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Alternative Antriebe für Lkw

Was die Brummis künftig antreibt

Mit den unterschiedlichsten Technologien und Innovationen treiben die Fahrzeug- und Trailerhersteller sowie Systemlieferanten die Entwicklung immer sparsamerer Verbrauchskonzepte voran. Der zunehmende politische Druck aus Brüssel angesichts der gesetzten Klimaschutzziele forciert diese Bemühungen noch weiter.

Die Zahlen des Verbands der Automobilindustrie (VDA) sprechen für sich: Im Vergleich zur vorherigen Euro-5-Norm liegen die Partikelemissionen bei modernen Euro-6-Motoren um 66 Prozent und die NOx-Emissionen um 80 Prozent niedriger. Seit Einführung der Euronormen sind die Schadstoffemissionen schwerer Nutzfahrzeuge um insgesamt 98 Prozent zurückgegangen. Auch beim CO2-Ausstoß konnten in den letzten Jahren erhebliche Einsparungen verzeichnet werden. Die Nutzfahrzeughersteller haben den Verbrauch ihrer Fahrzeuge bereits erheblich gesenkt – seit den 1970er-Jahren immerhin um rund 60 Prozent je Tonnenkilometer und seit Mitte der 1990er-Jahre um rund 20 bis 25 Prozent.

Dessen ungeachtet macht die EU-Kommission mächtig Druck, um Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen weiter zu senken. Erst recht ­angesichts der Tatsache, dass bis zum Jahr 2040 nach Angaben des jüngsten World Transport Reports der Prognos AG die Güterverkehrs­leistung in den zwölf größten EU-Mitgliedstaaten von heute knapp zwei auf dann 2,7 Billionen Tonnenkilometer ansteigen und davon wiederum der Straßengüterverkehr auch weiterhin deutlich mehr als die Hälfte ­schultern wird. "Schwere Nutzfahrzeuge müssen einen gewichtigen ­Beitrag zu den CO2-Reduktionszielen der EU im Jahr 2030 leisten", fordert unter anderem Nikolaus Steininger, Policy Officer in der General­direktion Climate Action innerhalb der EU-Kommission.

Zoom Trend-Guide 2018 Alternative Antriebe Foto: Volvo
Der CO2-Ausstoß der neuen gasbetriebenen Lkw der FH- und FM-Baureihe von Volvo liegt kraftstoffabhängig 20 bis 100 Prozent unter dem eines Dieselfahrzeugs.

Entwicklung eines CO2-Standards

Hintergrund: Der Straßengüterverkehr verursacht nach EU-Angaben etwa 23 Prozent der Treibhausgas-Emissionen im EU-Raum, für ein Viertel dieser Emissionen sind schwere Nutzfahrzeuge verantwortlich. Ohne entsprechende gesetzliche Regularien sieht Steininger eine weitere Reduktion aber kritisch. Denn während für Pkw und Kleintransporter in der EU schon seit ein paar Jahren verpflichtende und vergleichbare CO2-Grenzwerte gelten, ist dies für Lkw und Busse bislang noch Mangelware. Um das zu ändern, hat die EU-Kommission in enger Zusammenarbeit mit Industrie und Wissenschaft das Simulationsprogramm VECTO (Vehicle Energy Consumption Calculation Tool) entwickelt. Mithilfe der Software soll es möglich sein, den Kohlendioxid-Ausstoß von Lkw anhand der Daten einzelner Komponenten wie Motor, Getriebe oder Achsen und des jeweils passenden Fahrzyklus darzustellen. Für die vier Lkw-Hauptfamilien, die zusammen für 65 bis 70 Prozent der CO2-Emissionen des Schwerlastverkehrs verantwortlich sind, wird die ­Zertifizierung durch VECTO seitens der Hersteller zum 1. Januar 2019 gesetzlich Pflicht. Die weiteren Segmente folgen laut EU später. Institutionen wie das International Council on Clean Transportation (ICCT) sehen in VECTO einen Schlüsselfaktor für die Entwicklung eines CO2-Standards.

Große Fortschritte schon bei konventionellen Antrieben

Dass mit Blick auf die Klimaziele etwas getan werden muss, steht außer Frage. Doch dieser Verpflichtung sind sich die Fahrzeug- und Trailer­hersteller sowie Systemlieferanten schon seit Jahren bewusst. Entsprechend vielfältig sind die Aktivitäten – in Sachen alternative Antriebe ebenso wie bei der "herkömmlichen" Diesel-Motorisierung, dem Fahrzeugdesign oder rund um den Antriebsstrang, um nur ein paar Beispiele zu nennen.

