Elektrizität oder Wasserstoff? Wie sieht die Zukunft des Straßentransports aus?
Wir schreiben das Jahr 2029. Auto Trucks –große Sattelzugmaschinen mit noch größeren Aufliegern –rasen über die Highways in den ländlichen USA. Was ist so besonders an ihnen? Die Zugmaschinen haben keine Fahrerkabinen. Und warum? Weil es sich um autonome Fahrzeuge handelt, die überhaupt keinen Fahrer brauchen. So haben sich die Macher des Science-Fiction-Films „Logan“im Jahr 2017 die Zukunft des Straßenverkehrs vorgestellt.
Werden in ein paar Jahren wirklich fahrerlose LKW auf den Straßen unterwegs sein? Das zu prognostizieren ist schwierig, auch wenn die Entwicklung solcher Technologien bereits voranschreitet. Sicherer scheint jedoch, dass die LKW und Sattelschlepper der Zukunft mit emissionsfreien Antrieben ausgestattet sein werden. Doch welcher „Kraftstoff“ wird es sein: Strom oder Wasserstoff? Lassen Sie uns versuchen, eine Antwort auf diese spannende Frage zu finden.
Warum bereiten Nutzfahrzeughersteller und die gesamte Logistikbranche erste Schritte vor, um Diesel-LKW durch Modelle mit alternativen Antrieben zu ersetzen? Im Wesentlichen geht es um zwei Themen: Finanzen und Ökologie.
„Erstens bleiben die Ölpreise hoch, was hohe Kraftstoffpreise bedeutet. Zweitens erfordert die Klimakrise radikale Maßnahmen, um ihre Ursachen und Auswirkungen zu stoppen“, erklärt Christof Thesinga, Vizepräsident für Marketing und Mitglied des Nachhaltigkeitsteams bei Coyote Logistics in Europa. „Deshalb gelten Maßnahmen wie die Anhebung der Abgasnormen (die irgendwann auch von modernsten Motoren nicht mehr erfüllt werden können) oder das künftige Verkaufsverbot für neue Pkw mit Verbrennungsmotor in der Europäischen Union.“ ab 2035“, fügt er hinzu.
Mit anderen Worten: Der Straßenverkehr muss gleichzeitig umweltfreundlicher und kostengünstiger werden. Daher sind alternative Energiequellen die einzige Möglichkeit, diese beiden Anforderungen zu erfüllen.
Entwicklung von Elektrofahrzeugen
In den ersten drei Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts erfreuten sich Elektroautos erstmals einigermaßen großer Beliebtheit. In den Jahren 1907-1939 produzierte das amerikanische Unternehmen Detroit Electric ca. 13.000 Elektroautos. Ohne die Erfindung der Blei-Säure-Batterie durch Gaston Plante im Jahr 1859, die zwanzig Jahre später von Camille Faure perfektioniert wurde, gäbe es natürlich überhaupt keine Elektroautos (heute werden Lithium-Ionen-Batterien größtenteils zusammengebaut). in Elektrofahrzeugen, aber auch andere Typen wie Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien werden verwendet). Im Jahr 1881Pierre Gustave Fundestellte das erste (noch dreirädrige) Straßen-Elektrofahrzeug vor. In den frühen Jahren der Entwicklung der Automobilindustrie erschienen Elektroautos als ernstzunehmende Alternative zu Autos mit Verbrennungsmotor. Es genügt zu sagen, dass La Jamais Contente, das erste Auto, das die 100-km/h-Grenze durchbrach, über einen Elektroantrieb verfügte. Von den späten 1930er bis in die Mitte der 1990er Jahre waren Elektroautos ziemlich ungewöhnlich und nicht sehr verbreitet. Sie galten eher als Besonderheit denn als ernsthafte Konkurrenz für Autos mit Verbrennungsmotoren. Ein Beispiel hierfür ist das Elektroauto Henley Kilowatt, das Ende der 1950er Jahre entwickelt wurde und auf dem Renault Dauphine basierte – es fanden sich nur 47 Käufer dafür. Einer der Gründe, warum Elektroautos damals nicht so beliebt waren, lag darin, dass sie in Bezug auf ihre Vielseitigkeit, ihre Reichweite und ihren Preis nicht mit den Autos mit Verbrennungsmotor mithalten konnten. Erst Mitte der 1990er Jahre änderte sich dies etwas, als General Motors das experimentelle Elektroauto-Modell EV1 vorstellte.
