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Nutzfahrzeuge Neue Konzepte für morgen

Bernd Liening | 17. Dezember 2019

Handel und Transportunternehmen drehen schon heute an vielen Stellschrauben, um die Lieferlogistik mit den Klimazielen in Einklang zu bringen. Bei den Lkw-Antrieben gibt es mit der Brennstoffzelle eine Alternative zum Diesel, die aktuell großen Zuspruch erfährt.

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Fahrermangel und urbane Logistik – das waren die Top-Themen auf der weltweit größten Logistikmesse „Transport Logistic“, die in München stattfand. Die Kernprobleme der City-Logisitk waren schnell auf den Punkt gebracht: Es wird immer enger auf der letzten Meile, und vielerlei Restriktionen aus Gründen des Umweltschutzes kommen hinzu. Die Bundesvereinigung Logistik (BVL) erwartet, dass allein die Paket-Sendungen bis 2030 um zwei Drittel zunehmen. Dabei macht deren Menge laut BVL nur fünf Prozent vom täglichen Lieferverkehr aus. Den Löwenanteil von fast 75 Prozent steuert der stationäre Handel bei. An Ideen für eine City-Logistik der Zukunft mangelt es nicht. Über Innovationen wurde nicht nur auf der Messe in München lebhaft diskutiert, sie werden auch bereits auf der Straße umgesetzt. In praktischen Tests sind paketliefernde Roboter und Drohnen, der Einsatz alternativer Verkehrsträger wie Wasserstraßen oder das Mikrodepot für die Auslieferung mit dem Cargo-Bike.

Bei der innerstädtischen Filialbelieferung per Lkw und Transporter ist die Umstellung auf lokal emissionsfreie Antriebe in vollem Gange. Im Fernverkehr sind ebenfalls neue Lösungen erforderlich, um die Klimaziele zu erreichen.

Die im Auftrag der Bundesregierung erstellte Studie „Integriertes Energiekonzept 2050“ liefert einen Ausblick auf den Energiemix im Verkehrssektor in den Jahren 2020 bis 2050. Ein Kernergebnis: Im Gegensatz zum Pkw, der schneller auf Strom umgestellt werden kann, werden beim Lkw noch lange flüssige Kraftstoffe dominieren. Bis 2050 könnten die Dieselkraftstoffe im Güterfernverkehr aber ganz oder teilweise durch synthetisch erzeugte Kraftstoffe ersetzt werden.

Das Logistikunternehmen Dachser beschäftigt sich intensiv mit neuen Antriebskonzepten sowohl für den Fern- als auch Nahverkehr – und zählt unter anderem Wasserstoff zu den Zukunftsoptionen. Bisher und auch in den nächsten Jahren führe am Dieselmotor aufgrund seiner hohen Effizienz noch kein Weg vorbei. Dennoch werde er „mittelfristig schrittweise abgelöst werden müssen, wenn die Treibhausgasemissionen bis 2050 nahezu auf null gesenkt werden sollen“, heißt es in einer Dachser-Analyse. „Großes Potenzial“ hätten Elektro-Lkw, deren Strom mittels einer Wasserstoff-Brennstoffzelle direkt an Bord des Fahrzeugs erzeugt wird.

Inzwischen wird diese Technologie auch auf politischer Ebene vorangetrieben. Im November kündigte Wirtschaftsminister Peter Altmaier eine „Wasserstoffstrategie“ an, um Investitionen anzureizen und klimaneutrale Wasserstofftechnologien in den Markt respektive auf die Straße zu bringen. Zeitgleich haben das Bundesverkehrsministerium und das Unternehmen H2 Mobility Deutschland (ein Joint Venture zum Ausbau der bundesweiten Wasserstoffinfrastruktur) eine Absichtserklärung unterzeichnet, um das Tankstellennetz schnell zu erweitern. Bis 2021 soll es in Deutschland rund 130 Stationen geben, an denen rechnerisch 60.000 Brennstoffzellen-Pkw und 500 Nutzfahrzeuge auftanken können.