Erdgas bewegt die Nutzfahrzeugbranche

Das geht schon bei den konventionellen Antrieben los. So bieten zum Beispiel die im Frühsommer 2017 präsentierten neuen Modellbaureihen XF und CF von DAF Trucks eine um bis zu sieben Prozent verbesserte Kraftstoffeffizienz. Gleichzeitig wurde die neue Fahrzeuggeneration um mindestens 100 Kilogramm leichter, was wiederum der Nutzlast zugutekommt. Gelungen sind diese Optimierungen nach eigenen Angaben allein durch innovative, nahtlos integrierte und drehzahlarme Antriebsstränge. Ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung der neuen Antriebsstränge war eine Verringerung der Motordrehzahl, da niedrigere Drehzahlen einen geringeren Kraftstoffverbrauch zur Folge haben. Gleichzeitig wurde das maximale Drehmoment erhöht, es steht nun schon bereits ab 900 Umdrehungen pro Minute bereit. Aufgrund ihrer Straßentransporteffizienz zeichnete eine unabhängige Jury führender Fachjournalisten aus 23 europäischen Ländern die neuen Baureihen zum "International Truck of the Year 2018" aus.

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Der Stralis NP 460 von Iveco hilft, den CO2-Fußabdruck der Transportindustrie bei Betrieb mit komprimiertem oder verflüssigtem Biomethan um bis zu 95 Prozent zu verringern.

Tatsache ist: Aufgrund seines großen Entwicklungs­vorsprungs wird der klassische Dieselantrieb Experten zufolge im Nutzfahrzeug-Sektor noch lange Zeit die größten Marktanteile für sich behaupten können. Dessen ungeachtet sind alternative Antriebstechnologien auf dem Vormarsch. Erst im November 2017 hat zum Beispiel Scania eine Weltpremiere im Segment der gasbetriebenen Nutzfahrzeuge vorgestellt: den sowohl im Fernverkehr als auch im Baustellenbetrieb einsetzbaren Euro-6-Gasmotor OC13. Mit einer Leistung von 410 PS steht er zahlenmäßig einem Dieselmotor ähnlicher Größe in nichts nach. Nach Angaben von Scania kann ein mit diesem 13-Liter-Gasmotor ausgerüsteter Sattelzug von bis zu 40 Tonnen beim Einsatz von flüssigem Erdgas (LNG) mit einer Tankfüllung bis zu 1.100 Kilometer zurücklegen. Mit LNG-Doppeltanks sind sogar bis zu 1.600 Kilometer möglich. Der innovative Gasmotor, der auf dem bewährten 13-Liter-­Reihensechszylinder von Scania basiert, ermöglicht dabei eine Senkung des CO2-Ausstoßes um 15 bis 90 Prozent.

Mit Iveco treibt ein weiterer Nutzfahrzeughersteller bereits seit über 20 Jahren die Erdgasmobilität voran. Jüngstes Kind im Portfolio ist der Stralis NP 460, der die Baureihe erdgasbetriebener Schwerfahrzeuge mit automatisiertem 12-Gang-Hi-Tronix-Getriebe von ZF ergänzt. Konzipiert wurde die 460 PS starke Sattelzugmaschine für die gesamte Palette nationaler und internationaler Transporte vom Volumentransport über Wechselauf­­bau-Anwendungen bis hin zu ADR-Fahrzeugen und der Baulogistik. Auch bei Schwerlast-Lkw von Volvo steht Erdgas hoch im Kurs. Für den Regional- und Fernverkehr gleichermaßen geeignet, können die neuen Modelle der FH- und FM-Baureihe mit Flüssigerdgas oder Biogas betrieben werden.

Die Elektro-Brummis kommen

Neben Erdgas setzen die Hersteller beim Lkw auch verstärkt auf die ­Elektrifizierung. Typisches Einsatzgebiet ist zunächst vor allem der inner­städti­sche Verteilerverkehr. Hintergrund dieser Entwicklung ist unter ­anderem die zunehmende Urbanisierung: Weltweit ziehen immer mehr Menschen in die Stadt. Seit 2008 leben weltweit mehr Menschen in Städten als auf dem Land – und der Trend setzt sich fort: Die Vereinten Nationen rechnen für das Jahr 2050 mit neun Milliarden Bewohnern auf der Erde, davon werden etwa 70 Prozent in Städten wohnen. Absehbar ist damit, dass künftig für immer mehr Menschen Güter in urbanen Räumen transportiert werden müssen – und dies möglichst emissionsfrei und leise. Metropolen wie ­London oder Paris erwägen inzwischen, künftig ­Verbrennungsmotoren aus den Stadtzentren zu verbannen.