Heute ist die Situation völlig anders. Die letzten Jahre erlebten einen regelrechten Boom für Elektroautos (zuvor waren Hybridautos der Vorreiter, allen voran der revolutionäre Toyota Prius). Jedes Automobilunternehmen hat bereits EV-Modelle im Angebot, vom kleinen Stadtauto über Crossover und SUV bis hin zum Sportwagen. Vor drei Jahren feierte Tesla die Produktion seines millionsten Elektromodells, und im Januar dieses Jahres lag der Anteil von „Elektrofahrzeugen“ am Weltmarkt für Neuwagen bereits bei 10 %. Und er wächst stetig.
Elektro-LKW: Vor- und Nachteile
In einer Zeit, in der Elektroautos ein kleiner Nischenmarkt waren, schnitten elektrische Nutzfahrzeuge wie kleine Batteriewagen für den Gepäcktransport in Bahnhöfen oder Postwagen etwas besser ab. In Großbritannien erfreuten sich elektrische Milchwagen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts großer Beliebtheit. Dank dieser Fahrzeuge sollte es 1967 auf britischen Straßen mehr Elektrofahrzeuge geben als im Rest der Welt zusammen.
Die rasante Entwicklung der Elektromobilität in den letzten Jahren hat auch vor Nutzfahrzeugen nicht halt gemacht. Elektrotransporter, gebraucht z.B. B. von Kurierdiensten, sind auf den Straßen der Stadt bereits ein alltäglicher Anblick. Das Thema Elektro-LKW ist etwas komplexer, insbesondere im Zusammenhang mit Ferntransporten.
„Die ersten elektrischen Sattelzugmaschinen werden bereits von Tesla, Volvo, Freightliner und BYD aus China produziert, und auch andere Marken bereiten den Produktionsstart vor. Unternehmen wie Scania, DAF oder Volta Trucks bieten elektrische Kastenwagen an oder solche, die als Basis für Spezialfahrzeuge dienen können, z. B. Müllwagen“, erklärt Christof Thesinga.
„Ohne jede Diskussion besteht der größte Vorteil von Elektro-LKW darin, dass es sich um emissionsfreie Fahrzeuge handelt. Allerdings kann man sie nur dann als 100 % grün bezeichnen, wenn der Strom zum Laden der Batterien sauber erzeugt wird (aus erneuerbaren Quellen oder in einem Kernkraftwerk). Laut Untersuchungen von Volvo wird die Umweltbelastung eines Elektro-LKW, sofern er vollständig mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben wird, im Vergleich zu seinem Diesel-Pendant nach 100.000 Kilometern Fahrt geringer sein“, erklärt Christof Thesinga. „Der Vorteil von Elektro-LKW ist auch, dass sie deutlich leiser sind als Modelle mit Verbrennungsmotor. Ihr Einsatz trägt nicht nur zur Reduzierung der in die Atmosphäre abgegebenen Abgase bei, sondern auch zur Reduzierung der Lärmbelästigung, was insbesondere in großen städtischen Gebieten wichtig ist“, fügt Thesinga hinzu.
Das Problem beim Kauf von Elektro-LKW ist heute immer noch der Preis – sie sind deutlich teurer als die Dieselversionen. Dem PwC-Bericht zufolge könnten Elektro-LKW jedoch bereits im Jahr 2030 etwa 30 % günstiger sein als Modelle mit herkömmlichem Antrieb, wenn man die Gesamtkosten für Anschaffung und Betrieb berücksichtigt. Sie werden sich daher in Zukunft als eine weitaus wirtschaftlich sinnvollere Wahl erweisen.
Ingenieure, die Elektro-LKW entwickeln, stehen immer noch vor Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, damit diese Fahrzeuge ihr volles Potenzial entfalten können. Zunächst einmal ist die Reichweite, die E-LKW mit einer Akkuladung erreichen können, immer noch ein Problem. Obwohl es immer länger wird, ist es immer noch kürzer als Diesel-LKW und Modelle mit Brennstoffzellenantrieb. Der Prototyp des Mercedes-Benz eActros Long Haul kann mit einer einzigen Ladung 500 km zurücklegen.Der Volvo FH Electric, den es jetzt zu kaufen gibt, wird mit vollen Batterien eine Strecke von 300 km zurücklegen. Zum Vergleich: Eine Sattelzugmaschine mit Dieselmotor fährt mit einer Tankfüllung um ein Vielfaches länger.
