum, einen „Streetscooter“ in Groß zu machen. Unser Truck ist eine reale Technologieplattform, die eine Straßenzulassung besitzt. Partner können hier ihre unterschiedlichen Technologien rund um die Batterie und die Brennstoffzelle, rund um das Thermomanagement oder auch ihre Software-Applikationen integrieren. Vielen Zulieferern wird es heutzutage sehr, sehr schwer gemacht, wenn sie neue Ideen haben, wenn sie neue Themen anpacken und in den Markt bringen wollen. Aus der Automobilindustrie kommen dann sehr schnell und häufig Fragen wie „Läuft das schon?“ und „Wie sicher ist das überhaupt?“. Das ist eine große Hürde, die alle Innovationen nehmen müssen.
Sie wollen also eine Art Brücke bauen?
Ja. Wir haben eine Plattform geschaffen, auf der Innovationen nicht prototypenhaft, sondern vernünftig in einem zulassungsfähigen Fahrzeug getestet werden können. Wir verstehen uns insofern als ein Beschleuniger von Technologietransfers. Vieles, was in den Hochschulen und in anderen Unternehmen erdacht wird, erreicht einen bestimmten Grad der Entwicklung – und dann landet es in einer Schublade und bleibt dort liegen. Die Transferleistungen von der Forschung in die Industrie sind in Deutschland viel, viel, viel zu gering. Wir haben hierzulande viele gute Ideen – aber in ihrer Umsetzung sind wir leider sehr schlecht.
„Ob in Zukunft nahezu 100 Prozent aller Fahrzeuge elektrisch fahren, weiß ich nicht. Das sollte die Politik auch nicht vorschreiben.“
Prof. Kampker zum Fahrzeugantrieb der Zukunft
Noch einmal zurück zu Ihrem 40-Tonner und dessen Antriebstechnologie: In einer älteren Projektbeschreibung heißt es, bei Sattelzugmaschinen mit einem Reichweitenbedarf von mehr als 400 Kilometern sei die Elektrifizierung mittels Batterietechnologie schwierig umzusetzen. Der Mercedes E-Actros 600 schafft aber inzwischen locker 500 Kilometer. Da hätte man sich die Entwicklung eigentlich sparen können.
Zum Zeitpunkt der Antragstellung im Jahr 2021 waren 400 Kilometer Reichweite für eine batterieelektrische Sattelzugmaschine noch ein ambitioniertes Ziel. Die Batterietechnologie hat sich schnell weiterentwickelt: Inzwischen sind mit einer Akkuladung bis zu 600 Kilometer Reichweite drin. Und ich denke, das wird noch etwas mehr werden. Trotzdem ist eine Brennstoffzelle eine gute Ergänzung – vor allem, weil sich ein Lastzug damit sehr effizient betreiben lässt. In unserem Fall fungiert die Brennstoffzelle als „Range Extender“, der die relativ große Antriebsbatterie mit Strom versorgt, wenn der Vorrat zur Neige geht und keine Ladestation in Sicht ist. Es gibt viele Fälle, in denen ein batterieelektrischer Antrieb genügt. Aber es gibt auch Felder und Situationen, in denen eine Batterie allein nicht ausreicht.
Es geht also nicht um die Frage „Batterie ODER Brennstoffzelle“?
Nein. Ich glaube, die grundsätzliche Richtung hin zur batterieelektrischen Mobilität ist vorgegeben. Sämtliche Statistiken und Zahlen belegen, dass sie auf dem Vormarsch ist. Wie groß ihr Anteil sein wird, ist aber noch nicht abzusehen. Ob in Zukunft nahezu 100 Prozent aller Fahrzeuge elektrisch fahren, weiß ich nicht. Das sollte die Politik auch nicht vorschreiben. Der Anteil geht in Richtung weit über 50 Prozent – aber welche Technik sich letztlich durchsetzt, müssen wir abwarten.