Wissenschaftler verweisen schon länger auf das Potenzial von Wasserstoff für einen klimafreundlichen Energiemix der Zukunft. Der Energieexperte Professor Thomas Schmidt von der Fachhochschule Münster sieht die Brennstoffzelle aus mehreren Gründen gerade im Frachtverkehr im Vorteil gegenüber dem Akku (s. Interview). Weitere technische Optimierungen und Kostensenkungen, wie sie die Hersteller in den nächsten Jahren erwarten, hält auch Schmidt für realistisch und verweist dabei auf die weltweit führende japanische Brennstoffzellenindustrie, die durch Skalierung der Leistung den spezifischen Preis der Module auf ein Fünftel mindern konnte. Schmidt: „Es gilt das Gesetz der Massenproduktion. Ich bin davon überzeugt, dass dieses kaufmännische Grundgesetz technischer Entwicklungen auch bei der Wasserstofftechnik greifen wird.“

In den Markt für mobile Brennstoffzellen ist jetzt auch Bosch eingestiegen. Der Hersteller sieht in diesem Geschäft langfristig Potenzial in Milliardenhöhe und die besten Chancen im Nutzfahrzeug-Markt. Die Technologie trifft mit kurzen Betankungszeiten und langen Reichweiten die Anforderungen der Logistikbranche. Aktuell wird der Energieträger Wasserstoff hauptsächlich für industrielle Anwendungen hergestellt mit einem Kilogrammpreis von oft mehr als fünf Euro. „Mit steigender Produktion wird der Preis fallen“, verweist auch Bosch auf die Skaleneffekte. Ein Kilogramm Wasserstoff enthält so viel Energie wie 3,3 Liter Diesel. Für 100 Kilometer benötigt ein 40 Tonner etwa neun bis zehn Kilogramm Wasserstoff. „Erste Pilotfahrzeuge haben bewiesen, dass die Brennstoffzelle im Schwerlastverkehr einsetzbar ist“, bestätigen die Praktiker bei Dachser.

Im Nahverkehr hingegen – besonders in der umweltsensiblen City-Logisitik – kommen zunehmend rein batterieelektrische Transporter und Lkw zum Einsatz. Dachser wie auch andere Lebensmittel-Spediteure und Handelsunternehmen testen solche E-Lkw in Städten und Ballungsgebieten. Im September 2018 brachte Aldi Süd den ersten elektrischen 40-Tonnen-Sattelzug mit Kälteaggregat im deutschen LEH auf die Straße. Dieser soll fünf Jahre lang in Mülheim an der Ruhr und Umgebung testweise eingesetzt werden. Kurz darauf startete Edeka in Berlin die Praxiserprobung mit einem Mercedes eActros. Der 25-Tonner mit Kühlaufbau zählt zu einer Flotte von Fahrzeugen, die bundesweit von 20 Unternehmen im Verteilerverkehr getestet werden. Zu den inzwischen gewonnenen Erkenntnissen zählt, dass die rund 200 Kilometer Reichweite des eActros praxistauglich sind – unabhängig von Zuladung, Streckenverlauf oder Topografie. Das Kühlsystem für die Ladung und auch die Klima-Anlage – beide elektrisch betrieben – haben sowohl im Extrem-Sommer 2019 als auch bei winterlichen Verhältnissen ohne Einschränkungen funktioniert. Das Ziel von Mercedes-Benz Trucks ist es, mit Hilfe dieser Tests ab 2021 lokal emissionsfreies und leises Fahren in Städten mit schweren Serien-Lkw zu realisieren – und zwar „betriebswirtschaftlich auf Augenhöhe mit Diesel-Lkw“.