Zweitens ist die Ladezeit der Batterien immer noch länger als die Zeit, die benötigt wird, um den Tank mit Diesel (bzw. Wasserstoff im Fall von FCEV-LKW) zu füllen, trotz der laufenden Entwicklung in diesem Bereich (z. B. können die Batterien des Mercedes eActros dies tun). innerhalb von 30 Minuten von 20 % auf 80 % aufgeladen werden). Die Ladeinfrastruktur ist in den Städten bereits gut ausgebaut, reicht aber noch nicht aus, um Elektro-LKW auf langen Strecken zurücklegen zu können. Darüber hinaus gibt es immer noch nicht genügend Ladestationen, die nur für LKW bestimmt sind, so dass diese diese nicht mit Pkw oder Transportern teilen müssen.
Drittens ist das Gewicht von Lithium-Ionen-Batterien immer noch ein Problem. Ein elektrischer Sattelschlepper ist schwerer als seine Gegenstücke mit herkömmlichem und Wasserstoffantrieb, was die Ladekapazität des gesamten Sattelzug-Sets begrenzt, dessen Gesamtgewicht 40 Tonnen nicht überschreiten darf.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, gebrauchte Batterien so zu lagern und zu entsorgen, dass die Umwelt möglichst wenig belastet wird. Die wünschenswerteste Lösung besteht natürlich darin, die Komponenten der Batterie so weit wie möglich zu recyceln. Die Europäische Union arbeitet an einer Verordnung, die Hersteller von Elektrofahrzeugen dazu verpflichten soll, gebrauchte Batterien zu sammeln und zu recyceln, um die gewonnenen Materialien zur Herstellung neuer Batterien zu verwenden.
Wasserstoffbetriebene LKW
Es mag scheinen, dass wir erst seit ein paar Jahren von Wasserstoff als Antriebsquelle für Kraftfahrzeuge hören, aber das ist ein falscher Eindruck. Der wasserstoffbetriebene Motor wurde zu Beginn des 19. Jahrhunderts entwickelt und 1860 präsentierte ein Belgier namens Ettienne Lenoir das dreirädrige Hippomobil. Es handelte sich um ein Fahrzeug, das von einem Einzylinder-Zweitakt-Verbrennungsmotor angetrieben wurde und dessen Treibstoff Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser stammte. Lenoir gelang es, über 300 Nilpferdmobile zu verkaufen. In den 1930er Jahren kamen die ersten wasserstoffbetriebenen Lastkraftwagen auf den Markt. Sie wurden von der norwegischen Firma Norsk Hydro entwickelt. Die Antriebsquelle war wiederum ein Verbrennungsmotor, der jedoch für die Verbrennung von Wasserstoff und nicht von Benzin ausgelegt war.
Wenn wir heute von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen sprechen, meinen wir nicht mehr, dass Wasserstoff den flüssigen Kraftstoff in Verbrennungsmotoren ersetzt. Seit Mitte der 1950er Jahre wird die Brennstoffzelle kontinuierlich weiterentwickelt. Ursprünglich wurden sie zum Antrieb von Raumfahrzeugen eingesetzt, und Mitte der 1960er Jahre begann General Motors damit, damit zu experimentieren, sie als Antrieb für Nutzfahrzeuge einzusetzen (den Prototyp GM Electrovan). Der Beginn des 21. Jahrhunderts brachte eine deutliche Beschleunigung der Arbeiten an dieser alternativen Energiequelle. Derzeit ist ein „Wasserstoff-LKW“ ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, dessen Energiequelle Brennstoffzellen, auch Wasserstoffzellen genannt, sind.
