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26-09-2022 | Nutzfahrzeuge | Interview | Article

"Wir sehen einen deutlichen Anstieg an ZEVs im Lkw-Segment"

Authors: Christiane Köllner, Patrick Schäfer

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Auch in der Nutzfahrzeugindustrie wird die Elektrifizierung vorangetrieben. Frank Pietras, Partner bei Roland Berger, spricht im Interview über die aktuellen Trendthemen im Bereich Nutzfahrzeuge.

Springer Professional: Herr Pietras, die Trendthemen auf der IAA Transportation 2022 lauteten Elektrifizierung, Digitalisierung und autonomes Fahren. Kommen wir gleich zum ersten Thema: In Ihrer neuesten Studie beleuchten Sie die Zukunft der Nutzfahrzeugindustrie. Welchen Anteil werden batterieelektrische und FCEV-Trucks ihrer Analyse zufolge in Zukunft haben?

Frank Pietras: Wir sehen einen deutlichen Anstieg an Zero Emission Vehicles (ZEVs) im Lkw-Segment in den kommenden Jahren, sowohl in Europa als auch in den USA. Die entsprechenden Produkte kommen nach und nach auf den Markt, wie auch sehr schön auf der diesjährigen IAA Transportation zu beobachten ist.

Während wir heute noch kleine Stückzahlen, meist im "Testbetrieb" der Flottenbetreiber sehen, nimmt die Dynamik deutlich zu. In Europa ist dies vor allem durch die europäischen CO₂-Emissionsnormen für Lastkraftwagen und andere schwere Nutzfahrzeuge getrieben, nach denen die Hersteller die CO₂-Emissionen von neuen Lkws bis 2025 im Durchschnitt um 15 % und bis 2030 um 30 % gegenüber 2019 senken müssen.

Bis 2030 erwarten wir, dass in Europa der Anteil der batterieelektrisch und brennstoffzellenbetriebenen, jährlich verkauften schweren Lkws, auf 30-40 % steigt (2025: 10-20%), wobei einige OEMs sogar von höheren Zahlen ausgehen. Die Zunahme wird jedoch, je nach Anwendungssegment des Lkw, unterschiedlich ausfallen. Im Segment Busse über sechs Tonnen (insbesondere Stadtbusse) wird der Anteil deutlich höher liegen, wir gehen von 65 bis 70 % aus (2025: 35-45%).

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Technologischer Wandel: Das Nutzfahrzeug der Zukunft

Wer heute im Führerhaus einer Sattelzugmaschine aus dem Jahr 1980 Platz nimmt, wird sich über vieles wundern: Schon der Sitz und die Instrumentierung entsprechen bei weitem nicht dem gewohnten Standard. Beim Anfahren mit kaltem Motor entweicht aus dem Abgasrohr eine schwarze Wolke, Lenkung und Schaltung erfordern Kraft und Geschick – und bergan braucht der Fahrer einiges an Geduld.

Inwiefern ist das Thermomanagement von Brennstoffzellen- beziehungsweise BEV-Lkw für die Langstrecke eine Herausforderung?

Das Thermomanagement für Brennstoffzellen- und BEV-Lkw ist eine große Herausforderung. In BEV-Lkw erlaubt ein gutes Thermomanagement eine überlegene Reichweite – bei gegebener Batteriegröße. Außerdem wird darüber die Lebensdauer der Batterie sichergestellt. Muss zum Beispiel die Batterie bei kalten Temperaturen geheizt werden, hat die dafür erforderliche Energie einen großen Einfluss auf die Reichweite des Lkw. Idealerweise nutzt das Thermomanagement dafür Abwärme aus den E-Motoren und der Leistungselektronik.

Beim M-Watt-Laden stellt die entstehende Wärme in der Batterie eine große Herausforderung für die Lebensdauer der Batterie dar. Das Thermomanagement muss durch eine leistungsfähige Kühlung sicherstellen, dass keine "Hotspots" entstehen. Auch bei Brennstoffzellen-Lkw ist die große Energiemenge, die über die Fahrzeugkühlung in einigen Fahrsituationen abgegeben werden muss, eine große Herausforderung. Anders als beim Verbrennungsmotor wird kaum Wärme über das Abgas aus dem Lkw abgeführt. Aus technologischer Sichtweise stellen vor allem das im Vergleich zum Verbrennungsmotorantrieb geringe Temperaturniveau sowie die große Anzahl an Komponenten, die gekühlt bzw. geheizt werden müssen, eine Herausforderung dar.

Ab wann schätzen Sie, werden die Gesamtbetriebskosten (TCO) von batterieelektrischen Trucks und Bussen das Niveau der herkömmlichen Dieselfahrzeuge unterbieten können?