Insgesamt drei Trucks wurden im Zuge des Forschungsprojekts in Aachen gebaut und so schrittweise optimiert. In puncto Fahrgeräusche, aber auch was Thermomanagement und Effizienz des Antriebs. anbetrifft. Fotos: PEM/RWTH Aachen
Der „SeLv“-Truck setzt beide Systeme ein, verfügt also über einen Hybridantrieb. Eine Kombination aus Gürtel- und Hosenträger treibt aber enorm die Kosten in die Höhe. Ergibt Ihr System daher tatsächlich Sinn? Pkw-Hersteller haben gerade auch den „Range Extender“ wiederentdeckt. Hier arbeitet allerdings ein Verbrennungsmotor, und der Hintergedanke ist, durch das Hilfsaggregat die teuren Batterien kleiner dimensionieren zu können.
Da kommen unterschiedliche Aspekte zusammen. In China wird das das Hybrid-Thema gerade stark vorangetrieben, denn wenn man möglichst schnell CO2-neutral werden möchte, ist ein Hybridantrieb im ersten Schritt gar nicht schlecht. Mit einer batterieelektrischen Reichweite von 100 oder 150 Kilometern legt ein Pkw einen Großteil alltäglicher Fahrten klimaneutral zurück, und der CO2-Rucksack wird kleiner, weil keine große Batterie für eine Reichweite von 600 Kilometern eingebaut werden muss. Das ist bei unserem Lkw-Antriebsstrang genauso. Batterieelektrisch können gut 350 Kilometer absolviert werden, was bei vielen Fahrten unter Berücksichtigung der gesetzlichen Pausenzeiten ausreichend ist. Im Vergleich zur erzielten Gesamtreichweite konnten wir die Batteriegrößte aber um 50 bis 65 Prozent reduzieren, abhängig von der gewünschten Reichweite und Konfiguration. Mit Hilfe der Hybridtechnologie lässt sich die Klimabelastung durch den Pkw-Verkehr also in Stufen reduzieren. Das bedeutet: Am schnellsten CO2-frei wäre man mit dem Einsatz synthetischer Kraftstoffe plus Hybridtechnologie. Parallel dazu würde der Anteil der Batterie-Autos mit großer Reichweite hochgefahren.
„Am schnellsten CO2-frei wäre man mit dem Einsatz synthetischer Kraftstoffe plus Hybridtechnologie.“
Prof. Kampker zur Dekarbonisierung des Straßenverkehrs
Das wäre der schnellste Weg zur Klimaneutralität des Straßenverkehrs?
Ja – aber ob er unter kommerziellen Gesichtspunkten auch der sinnvollste ist, das ist eine andere Frage. Wenn es allein um die Reduktion der CO2-Emissionen geht, wäre das wahrscheinlich der schnellste Weg …
… zur Dekarbonisierung des Pkw-Verkehrs. Aber bei den Fahrzeugen für den Schwerlastverkehr?
Bei Lkw ist der Anteil der 40-Tonner am Straßengüterverkehr nicht sehr groß. Die wenigen Hunderttausend Fahrzeuge haben allerdings einen enormen Anteil an den CO2-Emissionen in Deutschland. Rund 35 Prozent der CO2-Emissionen aus dem Straßenverkehr werden durch diese relativ kleine Zahl von Fahrzeugen verursacht. Durch die Elektrifizierung des Antriebs, mit Brennstoffzelle oder Batterie, erreichen wir also sehr schnell eine messbare Wirkung. Auf der anderen Seite ist die Dekarbonisierung dieser Fahrzeuge eine technologisch ziemlich anspruchsvolle Aufgabe, denn die Lastwagen fahren den ganzen Tag herum und stehen nicht, wie Pkw, den größten Teil des Tages auf einem Parkplatz. Lkw absolvieren viele Kilometer und transportieren schwere Güter – dementsprechend hoch sind die CO2-Emissionen. Mit einem reinen Batterie-Antrieb sinkt allerdings die Zuladung, und es gibt noch andere Restriktionen – denken wir nur einmal an die Lade-Infrastruktur. Es gibt ja jetzt schon zu wenig Platz für Lkw auf den Autobahn-Raststätten. Selbst, wenn es dort Megawatt-Charger für Lastwagen gäbe: Sie kämen dort gar nicht heran.