Wie funktionieren Brennstoffzellen
Brennstoffzellen bestehen aus zwei Elektroden: einer negativen (Anode) und einer positiven (Kathode) sowie einem Katalysator in Form einer Protonenaustauschmembran. Durch das Phänomen der umgekehrten Elektrolyse wird in ihnen Strom erzeugt. Vereinfacht lässt sich dieser Vorgang wie folgt beschreiben: Der Anode wird Wasserstoff zugeführt, der – in einer Reaktion mit einem Katalysator oxidiert – in Protonen und Elektronen zerfällt. Die Protonen gelangen durch die Membran zur Kathode, wo Sauerstoff zugeführt wird. Die Kathode ist außerdem mit einem Katalysator bedeckt, sodass der Sauerstoff mit ihm reagiert und sich in Anionen umwandelt. Diese verbinden sich mit Wasserstoffprotonen zu Wasserdampf. Wo ist in all dem die Elektrizität? Die Elektronen, die die Membran nicht passiert haben, gelangen in den externen Stromkreis – es wird Strom erzeugt, der den Elektromotor des Lastkraftwagens antreibt. Aufgrund seiner geringen Dichte wird Wasserstoff bei 350 oder 700 bar in einem Tank gespeichert. Daher ist die sichere und effektive Lagerung und der Transport dieses Gases heute eine der größten Herausforderungen für die Wasserstoff-Automobilindustrie.
Brennstoffzellen-LKW: Vor- und Nachteile
Wie bei Elektrofahrzeugen besteht der größte Vorteil von LKW mit Wasserstoffzellenantrieb darin, dass sie keine Abgase, sondern nur Wasserdampf in die Atmosphäre abgeben. Eine komplexere Frage ist, wie der Wasserstoff erzeugt wird, der später in den LKW getankt wird, um die Brennstoffzellen anzutreiben.
„Etwa 95 % des weltweit produzierten Wasserstoffs ist der sogenannte graue Wasserstoff. Es wird im Erdgasreformierungsprozess hergestellt. Das Nebenprodukt dieses Prozesses ist Kohlendioxid, das in die Atmosphäre freigesetzt wird. Es gibt eine Technologie zur Abscheidung und Speicherung oder Verarbeitung von CO2 (dann sprechen wir von der Herstellung von blauem Wasserstoff), aber sie ist extrem teuer. Grauer Wasserstoff bedeutet, dass Brennstoffzellen zwar selbst eine >>saubere<<Energiequelle sind, weil damit ausgestattete Fahrzeuge nur Wasserdampf ausstoßen, die Produktion des Großteils des Wasserstoffs, der sie antreibt, jedoch dennoch negative Auswirkungen auf die Umwelt hat. Wie bei Elektrofahrzeugen – sie stoßen keine Abgase aus, Strom kann aber in >>schmutzigen<<Kohlekraftwerken produziert werden“, erklärt Christof Thesinga.
LKWs, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betrieben werden, sind – wie ihre elektrischen Pendants – zudem sehr leise.
Der Wasserstofftank und die Brennstoffzellen, die den Elektromotor antreiben, nehmen weniger Platz ein und wiegen weniger als Batterien in Elektro-LKW. Das bedeutet, dass Wasserstoff-LKW im Vergleich zu ihren Elektro-Pendants die größte Nutzlast haben. Auch das Betanken mit Wasserstoff ist kürzer als das Laden der Batterien: Es dauert mehrere Minuten, während das vollständige Laden der Batterie immer noch eine Frage von Stunden ist.
Brennstoffzellen-LKW haben im Vergleich zu Elektrofahrzeugen auch eine größere Reichweite. Der in Deutschland hergestellte Qualtron-Sattelschlepper kann mit einer einzigen „Betankung“ mit Wasserstoff eine Strecke von 1.500 km zurücklegen. Wie bereits erwähnt: Der Prototyp des Mercedes-Benz eActros wird mit einer Batterieladung nur ein Drittel dieser Strecke zurücklegen.
Die derzeit größte Herausforderung im Zusammenhang mit dem effektiven Einsatz von FCEV-LKW im Gütertransport ist die unterentwickelte Infrastruktur. „In Städten finden wir leicht Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die auch von Nutzfahrzeugen genutzt werden können. Allerdings muss die Infrastruktur zur Wasserstoffbetankung noch erheblich ausgebaut werden, insbesondere für längere Strecken, wenn wir über den Einsatz von FCEV-LKW für den Güterferntransport nachdenken. Derzeit übersteigen die Kosten für den Bau einer Wasserstofftankstelle und Tanks für die Speicherung noch immer deutlich die Kosten für die Installation einer Ladestation für Elektrofahrzeuge“, erklärt Christof Thesinga von Coyote Logistics.
Und dann ist da noch die Preisfrage: FCEV-LKW sind natürlich viel teurer als ihre Diesel-Pendants, aber auch als Elektrofahrzeuge.
EV oder FCEV? Wie sieht die Zukunft des Straßentransports aus?
