Auf dem fünf Kilometer langen E-Highway zwischen Langen und Weiterstadt ist derzeit alles andere als die Hölle los. Gerade einmal zwei Lastwagen von Scania mit Hybridantrieb und einem Pantographen hinter dem Führerhaus nutzen die Oberleitung entlang des rechten Fahrstreifens, um sich während der Fahrt mit Strom zu versorgen. Wegen der Reise- und Kontaktbeschränkungen, die während der Corona-Krise verhängt wurden, sind noch nicht alle fünf Testfahrzeuge in Hessen im Einsatz, erklärte dieser Tage der Projektleiter von Hessen Mobil der Presseagentur dpa. Dennoch würden bis zum Ende des Versuchs 2022 genügend Daten gesammelt, um entscheiden zu können, was die Technik taugt und ob Oberleitungs-Laster in der Lage sind, die Schadstoffemissionen aus dem Straßengüterverkehr spürbar zu senken. Ergebnisse sollen im ersten Quartal 2023 vorgelegt werden. Das Zwischenfazit nach einem Jahr falle schon einmal positiv aus: „Wir sind sehr zufrieden. Man kann eine solche Anlage mit vertretbarem Aufwand vernünftig und sicher betreiben.“

Scania Hybrid-Lkw R 450 mit ausgefahrenem Pantograph
Für den Feldversuch in Hessen liefert die VW-Tochter fünf Fahrzeuge. Angetrieben wird es von einem Sechszylinder-Diesel und einem Elektromotor, der seinen Fahrstrom entweder aus einer Lithium-Ionen-Batterie oder der Oberleitung bezieht. Foto: Scania.

Auch eine erste kleine Öko-Bilanz des Instituts für Energie- und Umweltforschung (ifeu) in Heidelberg kam zu einem positiven Urteil: „Auf stark befahrenen Autobahnabschnitten in Deutschland könnten Oberleitungs-Lkw (Catenary Electric Vehicles, CEV) schon 2030 wirtschaftlich attraktiv sein – vorausgesetzt, der Staat baut eine entsprechende Infrastruktur auf. Dadurch würde auch die CO2-Vermeidung für Speditionen deutlich günstiger als der Umstieg auf synthetische Kraftstoffe.“

Gestützt wird diese Aussage jetzt durch eine Perspektiv-Studie, die Umweltexperten der Universität Stuttgart und der IAV Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr im Rahmen des Forschungsvorhabens „CO2-neutrale Langstrecken-Lkw“ erstellt haben. Die Ergebnisse haben sie kürzlichen auf dem (virtuellen) Wiener Motorensymposium vorgestellt.

Fünf Antriebskonzepte im Vergleich

Die Wissenschaftler hatten mit Blick in die Zukunft und auf den Straßenverkehr im Jahr 2050 (!) insgesamt fünf Antriebskonzepte untersucht: Neben dem O-Lkw (CEV) einen rein batteriegetriebenen Lastzug (BEV), ein Brennstoffzellen-Fahrzeug (FCEV) sowie zwei Konstellationen mit Plug-in-Hybrid-Antrieb (PHEV). Bei dem einen wurde synthetischer Dieselkraftstoff, bei dem anderen synthetisch erzeugtes Erdgas verbrannt. An Bord haben diese wie der Oberleitungs-Laster eine 500 Kilo schwere Hochenergie-Batterie mit einer Speicherkapazität von brutto 166 Kilowattstunden. Damit sollen die Lkw rund 100 Kilometer rein elektrisch fahren können.

Bei dem rein elektrisch betriebenen Lastzug fällt die Batteriekapazität natürlich deutlich größer aus: Um eine Reichweite von rund 800 Kilometer zu erzielen, müsste eine Feststoff Batterie mit 1238 kWh an Bord sein, mit festem Elektrolyt und einer Kombination aus Lithium und Nickel, Mangan und Kobalt. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass bis 2050 die Speicherdichte der Batteriezellen mit 400 Wattstunden pro Kilogramm und 1200 Wattstunden pro Liter deutlich höher sein wird als heute: Die dieselelektrischen Hybrid-Lkw von Scania, die bei dem Versuch in Hessen eingesetzt werden, verfügen nur über einen Speicher von 18,5 kWh, von denen sich lediglich 7,4 kWh nutzen lassen. Damit soll nach der Trennung von der Oberleitung eine elektrische Reichweite von 10 bis 15 Kilometern möglich sein.

„Giga-Liner“ fahren 2050 vollautonom

Bei allen Fahrzeugen für das Jahr 2050 wurde für die Studie eine Gesamtmasse von 50 Tonnen angenommen – bestehend aus einem Zugfahrzeug und zwei Anhängern mit einer Gesamtlänge von 25,25 Metern. Im Volksmund würde man eine solche Konstruktion als „Gigaliner“ bezeichnen. Für die Studie wurde zudem angenommen, dass im Jahr 2050 auf Autobahnen alle Lastzüge vollautonom – ohne Lenkrad und Fahrer – unterwegs sein werden. Und dass im Jahr 2050 im Verkehr keine fossilen Brennstoffe mehr eingesetzt werden und dass bis dahin ausreichend Strom zur Verfügung steht, der aus erneuerbaren Quellen stammt.

