Die großen Lkws tragen die Hauptlast der modernen Logistik. Leider sind sie damit auch eine wesentliche Ursache für den Anstieg der CO2-Emissionen im Verkehrssektor. Während kleinere Lkws mit Elektroantrieb bereits durchaus gebräuchlich und großflächig im Einsatz sind, fehlen bislang erfolgversprechende Konzepte für große Fahrzeuge mit bis zu 40 Tonnen Gewicht. Dabei ist das Problem nicht so sehr die Technologie, sondern die Infrastruktur. Die Industrie kann durchaus große Lkws mit Batterieantrieb liefern – aber es gibt keine unterstützende Infrastruktur entlang der großen Verkehrsachsen mit hohen Ladeleistungen. Projekte wie „eHaul“ in Berlin sollen das ändern.
Wie elektrische 40-Tonner wirtschaftlich werden
Federführend bei „eHaul“ ist die Technische Universität Berlin. Hinzu kommen Partner aus den Bereichen Systemtechnik, Software, Logistik, Fahrzeugtechnik und Energie. Das Projekt soll zeigen, dass große Lkws in der 40-Tonnen-Klasse auch über längere Strecken elektrisch betrieben werden können. Es gibt zwar Fahrzeuge in dieser Klasse, aber diese werden nur über kürzere Entfernungen, etwa im Verteilerverkehr oder bei der Stadtreinigung, eingesetzt – nicht aber über Distanzen von mehreren hundert Kilometern. Der Grund: Die Speicherkapazitäten heutiger Akkus gibt das nicht her.
Das Konzept von „eHaul“ sieht nun Lkws mit Wechselbatterien vor. Unterstützt werden sie von einem Netzwerk aus Wechselstationen, an dem die Lkws leere Batterien gegen volle austauschen können. Dabei ist der Batteriewechsel automatisiert. „Ehaul soll prototypisch den Batteriewechsel und den praktischen Betrieb erproben“, sagt Jens-Olav Jerratsch, Teamleiter am Lehrstuhl für naturalistische Fahrbeobachtung, energetische Optimierung und Unfallvermeidung an der TU Berlin. Jerratsch ist zudem der zuständige Projektleiter. Ziel ist eine Machbarkeitsstudie. „Ehaul soll prototypisch den Batteriewechsel und den praktischen Betrieb erproben“, erläutert Jan-Olav Jerratsch. Zudem sollen Geschäftsmodelle für den kommerziellen Betrieb entwickelt werden.
Die Infrastruktur für „eHaul“ in Berlin
Das Projekt soll über drei Jahre lang bis Ende September 2023 laufen. Das Konsortium nimmt zwei E-Lkws für den späteren Einsatz bei zwei Logistikunternehmen in Betrieb. Die Ladung in den Batterien reicht für eine Fahrtstrecke von rund 200 Kilometern. In Südberlin entsteht eine automatisierte Batterieaustauschstation, die die Spediteure für ihre tägliche Arbeit nutzen sollen. Für den Austausch fährt ein Lkw die Station an. Innerhalb weniger Minuten tauscht ein speziell entwickelter Roboter die verbrauchte Batterie gegen eine voll aufgeladene aus. Langwierige Ladezeiten, die den Lkw für Stunden an einen Platz binden, entfallen somit. Die Wechselanlage selbst beruht auf bewährten Komponenten aus der Hochregaltechnik.
Das Projekt „eHaul“ nimmt eine Vorreiterposition ein. „Bisher gibt es kaum Forschung zum Batteriewechsel bei großen Fahrzeugen“, sagt Projektleiter Jerratsch. „Eigentlich ist es eine Technik, die man schnell konzipieren und umsetzen kann“, meint er. Außerdem ist sie leicht skalierbar, kann also je nach Bedarf erweitert und angepasst werden. Er sieht die eigentliche Herausforderung darin, die Infrastruktur für die Wechselbatterien aufzubauen.
Die hätte gegenüber anderen Lösungen für den E-Verkehr den Vorteil, keine eigenen Anschlusslösungen zu benötigen. Die nicht genutzten Batterien könnten in der Station auch als Speicher für das allgemeine Stromnetz genutzt werden. Zudem müssen Batterien nicht dem Lkw-Betreiber gehören. Sie könnten auch von speziellen Betreibern zur Verfügung gestellt werden.
Alternative zu „eHaul“: Megawatt-Laden für Lkws
Einen anderen Weg schlägt das Projekt „Hochleistungsladen im Lkw-Fernverkehr“ (HoLa) ein. Hier ist das Ziel, eine Demonstrationsstrecke für das so genannte Megawatt-Laden zwischen Berlin und dem Ruhrgebiet zu errichten. Neben Brennstoffzellen-Lkws und Wechselbatterien gelten mit Schnelladebatterien fahrende Trucks als vielversprechender Ansatz, um den CO2-Ausstoss im Straßengüterverkehr drastisch zu senken.
Der Mercedes eEconic ist ein elektrisch betriebenes Sammel- und Entsorgungsfahrzeug für den kommunalen Einsatz. Er basiert auf dem eActros aus dem Hause Daimler. ER wird derzeit bei Kunden erprobt, 2022 soll die Serienproduktion starten. Foto: Daimler
Die Schirmherrschaft darüber hat der Verband der Automobilindustrie (VDA). Beteiligt sind Forschungsinstitute wie das Fraunhofer-Institut für Innovationsforschung (ISI), die Universität Stuttgart und die Bauhaus-Universität Weimar. Industrieseitig beteiligen sich Unternehmen wie ABB, EnBW, und alle großen Lkw-Hersteller. In der ersten Projektphase von „HoLa“ werden zunächst die einzelnen Standorte geplant, um dann in der zweiten Phase installiert und in Betrieb genommen zu werden. Ladestandorte werden Autobahn-Raststätten, Betriebshöfe und Logistikzentren sein. So wollen die Forscher unterschiedliche Anwendungsfälle bewerten und einschätzen. Am Ende des Projekts soll, ähnlich wie bei „eHaul“ eine Blaupause für den Aufbau einer flächendeckenden Infrastruktur aus Ladeparks stehen.