Einfach Wenn man in einer europäischen Großstadt die Straße betritt, erkennt man, dass Fahrzeuge, die mit alternativen Energiequellen betrieben werden, immer schneller Teil unseres Alltags werden. Natürlich reden wir immer noch hauptsächlich über Pkw, aber Elektrotransporter von Kurierdiensten oder wasserstoffzellenbetriebene Stadtbusse beweisen, dass auch Nutzfahrzeuge zu Elementen der grünen Revolution in der Automobilindustrie werden können. Im Jahr 2022 wurden EU-weit weniger als 1,7 Tausend neue Elektro-LKW zugelassen. Es besteht kein Zweifel, dass diese Zahl weiter steigen wird, zumal die EU-Strategie für nachhaltige Mobilität davon ausgeht, dass bis 2030 80.000 emissionsfreie LKW auf EU-Straßen unterwegs sein werden.
„Verlader werden ihren CO2-Fußabdruck verringern wollen. Daher werden sie die Dienste derjenigen Fluggesellschaften in Anspruch nehmen, die über eine emissionsfreie Flotte verfügen. Dadurch wird der Absatz von Elektro- oder FCEV-LKW steigen“, erklärt Christof Thesinga.
Allerdings ist es heute noch zu früh, um klar zu sagen, ob Elektro- oder FCEVs in naher Zukunft den LKW-Transport dominieren werden, aber wir können versuchen, einen möglichen Entwicklungsweg zu erkennen.
„Aus heutiger Sicht können wir sagen, dass auch in den nächsten Jahren schwere Nutzfahrzeuge überwiegend mit Dieselmotoren angetrieben werden und der Diesel durch Biodiesel ersetzt wird. In Zukunft wird die Entwicklung von Elektro- und FCEV-LKW jedoch weitergehen. Mit der Zeit werden sie beginnen, Biodiesel-Modelle zu verdrängen, was durch immer strengere Abgasnormen oder Vorschriften zugunsten von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben begünstigt wird, betont Christof Thesinga.
Hersteller von Elektro- und Brennstoffzellen-LKW stehen noch immer vor zahlreichen Herausforderungen. Bei Elektrofahrzeugen ist es notwendig, die Reichweite, die mit einer einzigen Ladung abgedeckt werden kann, zu erhöhen, aber auch das Gewicht und die Größe der Batterien zu erhöhen (unter Beibehaltung ihrer Effizienz) sowie die Ladezeit zu verkürzen. Bei FCEV-LKW müssen die Hersteller daran arbeiten, die Tanks sicherer zu machen (um das Risiko eines Tanklecks, das bei der Vermischung von Wasserstoff mit Luftsauerstoff zu einer Explosion führen kann, auf ein absolutes Minimum zu beschränken). Für den Erfolg wasserstoffzellenbetriebener LKW wird der Ausbau der Tankinfrastruktur entscheidend sein, die sich – im Vergleich zum Netz der E-Ladestationen – noch in den Kinderschuhen befindet. Der Anschaffungspreis muss im Vergleich zu LKWs mit herkömmlichen Motoren wettbewerbsfähig sein. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Kosten für die Anschaffung und den Betrieb von Elektro- und FCEV-LKW sinken werden, da beide Typen an Popularität gewinnen.
„Wenn man versucht, die Entwicklung von Elektro- und FCEV-LKW vorherzusagen, könnte man versucht sein zu sagen, dass es im Straßenverkehr einen Platz für beide Typen geben wird. Aufgrund der größeren Reichweite und schnelleren Betankung können Modelle mit Brennstoffzelle als Sattelschlepper für längere Strecken eingesetzt werden. Elektromodelle scheinen heute ideal als Lieferfahrzeuge in Städten zu sein, wo Ladestationen leicht zu finden sind, sodass die geringere Reichweite kein großes Problem darstellt. Doch die dynamische Entwicklung von Elektro- und FCEVs in den kommenden Jahren könnte diese Prognosen obsolet machen. Meiner Meinung nach werden in Zukunft sowohl Elektro- als auch FCEVs nebeneinander auf dem Markt funktionieren und die spezifischen Erwartungen verschiedener Nutzer erfüllen, so wie es beispielsweise bei der Entwicklung von Automatikgetrieben der Fall istbedeutete nicht, die Schaltgetriebe auszutauschen“ –fasst Christof Thesinga, VP of Marketing bei Coyote Logistics, zusammen.
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