E-Mobilität für schwere Nutzfahrzeuge: Batterie, Brennstoffzelle, oder was?

Siemens plädiert für Netzausbau und clevere Depotplanung

Den zweiten Teil der Jubiläumskonferenz von electrive.net eröffnet Uwe Augustat, Vice President bei Grid Connect & Systems bei der Siemens AG. Er erklärt das Depotladen, also die Ladeinfrastruktur für Fuhrparks von Speditionen oder ÖPNV-Betrieben.

Zum Aufbau des Depotladens ist zuerst eine detaillierte Analyse notwendig. Ein Depotkonzept muss entwickelt werden, und es muss geprüft werden, welchen Netzanschluss es gibt. Wie groß ist der Energieverbrauch der Fahrzeuge? In welchem Zeitraum muss nachgeladen werden? Wie verhält sich der Strombedarf im Jahresverlauf? Diese und andere Fragen müssen geklärt werden, um die Investitionen planen zu können. Selbst der Platzbedarf muss berücksichtigt werden, dazu kommen Wartungskonzepte und noch mehr.

Ein Ladekonzept kann sich zum Beispiel aus dem Fahrplan eines ÖPNV-Betriebs ergeben. Aus all diesen Parametern ergibt sich die Dimensionierung des Trafos für den Mittelspannungsanschluss. Hierbei helfen Vorab-Simulationen, die immer wieder auch die Verfügbarkeit der notwendigen Leistung einbeziehen. Eine One-fits-all-Lösung gibt es praktisch nicht. Siemens Grid Connect & Systems liefert alle Hard- und Softwarekomponenten, die gebraucht werden. Unter anderem ist zum Beispiel ein stationärer Speicher lieferbar, der Spitzenlasten abpuffert: „Kleine leistungsstarke Batteriepuffer könnten unerlässlich werden.“

Ein wichtiger Aspekt der Depotplanung ist laut Augustat die Softwarekommunikation zwischen den Fahrzeugen, den Ladestationen und dem Backend. So können zum Beispiel Linienbusse vorkonditioniert, also geheizt oder gekühlt werden. „Diese Systeme müssen perfekt funktionieren“, sagt Uwe Augustat. So sei die stabilste Verbindung eine Glasfaser, aber technisch wäre auch eine SIM-Card machbar.

Für die gesamte Prozessplanung ist rund ein Jahr erforderlich, um den störungsfreien Betrieb zu ermöglichen. Die Optimierung der Abläufe ist elementar für die spätere Funktion. Eine besondere Herausforderung wären die individuellen Anforderungen der Depots.

NOW und Leitstelle planen das nationale Lkw-Ladenetz

Marc Weider, Programm Manager Klimafreundliche Nutzfahrzeuge bei der NOW GmbH, und Felix Steck, Teamleiter Planen bei der zur NOW gehörigen Nationalen Leitstelle Ladeinfrastruktur, gehen gemeinsam in einen Vortrag.

Weider bringt als erster Vortragender den Klimaschutzaspekt ein. Der Verkehrssektor trägt rund 150 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente pro Jahr bei. Um künftige Reduktionsziele zu erreichen, müssen die Nutzfahrzeuge einen großen Beitrag leisten, weil sie trotz der geringen absoluten Zahl für ein Drittel dieser Emissionen verantwortlich sind. Die schweren Nutzfahrzeuge tragen entscheidend dazu bei, so Marc Weider von der NOW.

Bis 2030 soll ein Drittel der Verkehrsleistung elektrisch oder mit strombasierten Kraftstoffen, also e-Diesel, abdeckt werden. Aus Sicht des Bundesverkehrsministeriums, dem juristischen Inhaber der NOW, sollen Batterie- und Brennstoffzellen-elektrische Lkw ebenso getestet werden wie Oberleitungen.

Ab 2023 solle eine nationale CO2-basierte Lkw-Maut eingeführt werden, erklärt Marc Weider von der NOW. Den äußeren politischen Rahmen bildet das „Fit for 55“-Programm der Europäischen Union, das zurzeit verhandelt und verschärft wird.