Ansätze für eine zukunftsweisende Logistik liefert auch das neue „Innovationsprogramm Logistik 2030“ des Bundesverkehrsministeriums. Zu den für den Handel wichtigen Maßnahmen gehört eine Neuregelung der Nachtlogistik, die der Handelsverband Deutschland (HDE) vorgeschlagen hatte. Um den Kommunen ein Instrument an die Hand zu geben, besonders geräuscharmen Lkw nachts die Einfahrt in Innenstädte zu ermöglichen, soll ein Zertifizierungssystem entwickelt werden. Die Vorteile für den Stadtverkehr liegen laut HDE auf der Hand: weniger Lkw zu den Stoßzeiten, weniger zweite Reihe-Stopps, weniger Staus. Die Nachtlogistik sei in den Niederlanden bereits gelebte Praxis und auch in Deutschland durch das Fraunhofer Institut erprobt, sagt Michael Reink, Bereichsleiter Verkehrs- und Standortpolitik beim HDE. Sein Appell: „Daher sollte das Verkehrsministerium jetzt nicht zögern und gemeinsam mit dem Handel die nächsten Schritte zur Entwicklung eines entsprechenden Zertifikats für geräuscharme Logistik machen.“

Interview: Volkswirtschaftlich sinnvoll
Der Energieexperte Thomas Schmidt von der Fachhochschule Münster über die Chancen von Wasserstoffantrieben in der Logistik.

Was spricht dafür, im Verkehrssektor neben Elektro-Antrieben auch noch Wasserstoff-Antriebe zu etablieren?
Thomas Schmidt: Wir müssen in Deutschland und darüber hinaus neben der PKW-Flotte auch den öffentlichen Nahverkehr und den Frachtverkehr berücksichtigen. Generell gilt, dass die vergleichbaren Fahrleistungen in Kilometer je Tankfüllung mit Brennstoffzelle und Wasserstoff höher sind als die durch elektrische Batteriekapazitäten gespeiste Fahrleistung. Auch die Zeit zur Wiederauffüllung des Energiespeichers – hier der Tank, dort die Batterie – spricht eindeutig für den Wasserstoffantrieb. Der Güter- und Schwerlastverkehr steht ohnehin zurecht nicht im Focus der Batteriefahrzeugentwicklung.

Welche Vorteile hat die Brennstoffzelle speziell beim Nutzfahrzeug?
Wie schon angedeutet, ist die gravimetrische Energiedichte, dass bedeutet wieviel Energiemenge je Kilogramm Speichermasse eingelagert werden kann, beim Wasserstoff größer im Vergleich zur Speicherung der elektrischen Energie in einer derzeit verfügbaren Batterie. Etwa ein Drittel der elektrischen Energie in der heutigen Generation von Elektrofahrzeugen wird verwendet, um die Batteriemasse zu bewegen. Hinzu kommt aus meiner Sicht die erheblich einfachere Infrastruktur für die Wasserstofffahrzeuge über Pipelinesysteme, die an der einen oder anderen Stelle noch ausgebaut werden müssen, aber welche im Wesentlichen für die Versorgung eines ausreichenden Tankstellennetzes bereits vorhanden sind. Dem gegenüber steht eine Ladesäuleninfrastruktur bei den Elektrofahrzeugen, die erst mit viel Aufwand errichtet werden muss.

Kritiker verweisen auf den schlechten Wirkungsgrad des per Elektrolyse hergestellten Wasserstoffs im Vergleich zum rein elektrischen Antrieb. Ihre Antwort?
Jede zusätzliche Wandlung von Energieformen bedeutet eine Wirkungsgradeinbuße. Man darf hierbei aber nicht singulär nur auf den Wirkungsgrad blicken. Dem steht die Chance gegenüber, mit Wasserstoff über die Sektorenkopplung von Strom-, Gas- und Wärmenetzen die Speicherfrage der regenerativen Stromerzeugung zu lösen, ansonsten überlastete Stromnetze zu entlasten und deren Ausbau zu begrenzen, indem die bereits in Deutschland vorhandene Infrastruktur der Gasnetze volkswirtschaftlich sinnvoll weiter genutzt wird.

Prof. Dr. Dipl.-Ing. Thomas Schmidt von der Fachhochschule Münster.