Lkw könnten bald per Oberleitung angetrieben werden und in einem Massenmarkt wirtschaftlich erfolgreich sein. Allerdings nur, wenn die Oberleitungsinfrastruktur gut ausgebaut und genutzt wird.
Der eHighway ist eine Alternative zum herkömmlichen Lkw-Transport. Er versorgt Lkw über eine Oberleitung mit Strom.
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In den vergangenen Jahren sind die Treibhausgasemissionen des Verkehrs weiter angestiegen. Im Jahr 2017 lagen sie laut Öko-Institut bei mehr als 170 Millionen Tonnen. Davon werden rund 40 Millionen Tonnen von Nutzfahrzeugen, also Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 3,5 Tonnen, verursacht. Um hier eine Dekarbonisierung zu erreichen, ist der Oberleitungs-Lkw eine mögliche Lösung. Großer Vorteil dieser Lkw ist: Mit Oberleitungssystemen wird ein schwerwiegender Nachteil des Batterie-Elektroantriebes, nämlich das hohe Gewicht und die hohen Kosten der Batterien umgangen, erklärt Springer-Autor Michael Hilgers im Kapitel Elektrischer Antrieb aus dem Buch Alternative Antriebe und Ergänzungen zum konventionellen Antrieb. Warum Oberleitungs-Lkw neben diesem Vorteil auch Chancen für den Klimaschutz bieten, erklärt eine aktuelle Studie des Öko-Instituts.
Weltweit gibt es derzeit mehrere Projekte für Oberleitungs-Lkw – unter anderem in den USA und in skandinavischen Ländern. So betreibt Siemens bereits in Schweden und Kalifornien elektrifizierte Strecken, sogenannte eHighways, auf öffentlichen Straßen. Mit einer Teststrecke in der Nähe von Berlin und drei geplanten Projekten in Schleswig-Holstein, Hessen und in Baden-Württemberg sind auch bereits erste Demonstratoren in Deutschland in der Umsetzung.
"Kernelement des Systems ist ein intelligenter Stromabnehmer in Kombination mit einem Hybridantriebssystem", erklärt Stefan Schlott in seinem Report Nutzfahrzeuge Verschlungene Wege in die Zukunft aus der ATZ 5-2016 die Technik, die hinter dem eHighway steckt. Ein Sensorsystem ermögliche dem Stromabnehmer das automatische An- und Abbügeln bis zu einer Geschwindigkeit von 90 km/h. Entsprechend ausgerüstete Lkw versorgten sich während der Fahrt aus Oberleitungen mit elektrischer Energie und fahren dann lokal emissionsfrei. Auf Straßen ohne Oberleitungsinfrastruktur komme ein Hybridsystem mit Diesel zum Einsatz. Alternativ könne das System beispielsweise auch mit Batterie oder komprimiertem Erdgas betrieben werden.
Vorteile für den Klimaschutz
Was Oberleitungs-Lkw so attraktiv macht, ist deren möglicher Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit im Güterverkehr auf der Straße. Die aktuelle Studie "Oberleitungs-Lkw im Kontext weiterer Antriebs- und Energieversorgungsoptionen für den Straßengüterfernverkehr" des Öko-Instituts zeigt, dass sowohl der Aufbau des Oberleitungssystems entlang von Bundesautobahnen als auch die Umstellung der Fahrzeuge auf elektrische Antriebe unter Kosten- und Klimaschutzgesichtspunkten im Vergleich zu den untersuchten Alternativen Vorteile aufwiesen. So könnten Oberleitungs-Lkw im Jahr 2025 ein Viertel weniger CO2 emittieren als Dieselfahrzeuge; im Jahr 2030 wären es auf Grund der fortschreitenden Energiewende 32 Prozent weniger. Vergleiche man die Oberleitungs-Lkw im Jahr 2030 mit den heutigen Dieselfahrzeugen, könnten die CO2-Emissionen bis dahin sogar halbiert werden.
Die Analyse zeige zudem Vorteile für die Nutzer bei den Kosten für die neue Technologie: Bereits über eine typische Nutzungsdauer für Fern-Lkw von fünf Jahren sollen Oberleitungs-Lkw im Jahr 2025 geringere Gesamtbetriebskosten als Dieselfahrzeuge aufweisen. Die höheren Anschaffungskosten für die Fahrzeuge würden über eine Nutzungsdauer von fünf Jahren durch geringere Energie- und Wartungskosten "mehr als kompensiert", berichtet das Öko-Institut.
Verringerung der lokalen Luftverschmutzung
Die Chancen und Herausforderungen der Oberleitungs-Lkw hat auch das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI zusammen mit vier Forschungspartnern analysiert. Die im Auftrag des Bundesverkehrsministeriums (BMVI) entstandene "Machbarkeitsstudie zur Ermittlung der Potenziale des Hybrid-Oberleitungs-Lkw" vom Februar 2017 zeigt ebenfalls, dass Oberleitungs-Lkw wirtschaftlich sein können, vorher jedoch einige Hürden hinsichtlich Infrastruktur und Akzeptanz zu überwinden sind.