Durch technische Verbesserungen an den Fahrzeugen gehen die Schadstoff-Emissionen pro Kilometer im Straßengüterverkehr zurück, aufgrund der gestiegenen Fahrleistungen stiegen die absoluten CO2-Emissionen zwischen 1995 und 2023 jedoch. Grafik: UBA.
Dann müssen halt neue Flächen ausgewiesen werden.
Richtig. Es sagt ja auch niemand, dass wir das Thema deshalb nicht weiterverfolgen. Aber ich denke, dass wir da eine gewisse Redundanz brauchen. Wenn einige der Lastzüge auch Wasserstoff tanken können, entzerren wir das ganze auf verschiedenen Ebenen – und das ist genau die Idee, die hinter unserem Projekt stand. Ich halte das Konzept, mit einer Brennstoffzelle als „Range Extender“ zu arbeiten, nicht für abwegig, denn über die Kilometerleistung werden sich die höheren Investitionen schnell rentieren. Auch weil es Vorteile bringt, was etwa die Zuladung betrifft.
Ein mit Biokraftstoff betriebener Dieselmotor als „Range Extender“ hätte aber den gleichen Effekt.
Bei Verbrennungsmotoren kann ich zwar mitdiskutieren, aber nicht mit dem notwendigen Tiefgang. Ich bleibe deshalb lieber bei meinem Leisten, dem elektrischen Antrieb.
Beim Einsatz einer mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle gibt es allerdings noch ein größeres Problem als das mit den fehlenden Stellplätzen und Ladesäulen: Es gibt nicht genügend Wasserstoff und noch weniger Tankstellen. In ganz Deutschland gibt es derzeit 22 Orte, wo Wasserstoff mit 350 bar getankt werden kann, in Italien und Österreich sogar nur jeweils einen.
Unser Testfahrzeug verfügt über ungefähr 750 Kilometer Reichweite im beladenen Zustand, und wir sind mit dem Lkw schon viel herumgefahren. In einer Konfiguration mit 700-bar-Wasserstofftanks sind sogar mehr als 1.000 Kilometer Reichweite möglich. Unsere Erfahrung war, dass das Tankstellennetz für viele der üblichen Strecken schon sehr gut ausreicht. Die Lastzüge des Fernverkehrs absolvieren meistens dieselben Routen. Das bedeutet, dass der Verkehr mit wenigen Nachbesserungen schon mit dem vorhandenen Tankstellennetz laufen kann. Das Problem ist eher, dem Spediteur Wasserstoff zu vernünftigen Konditionen anzubieten. Deshalb entwickeln wir in einem neuen Projekt gerade ein Logistik-Tool zur Regelung von Wasserstoffbedarf und ‑angebot im Fernverkehr.
Die Infrastruktur ist in den zurückliegenden Jahren eher geschrumpft als gewachsen und das Angebot an Wasserstoff knapp geworden.
Aktuell kostet das Kilogramm Wasserstoff in Deutschland bis zu 16,12 Euro.
Weil Wasserstoff derzeit knapp ist. Aber in Namibia werden gerade große Kapazitäten aufgebaut, da kommt einiges in Bewegung. Wir tun in Deutschland gut daran, Teile unserer Energiewirtschaft auf Wasserstoff umzustellen. Dadurch wird er nachher fast zum Abfallprodukt.
Sie sehen die Wasserstoff-Versorgung also nicht als Problem?
Bei allen Technologiewechseln gibt es eine Anfangshürde, die genommen werden muss. Zu Beginn ist es teurer, aber mit wachsenden Stückzahlen wird es deutlich günstiger. Das war bei den Elektro-Autos doch genauso.
Man muss nur erst einmal über die Hürde kommen.
Es ist eine staatliche Aufgabe, darüber hinwegzuhelfen. Ich bin grundsätzlich gegen Dauersubventionen. Wenn eine Technologie viele Jahre lang subventioniert werden muss, dann ist sie schlichtweg nicht die richtige. Aber einen Anschub braucht es, um Skaleneffekte zu erzielen. Europa und Deutschland sollten dazu in der Lage sein.