Und wie von Sascha Hähnke bereits erwähnt: Die staatlichen Förderungen sowohl der Fahrzeuge als auch der Infrastruktur sind sehr großzügig. So werden zum Beispiel 80 Prozent der Mehrkosten eines elektrischen Lkw durch Steuergeld bezahlt.

Felix Steck von der Nationalen Leitstelle Ladeinfrastruktur fokussiert auf den Aufbau eines ersten öffentlichen (Backcasting) und nicht-öffentlichen (Depotladen) Ladenetzes. Er berichtet unter anderem von 30 Handlungsempfehlungen, die von einer Taskforce identifiziert wurden.

Ein nationales Lkw-Ladenetz, so Steck, sollte Säulen im Abstand von höchstens 60 km bereitstellen. Es soll kleinere und größere Standorte geben, und die wichtigsten Achsen („Hauptmagistralen“) müssen gut versorgt sein. Entscheidend bleibt die Verfügbarkeit von Standorten.

Nach dem Initialnetz müsse eine Nachverdichtung erfolgen, sagt Felix Steck, und im Weiteren muss an den jeweiligen Standorten eine Hochskalierung stattfinden. „Wir müssen die Skalierung schon zu Beginn berücksichtigen, etwa bei der Anschlussplanung“, erklärt Steck.

Neu am Megawatt Charging System (MCS) ist der immense Leistungsbedarf. Hatte bisher noch die Mittelspannung ausgereicht, um einen Pkw-Ladepark zu bauen, muss es beim MCS für schwere Nutzfahrzeuge das Hochspannungsnetz sein. „Der Vorlauf beträgt hier rund zehn Jahre. Wir müssen also 2025 mit der Planung fertig sein, um 2035 unsere Ziele zu erreichen“, sagt Steck.

P3: Batterie schlägt Brennstoffzelle bei den Kosten

Jana Kirchen, Team Lead e-Powertrain beim Beratungsunternehmen P3 Automotive, nutzte ihren Vortrag, um die Klammer der Konferenz zu schließen und nochmal auf die alternativen Lkw-Antriebe selbst und die Entwicklungen bei der Zellchemie von Batterien einzugehen.

Ab 2025, so Kirchen, könne bei den mittelschweren Nutzfahrzeugen ein Gleichstand bei den TCO gegenüber dem Diesel erreicht werden und bis 2030 auch bei den schweren Lkw; alles auf Basis von Batterie-elektrischen Antrieben.

Ein relevanter weltweiter Player bei den schweren Nutzfahrzeugen ist aus Sicht von P3 neben TRATON oder Daimler Truck der chinesische Hersteller FAW. Dieser will bis 2035 bereits 70 Prozent der Neufahrzeuge mit Elektromotor verkaufen. Auch BYD aus China sei ein wichtiger Konkurrent.

Neben Batterie-elektrischen Trucks sind nach der Prognose von Jana Kirchen auch Brennstoffzellen-elektrische Fahrzeuge eine selbstverständliche Ergänzung, besonders bei den schweren Lkw. Auch hybride Konzepte sind sinnvoll und denkbar, die beides sinnvoll kombinieren.

„Es gibt bei beiden Antriebstechnologien noch Entwicklungsbedarf etwa bei der Dauerhaltbarkeit von Batterien oder dem Thermomanagement“, sagt Kirchen mit Blick auf Batterie- und Brennstoffzellen-elektrische Lkw. Nach Berechnungen von P3 liegen die Kosten für den Antriebsstrang bei gut 100.000 Euro beim Batterie-elektrischen Nutzfahrzeug und 130.000 Euro beim Brennstoffzellen-elektrischen. Beide Zahlen können durch Skaleneffekte noch sinken.

P3 Automotive macht die gleichen Abwägungen auf, wie sie zuvor gehört worden sind: Wie weit können die Lade- bzw. Tankzeiten reduziert werden? Wie weit können die Fahrzeugkosten sinken? „Geringere Kosten bei guten Energiedichten sind weiterhin das Ziel bei der Batterieentwicklung“, so Kirchen.