„HoLa“-Teststrecke zwischen Berlin und Ruhrgebiet
An vier Standorten entlang der A2 sollen ab 2023 je zwei Hochleistungsladepunkte mit dem so genannten „Megawatt Charging System“ (MCS) aufgebaut und betrieben werden. Das MCS ist ein Ladestecker für das Laden mit bis zu 4, 5 Megawatt (3 000 Ampere bei 1500 Volt) Gleichstrom. Dahinter verbirgt sich ein weltweit standardisierter Ladestecker für mittlere und große Lkws, der seit 2018 in Entwicklung ist. Der ist notwendig, weil herkömmliche Schnelllade-Säulen für Pkws zu langsam sind. Deren Ladeleistungen liegen im dreistelligen Kilowattbereich, aktuell bei maximal 300 kW. Damit ließen sich zwar auch Lkw-Batterien füllen, aber die Ladezeiten wären zu lang. Außerdem entspricht die Ladung eines großen Lkws der von 25 Pkws. An MCS arbeiten weltweit über 100 Unternehmen und Organisationen.
Die an MCS beteiligten Unternehmen erwarten von MCS die Lösung der zur Zeit bestehenden Probleme beim Einsatz von E-Lkws. „Es ist ein gutes und nachhaltiges Geschäftsmodell für den Straßengüterverkehr auf der Langstrecke“, sagte Stephen Koskoletos, bei ABB Canada zuständig für die Ladeinfrastruktur Elektrische Fahrzeuge, kürzlich in einem Interview. „Man braucht weniger Zeit zum Laden und hat mehr Fahrzeit zur Verfügung. Es bedeutet auch, dass man sich über Ladeinfrastruktur und Ladezeiten keine Gedanken machen muss.“ Koskoletos schätzt, dass ein MCS-Ladesystem bis zu vier Mal so effizient sein könnte wie Wasserstoff-Brennstoffzellen. MCS könnte auch autonom arbeiten, so daß ein Fahrer nur an die Ladestation fahren müsste, um eine neue Batterieladung zu bekommen.
Laden an mehreren Punkten gleichzeitig?
Einen der ersten Megawatt-Ladeparks hierzulande hat Daimler errichtet. Allerdings nutzen die Konstrukteure hier nicht eine einzige Zapfstelle, sondern mehrere. Die Leistung verteilt sich auf zwei Schnelllader von je 300 kW für Lkws und drei weitere Ladesäulen mit je 150 kW für Vans. Innogy testete in seinem Duisburger Ladepark, ob Nutzer an allen Ladepunkten gleichzeitig laden konnten, ohne Probleme zu verursachen. Die Innogy-Anlage besteht aus vier Gleichstrom-Stationen zu je 150 kW Leistung und zwei Wechselstrom-Stationen mit je zwei Mal 22 kW Kapazität. Den Strom liefert ein Solardach. Eine Pufferbatterie sorgt für Netzstabilität.
Megawatt-Trucks, die in Serie gebaut werden, gibt es bislang noch nicht. Aber alle großen Lkw-Hersteller und auch Newcomer wie Tesla, Volta und Nikola haben eigene Modelle in der Entwicklung. Volvo bietet inzwischen eine Elektro-Sattelzugmaschine mit 270 PS Leistung an, die ihre Antriebskraft aus vier Batteriepaketen schöpft. Mercedes unterhält seit 2018 eine Testflotte von zehn „eActros“-Lkw, um im Alltagsbetrieb Erfahrungen zu sammeln. Die Testfahrzeuge fahren mit einer Batterieladung rund 200 Kilometer weit; die Serien-Trucks sollen dann 500 Kilometer Reichweite schaffen.
Der Semitruck von Tesla sollte ursprünglich in diesen Tagen starten. Unter anderem wegen Problemen mit den Batterien wurde der Start der Serienproduktion der Elektro-Zugmaschine für den Fernverkehr aber kürzlich auf 2023 verschoben. Foto: Tesla
Tesla arbeitet an einem Semi-Truck, der über MCS geladen werden und je nach Version Reichweiten zwischen 483 und 805 Kilometern erreichen soll. Allerdings hat Tesla offenbar Schwierigkeiten mit den Batterien. Den für Juni diesen Jahres angekündigte Beginn der Serienproduktion hat Tesla inzwischen auf 2023 verschoben.
Allerdings hängt der langfristige Erfolg dieser Fahrzeuge davon ab, ob es gelingt, eine wirtschaftlich tragfähige Infrastruktur aufzubauen. Nur so könnten sich die E-Trucks von den konkurrierenden Brennstoffzellen-Lkws absetzen. Auch die Frage, ob die Zukunft dem Schnelllade-System oder der Batteriewechsel-Lösung gehört, muss erst noch beantwortet werden.
„Wir prüfen die Möglichkeit des Batteriewechsels, da es nicht möglich ist, größere Batterien herzustellen, ohne andere Verbrauchsfaktoren negativ zu beeinflussen. Weitere Optionen sind das Schnellladen, das bereits für Personenkraftwagen verwendet wird. Für Lastkraftwagen würde dies jedoch eine sehr hohe Ladekapazität erfordern – tatsächlich müssten Sie ein Kraftwerk neben der Ladestation bauen – insbesondere, da im regulären Betrieb mehrere Lastkraftwagen gleichzeitig geladen werden müssten “, erklärt Jerratsch.