Aufgrund ihrer im Vergleich zum Diesel-Lkw höheren Wirkungsgrade könnten Oberleitungs-Lkw bei Verwendung von Strom aus überwiegend erneuerbaren Energiequellen entscheidend zur Reduktion der Treibhausgasemissionen des stark wachsenden straßengebundenen Güterfernverkehrs beitragen, so die Studie. Projektleiter Professor Martin Wietschel vom Fraunhofer ISI bilanziert: "Hierfür müssten lediglich die 4.000 bis 5.000 am stärksten von schweren Lkw frequentierten Autobahnkilometer mit Oberleitungen ausgestattet werden. Die dafür notwendigen Investitionen in Höhe von acht bis zwölf Milliarden Euro sind im Vergleich zum Aufbau anderer Infrastrukturen nicht besonders hoch." Auch das Öko-Institut ist optimistisch: "Der Aufbau eines 4.000 km Netzes bis zum Jahr 2030 wäre mit circa 20 Prozent der aktuellen jährlichen Mauteinnahmen finanzierbar."
Dass sich die Investitionen für die Umwelt lohnen, zeigen Erkenntnisse aus dem eHighway-Projekt: "Der eHighway ist im Vergleich zu Verbrennungsmotoren doppelt so effizient. Das bedeutet nicht nur eine Halbierung des Energieverbrauchs, sondern auch eine Verringerung der lokalen Luftverschmutzung", sagt Roland Edel, Technologiechef der Mobilitätssparte von Siemens.
Hürden hinsichtlich Infrastruktur und Akzeptanz
Bei der Einführung gibt es jedoch einige relevante Hürden: Vor allem müsste die zu Beginn defizitäre Oberleitungsinfrastruktur wahrscheinlich mit staatlicher Unterstützung vorfinanziert werden, so die BMVI-Studie. Der Zeitraum, in dem der Infrastrukturaufbau realisiert werden könnte, sei noch offen. Da auch ausländische Sattelzugmaschinen im erheblichen Umfang Autobahnen in Deutschland nutzen, empfehlen die Autoren zudem, eine europäische Lösung zur besseren Infrastrukturauslastung und Harmonisierung der europäischen Verkehrspolitik anzustreben.
Eine weitere Hürde sei die derzeit noch eingeschränkte Akzeptanz bei Lkw-Herstellern, die ihre Produktpalette umstellen müssten und Teile ihre Wertschöpfung mit den Verbrennungsmotoren verlieren könnten, sowie bei Logistikunternehmen, die eventuell Flexibilitätseinbußen bei der Einsatzplanung hätten. Ebenso sei offen, wie Anwohner und Nutzer beispielsweise mit den Sichtbeeinträchtigungen umgehen.
Dazu kommt: Das System weist die gleichen Nachteile auf wie ein serieller Hybrid.
Es ist schwer und teuer, da die Antriebsleistung mehrfach im Fahrzeug installiert ist. Darüber hinaus ist auch noch der Stromabnehmer und die Steuerung für den Stromabnehmer erforderlich", sagt Springer-Autor Hilgers.
Martin Wietschel nennt noch weitergehenden Forschungsbedarf: "Bei den neuen Antrieben für Lkw, vor allem mit Oberleitungen, stellt sich die Frage nach der Integration in das Energiesystem: Sie benötigen sehr große Strommengen, und diese Stromnachfrage kann kaum nach energiewirtschaftlichen Gesichtspunkten verlagert werden, zum Beispiel in Zeiten mit hohen erneuerbaren Anteilen im Energiesystem."
Brennstoffzellen-Lkw mit Wasserstoff sind auch eine Option
Für die BMVI-Studie wurden weiterhin die Oberleitungs-Lkw im Vergleich zu anderen neuen strombasierten Kraftstoffen zur Dekarbonisierung des straßengebundenen Güterfernverkehrs bewertet. Hierbei habe sich gezeigt, dass Brennstoffzellen-Lkw mit Wasserstoff ebenfalls eine interessante Option seien, unter anderem aufgrund ihrer Wirkungsgradvorteile gegenüber anderen strombasierten Kraftstoffen wie Methanol.
Zum Beispiel hat Toyota vor ein paar Wochen seinen weiterentwickelten, schweren Brennstoffzellen-Lkw "Beta"-Truck präsentiert. In puncto Antriebsleistung kann der lokal emissionsfreie Truck mit herkömmlichen Diesel-Lkw mithalten: Der Brennstoffzellen-Lkw entwickelt eine Leistung von mehr als 493 Kilowatt (670 PS) und ein maximales Drehmoment von fast 1.800 Newtonmetern. Möglich machen dies zwei Brennstoffzellenstacks. Die 12 kWh starke Batterie baut sehr kompakt. Mit einer Tankfüllung fährt der schwere Lkw nun bis zu 482 Kilometer, das sind 161 Kilometer mehr als in der ersten Generation. Mehr als 16.000 Testkilometer hat der Brennstoffzellen-Lkw bereits absolviert.