Nichtsdestotrotz ist dieses Antriebskonzept ein relativ teures.
Ja, das stimmt. Bei Lkw sind allerdings die Laufleistung und die Betriebskosten entscheidend, nicht der Anschaffungspreis. In der Schweiz und allmählich auch in Deutschland rentieren sich unseren Berechnungen zufolge solche Lastzüge inzwischen aufgrund der Rahmenbedingungen wie Steuern und Straßenmaut. Aber wie gesagt: Kernziel des Projekts war es nicht, die Zugmaschine marktreif zu machen.
Haben Sie eine Schätzung dazu vorgenommen, wie teuer das Fahrzeug im Falle einer Serienproduktion wäre?
Die Mehrkosten belaufen sich schätzungsweise auf 80 bis 100 Prozent gegenüber einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb. Der Großteil dieser Mehrkosten kann allerdings gefördert werden. Gemäß unseren Berechnungen der „Total Cost of Ownership“ für ein Serienfahrzeug kann sich das unter bestimmten Rahmenbedingungen durchaus rentieren.
Im Forschungsprojekt „SeLv“ hat Kampker mit seinem PEM-Team und externen Experten zu Demonstrationszwecken einen elektrischen Antriebsstrang mit 460 kW Leistung für eine Zugmaschine entwickelt, der eine 368 kWh-Batterie mit einer Brennstoffzelle kombiniert.
Wird das offiziell abgeschlossene Projekt in irgendeiner Form weitergeführt?
Das Fahrzeug ist ein Technologieträger, und wir haben bereits viele Anfragen von Zulieferern erhalten, die es zur Erprobung eigener Teiltechnologien nutzen möchten. Auf diese Weise werden wir das System also weiterentwickeln. Unser Plan ist es aber definitiv nicht, genau dieses Fahrzeug in Serie zu bringen. Unser Ziel ist es, der Industrie dabei zu helfen, Teilkomponenten realitätsnah zu erproben und zu optimieren.
Es gibt also bei den Einzelmodulen noch Optimierungsmöglichkeiten?
Jede Menge sogar – beispielsweise mit Blick auf das Thermomanagement, die Fahrgeräusche und die Effizienz des Antriebs. Auch über die Routen- und Ladeplanung lässt sich das System noch effizienter machen. Natürlich müssen wir uns auch die Kosten anschauen. Wir haben im Laufe des Projekts drei Fahrzeuge aufgebaut. Das neueste ist schon signifikant günstiger als das erste. Wir werden uns außerdem den Sonderfahrzeugbau und die Möglichkeiten des Antriebskonzepts in der Landwirtschaft anschauen. Zur Elektrifizierung von Nebenaggregaten kann unser Hybridkonzept auch kommerziell relevant werden.
Selbst noch einmal in die Spur zu gehen und zu versuchen, dieses Projekt zu industrialisieren: Diesen Ehrgeiz haben Sie nicht mehr?
Das hat weniger mit fehlendem Ehrgeiz zu tun als mit Realismus. Beim „Streetscooter“ war es uns auch dank glücklicher Umstände gelungen, eine große Fahrzeugflotte aufzubauen. Das war damals aber eine einmalige Konstellation. Man sollte sein Glück nicht zweimal herausfordern. Ich habe damals viel gelernt. Von der Kernexpertise, ein System zu integrieren, leben wir heute, und das lehren wir hier heute auch. Aber meine Kompetenz liegt woanders.
Wo genau?
Ich kann Themen anschieben, Innovationen an den Markt heranbringen und sie dorthin transferieren. Ab einem bestimmten Punkt muss man aber auch loslassen können. Meine Aufgabe sehe ich darin, Teams zu qualifizieren, sie ihre eigenen Ideen und Projekte aufbauen zu lassen und sie mit den richtigen Leuten zusammenzubringen – auf dass eines Tages etwas Großes daraus entsteht.
Vielen Dank, Professor Kampker, für das Gespräch.