Die Antwort darauf variiert je nach Anwendungsfall. In unserer Abschätzung sehen wir beispielsweise, dass die Gesamtbetriebskosten eines batterieelektrischen Lkws im Langstreckenverkehr in Europa bereits im Jahr 2025 unter denen eines vergleichbaren Diesel-Lkws liegen könnten, falls die Kostensenkungen bei Batterien weiter wie vorhergesagt eintreffen werden. Hier macht die überlegene Effizienz insbesondere von batterieelektrischen Trucks den Unterschied.

Natürlich spielen die aktuell hohen Dieselpreise den alternativen Antrieben in die Karten. Bei anderen Anwendungssegmenten, zum Beispiel im Baubereich mit geringerer durchschnittlicher Laufleistung, wird dies voraussichtlich noch länger, bisweilen bis nach 2030, dauern.

Integrierte E-Achsen sollen zum dominierenden Antriebskonzept bei Nutzfahrzeugen werden: Was sind die Vorteile?

Integrierte E-Achsen ermöglichen es den Herstellern den verfügbaren Bauraum und das Gewicht des Fahrzeugs zu optimieren, da der gesamte Antriebsstrang in der E-Achse verbaut ist. Dadurch wird einerseits mehr Platz für Batterien geschaffen und andererseits die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert. Es entfällt zum Beispiel die Kardanwelle und mehrere Komponenten werden in einem Gehäuse zusammengefasst. Darüber hinaus kann die Kraftübertragung vom E-Motor auf die Achse effizienter gestaltet werden. All diese Faktoren tragen dazu bei, dass die Reichweite des Lkws gesteigert werden kann. Eine geringere Anzahl an Komponenten reduziert ebenfalls die Kosten des Antriebsstranges, wobei hier zusätzliche Entwicklungskosten für notwendige Anpassungen an bestehenden Achsen- und Fahrzeugdesigns beachtet werden müssen.

Das Hochleistungsladen im Megawattbereich könnte Nfz theoretisch eine unendliche Reichweite bescheren: Wie beurteilen Sie die Fortschritte in diesem Bereich?

Eine Hochleistungsladeinfrastruktur wird in den meisten Anwendungsfällen entscheidend für den Erfolg von batterieelektrischen Nutzfahrzeugen sein. Insofern sind die Initiativen und Entwicklungen in diesem Bereich sehr wichtig.

Die technischen Grundlagen sind vorhanden, jetzt muss der Aufbau der Infrastruktur, d.h. "Lade-Hubs" vorangetrieben werden. Diese müssen entsprechend geplant werden, denn Megawatt-Laden ist eine Herausforderung für bestehende Stromnetze, hinsichtlich Anschlussleistung im Netz und Netzstabilität. Es ist jedoch ermutigend zu sehen, dass die ersten Schritte hin zu einer Standardisierung der Ladeinfrastruktur und auch der Integration am Nutzfahrzeug. unternommen werden und dies auch im globalen Rahmen geschieht. Die anlaufenden Pilotprojekte, ob in den USA oder in Deutschland, sind ein guter nächster Schritt, um die Entwicklung in diesem Bereich voranzutreiben. In 2023 planen zum Beispiel Daimler Truck, MAN, Scania, Volvo und das Institut Fraunhofer ISI zusammen mit dem Bundesverkehrsministerium das Projekt "Hochleistungsladen im Lkw-Fernverkehr" umzusetzen.

Kommen wir zum autonomen Fahren: Sollte das Lkw-Platooning als Zwischenschritt weiterverfolgt werden oder wird sich das autonome Fahren im Nfz-Sektor anders ausgestalten?

Platooning hat neben den Einsparungen zwar einige Vorteile, insbesondere hinsichtlich geringerer technischer Komplexität – so übernimmt der erste Fahrer im Zug Funktionen (zum Beispiel Sensing, Path Planning), welche nicht automatisiert werden müssen. Auch bietet es die Möglichkeit, Erfahrungen auf dem Weg zum autonomen Fahren zu sammeln.

Es bleibt dennoch nur ein möglicher, jedoch kein notwendiger Zwischenschritt. Denn dies ist verbunden mit signifikanten erforderlichen Investitionen und einem vergleichsweise kleinen Anwendungsbereich. Sobald Stufe 4 des autonomen Fahrens (d.h. Vollautomatisierung in dem Sinne, dass das System in spezifischen Situationen übernimmt und der Fahrer nur bei Bedarf eingreift) erreicht wird, wird es sich diese Innovation durchsetzen, da die Vorteile gegenüber dem Platooning überwiegen.

Herr Pietras, wir danken Ihnen für das Interview.

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