2019 startet auf der A1 ein Feldversuch mit Lkw, die über eine Oberleitung mit Strom versorgt werden. Experten sehen in der Technologie eine Chance, die Klimaziele noch zu erreichen – doch der Ansatz ist umstritten. E-Mobilität

Entsprechend komplex fällt die Untersuchung von Aleksandar Lozanovski und Andreas Geß vom Institut für Akustik und Bauphysik der Universität Stuttgart aus, die sich hier auf ganzheitliche Bilanzierungen spezialisiert haben. Oliver Dingel, Spezialist für Energiemanangement am IAV-Entwicklungszentrum in Chemnitz, und sein Kollege Torsten Semper (der sich mit der gesamthaften Bewertung von Hochvolt-Batterien beschäftigt) ergänzten ihre Arbeit.

Fiktive Teststrecke von Almeria nach Berlin

Analysiert wurde praktisch der gesamte Lebenszyklus von der Gewinnung der Antriebsenergie über die Herstellung der Fahrzeuge und ihrer Komponenten bis hin zum Betrieb. Lediglich die klimawirksamen Emissionen, die bei der Errichtung des Oberleitungs-Netzes sowie der Ladestationen entlang der Schnellstraßen entstehen, blieb außen vor.

Die Ergebnisse der Öko-Bilanz überraschen zum Teil, zum Teil nicht: Der Batterie-Truck kann aufgrund des hohen Gewichts seines Energiespeichers am wenigsten zuladen, außerdem belastet ihn die schlechte Klimabilanz der Batterieherstellung. Dafür ist er im Betrieb auf der Langstrecke – Berechnungsgrundlage war ein Transport über 2662 Kilometer vom spanischen Almeria nach Berlin – unter anderem aufgrund des hohen Wirkungsgrad des Elektromotors besonders klimafreundlich.

Batterie-Truck trägt schwer am Akku

Insbesondere, wenn man davon ausgeht, dass der Strom in 30 Jahren weitgehend klimaneutral erzeugt wird. In dem Punkt wird der Batterie-Truck allerdings vom O-Laster noch geschlagen: Weil er keine schwere Batterie mit sich herumschleppt, ist sein Stromverbrauch geringer. Zudem belastet die Herstellung des CEV das Klima weniger, weil er keinen Verbrennungsmotor an Bord hat. Der Laster, der seinen Fahrstrom mit Hilfe von Wasserstoff und Brennstoffzellen erzeugt, liegt in der Treibhausgas-Bilanz zwischen den beiden Fraktionen.

Die Dieselmotoren sind denn auch das größte Handicap der Laster mit Hybridantrieb. Dieses lasse sich allerdings deutlich verkleinern, wenn der Strom zu 100 Prozent aus Erneuerbaren Energie gewonnen wird: Wenn die Treibhausgas-Emissionen bei der Stromerzeugung unter sieben Gramm CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde liegen, schnitten mit E-Fuel betriebene Plug-in-Fahrzeuge gleich gut ab wie Batterie-Fahrzeuge.

1 Million Euro pro Kilometer

Aber was Nutzlast, Herstellung und Reichweite anbetrifft, ist nach der Untersuchung der O-Laster die effektivste Technik, um die Klimabelastungen durch den Straßengüterverkehr zu reduzieren. Allerdings ist die Elektrifizierung der Autobahnen kein billiges Unterfangen: Für den Versuch in Hessen mussten entlang der fünf Kilometer langen Strecke allein 229 Strommasten errichtet werden. Experten beziffern die Kosten für den Aufbau der Infrastruktur mit rund einer Million Euro pro Kilometer. Und allein in Deutschland müssten wenigstens 1000 Kilometer Autobahn mit Oberleitungen ausgestattet werden, damit das System funktioniert.

Unter dem Aspekt haben die Lastzüge, die mit einer Brennstoffzelle fahren oder einen mit E-Fuel betriebenen Hybridantrieb an Bord haben, doch vielleicht die besseren Karten.

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6 Kommentare

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    Mit dem LKW können sie auch 5, 10 oder 40 Tonnen wirtschaftlich transportieren. Ein wirtschaftlicher Güterzug eher 500 bis 1000 Tonnen Last.

    Mit dem LKW können sie im Prinzip auch „bis zur Berghütte“ fahren, sprich auch an die 100.000en Standorte fahren, wo es was zu transportieren gibt. Das wird die Eisenbahn NIE können.

    Die Eisenbahn ist echt nur was für Schwerindustrie und lange Distanzen.