Solid State Batterien, sagt Jana Kirchen, sind eine mögliche Perspektive – aber frühestens ab 2030. Lebensdauer und Schnellladefähigkeit solcher Zellen wären heute noch nicht ausreichend. Zeitnäher und realistischer sind konventionelle Zellchemien, die immer besser gepackt werden, wie zum Beispiel beim Cell-to-Pack-Verfahren in Verbindung mit LMFP- oder LFP-Zellen. „Der Preis von Batteriezellen ist sehr stark rohstoffgetrieben. Ein Nachteil, den Brennstoffzellen nicht haben.“

Einerseits, andererseits? Ja. Beide Systeme haben Vor- und Nachteile, sie könnten klug kombiniert werden. Insgesamt sieht Jana Kirchen von P3 einen positiven Ausblick für elektrische Nutzfahrzeuge an sich, betont aber weiterhin einen hohen Nachholbedarf: „Beide Technologien sind noch nicht ausgereift.“

Im anschließenden Diskussionsteil weist Jana Kirchen nochmals auf die Vorteile des Batterie-elektrischen Antriebs hin und bleibt bei der Erwartung eines kontinuierlichen Hochlaufs. Eine duale Strategie sei trotzdem sinnvoll, weil nicht klar wäre, wie sich Energie- und Rohstoffkosten entwickeln.

Beim Lkw könnte das bidirektionale Laden eine größere Bedeutung als beim Pkw bekommen, weil das Gesamtsystem aus Ökostrom, Speicherfähigkeit und Stromaustausch im Depot betriebswirtschaftlich günstig sein kann. Das sieht auch Uwe Augustat von Siemens so. Bidirektionales Laden kann die Leistungsanforderung beim Stromnetz reduzieren und damit die Kosten. Wie so oft im Schwerlastverkehr: Es geht um jeden Cent.

Was aber dauert bei der Realisierung aller Elektro-Lkw-Projekte wie etwa dem HoLa-Projekt zum Hochleistungsladen von Lkw entlang der A2 so lange?

Hier weist Marc Weider auf die üblichen Abläufe in der Ministerialbürokratie hin. Förderprogramme müssen geprüft werden, unter anderem von der Europäischen Union. Immerhin laufe es in Deutschland so gut, dass uns Beobachter aus anderen EU-Ländern eine Spitzenposition bescheinigen.

Die Probleme bei den Lkw wären im Grundsatz ähnlich gelagert wie beim Pkw, sagt Felix Steck von der Nationalen Leitstelle, und dennoch würde es weitere Schwierigkeiten geben. „Schauen Sie nur darauf, wie voll Lkw-Parkplätze längst sind“, so Steck und ergänzt: „Es ist eine sehr große Herausforderung, die Ladeinfrastruktur für schwere Nutzfahrzeuge schnell genug aufzubauen.“

Fazit

Angesichts der Klimaschutzziele im Verkehrssektor müssen die CO2-Emissionen schnell reduziert werden. Und weil der Anteil des Schwerlastverkehrs in diesem Sektor hoch ist, muss der Fortschritt radikal sein. Vor diesem Hintergrund ist es zweitrangig, ob Lkw Batterie- oder Brennstoffzellen-elektrisch fahren. Hauptsache, die Energiequelle ist emissionsfrei. Das ist beim Wasserstoff noch nicht ausreichend der Fall. Und die Batterie-elektrischen Fernlaster können zwar absehbar immer mehr grünen Strom laden. Der Aufbau der notwendigen Infrastruktur aber wird dem Bedarf nicht gerecht, wenn bereits die Standortsuche für Ladeparks zur Geduldsprobe wird. Wenn Hunderte von Lkws auf einer Route fahren, nützt es nichts, dass alle 4,5 Stunden eine Rast vorgeschrieben ist – es muss dann auch eine Vielzahl von Ladeplätzen am Haltpunkt vorhanden sein. Viel hilft viel? Ja. Aber davon sind wir noch weit entfernt, und somit dürfte die geplante CO2-Reduktion eher Wunsch und Ziel als kurzfristige Wirklichkeit werden.