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    Elektrifizierung von den Autobahnen ist ein absoluter Unsinn! Wofür haben wir Eisenbahn?!

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      Mit dem LKW können sie auch 5, 10 oder 40 Tonnen wirtschaftlich transportieren. Ein wirtschaftlicher Güterzug eher 500 bis 1000 Tonnen Last.

      Mit dem LKW können sie im Prinzip auch „bis zur Berghütte“ fahren, sprich auch an die 100.000en Standorte fahren, wo es was zu transportieren gibt. Das wird die Eisenbahn NIE können.

      Die Eisenbahn ist echt nur was für Schwerindustrie und lange Distanzen.

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  3. Avatar

    Was für mich hier sehr erstaunt ist die Aussage, dass die Kosten so enorm sind. Wieso funktioniert das dann bei Eisenbahnen? Und was soll an E-Fuel so klimafreundlich sein? Wieso glaubt man immer noch nicht, dass es möglich sein wird die Energiedichte von Stromspeichern entscheidend zu verbessern? Hat nicht die jüngste Vergangenheit gezeigt, dass wir hier erst am Anfang stehen und die Entwicklung noch lange nicht am Ende ist? So wie sie es bei der Verbrennungstechnologie und bei der Wasserstofftechnologie ist? Es bleibt spannend.

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    Es gibt wohl kein Land, in dem dieser Unsinn mit den Oberleitungen ernsthaft praktiziert wird. Das kommt eher einem Schildbürgerstreich gleich. Zum einen ist es viel zu teuer, zum anderen müsste es europaweit ein entsprechendes Netz geben, was nirgendwo in Sicht ist.
    Die Verdopplung der Batteriekapazitäten in der Studie sind eine reine Luftbuchung, die Wunderbatterie gibt es nicht – und ob sie jemals kommt, wissen wir nicht.
    LKW fahren in Zukunft mit Brennstoffzelle. Mit CNH (Iveco), Toyota, Hino, Nikola, Traton, Daimler, Volvo und Hyzon gibt es auch mehr als genügend Player, die intensiv daran arbeiten.

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      Ganz im Gegenteil (Nicht so schwarz-weiß denken!):

      Der Nachteil der H2-Brennstoffzelle sind die erheblichen Wirkungsgradverluste durch die vielen Umwandlungen und die Speicherung des Wasserstoffs: 1) bei der Elektrolyse, 2) bei der Verdichtung/Kompression/Speicherung des Wasserstoffs, 3) in der Brennstoffzelle. Hier ist die Oberleitung klar überlegen.

      Da aktuell noch nicht einmal die Hälfte des deutschen Stroms aus erneuerbaren Quellen stammt, muss die Frage der Effizienz immer eine hohe Priorität haben.

      Wir stoßen bei der Windkraft und beim Netzausbau jetzt schon auf Widerstände und auch der Flächenbedarf der Photovoltaik wird ein Thema werden.

      Und wir haben noch viel vor uns:
      -Energiewende (Ausstieg aus Atom, Kohle, Gas)
      -Verkehrswende (neben PKW und LKW gibt es auch die Luft- und Schifffahrt, wo wir wohl tatsächlich auf H2 angewiesen sind)
      -Wärmewende (Heizen, Kühlen, Prozesswärme – wo wir wohl auch vergleichsweise ineffiziente Langzeitspeicher wie Wasserstoff brauchen werden)

      Ich bin daher skeptisch, ob wir auf der Langstrecke im Autobahnnetz auf den hocheffizienten O-LKW verzichten können.

      Und ganz ehrlich die 1 Mio. Kosten pro km Oberleitung schrecken mich überhaupt nicht. Klingt viel, ist es aber nicht wirklich:

      1km Autobahn in Deutschland kostet rund 10 Mio. Euro (bei Bedarf nachgooglen). Da sind 1 Mio € für die Oberleitung schon ein relevanter Posten, aber aus meiner Sicht ein Upgrade mit Mehrwert.

      Man darf nicht vergessen, dass die Autobahnen auch jene Netzabschnitte mit der größten Verkehrsdichte sind, die „hohen“ Infrastrukturkosten verteilen sich auf eine große Zahl der Verkehrsteilnehmer. (In der Wegekostenrechnung ist die Autobahn daher der günstigste Teil des Netzes und die kleinen kommunalen Straßen in unseren Siedlungen die teuersten pro gefahrenem km).

      Kann mir gut LKWs mit Oberleitung UND Batterie/Brennstoffzelle (für die letzte Meile) vorstellen. Aufladung während der Fahrt unterm Fahrdraht.

      Die Oberleitung ist eine coole, hocheffiziente Sache!

      Und es wird sicher auch Einsatzgebiete für den Wasserstoff geben, auch beim LKW. (Wie ich schon sagte: Nicht so schwarz-weiß denken!)

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