Vollelektrische Lkw wie zum Beispiel der 2018 testweise an den Start gehende Mercedes-Benz eTruck können die Versorgung der Menschen mit Lebensmitteln oder anderen Gütern des täglichen Bedarfs sicherstellen. Die technische Ausgangsposition des Elektro-Brummis mit einem zulässigen Gesamt­gewicht von bis zu 26 Tonnen bildet ein dreiachsiger Verteiler-Lkw von Mercedes-Benz. Darüber hinaus haben die Entwickler von Daimler Trucks das Antriebskonzept völlig neu erdacht: An die Stelle des konventionellen Antriebsstrangs tritt eine elektrisch angetriebene Hinterachse mit Elektromotoren unmittelbar neben den Radnaben. Die neue Achse wurde abgeleitet aus der E-Achse des Mercedes-Benz Citaro Hybridbusses. Die Energieversorgung sichert ein Batteriepaket aus mehreren Modulen von Lithium-Ionen-Batterien. Daraus resultiert eine Reichweite von bis zu 200 Kilometern – ausreichend für eine typische Tagestour im Verteilerverkehr. Die Produktion in Großserie ist 2021 geplant. 

Bereits im Dezember 2017 hat Daimler Trucks die ersten Einheiten seines vollelektrischen Fuso eCanter an europäische Kunden übergeben. Die global agierenden Logistikunternehmen DHL, DB Schenker, Rhenus und Dachser setzen zukünftig in ihren Flotten auf den vollelektrischen Leicht-Lkw aus Serienproduktion. Dessen circa 600 Kilogramm schwere Batterien ermöglichen Reichweiten von über 100 Kilometern und übertreffen damit die in vielen Fällen im leichten Verteilerverkehr pro Tag zurückgelegte Distanz.

Speziell auf die City-Logistik ausgerichtet ist auch der MAN eTruck, der aktuell im Alltagseinsatz bei neun österreichischen Logistikern des Council für nachhaltige Logistik (CNL) wie Metro, Rewe oder Spar auf Herz und Nieren getestet wird. Zum Einsatz kommen Fahrzeuge auf Basis der TGM-Baureihe – vorwiegend 6x2-Fahrgestelle mit Kühlkoffern, Wechselbehältern und Ge­tränke­auf­bauten. Zum Erprobungsumfang gehört aber auch eine Sattelzugkombination. Die Erkenntnisse hieraus will MAN in die Entwicklung eines künftigen Serienproduktportfolios von elektrisch angetriebenen Lkw einfließen lassen. 

Neben dem elektrischen Antrieb werden beim MAN eTruck auch Nebenaggregate wie Servolenkung, Luftkompressor und Klimaanlage elektrisch betrieben. Das Wiederaufladen der Batterien erfolgt im Regelfall über Nacht. Gleichzeitig ist das System aber auch für sogenanntes "Opportunity-Charging", also Zwischenladen während des Fahrzeugeinsatzes, ausgelegt. Dieses Schnellladen zum Beispiel in den Ruhepausen des Fahrers oder während der Be- und Entladung des Fahrzeugs erhöht die Flexibilität bei der Einsatz- und Tourenplanung.

Erste elektrische Straße der Welt

Einen anderen, nicht weniger spannenden Ansatz verfolgt Scania: Die ­Marke mit dem Greif setzt modifizierte Lkw bei Tests eines von Siemens entwickelten Oberleitungssystems auf Autobahnen ein. In Schweden sind diese Lkw mit Stromabnehmern auf dem Dach bereits seit 2016 unterwegs. Die Lastwagen erhalten Strom über einen hinter der Kabine auf dem ­Rahmen montierten Stromabnehmer, der an die Fahrdrähte über der rechten Spur angeschlossen wird. Auf diese Weise können sich die Lkw während der Fahrt beliebig an die Oberleitung anschließen und wieder abkop­peln. Verlässt der Lkw die Spur mit dem Fahrdraht, wird der Stromabnehmer abgekoppelt und das Fahrzeug wird vom Verbrennungsmotor oder von dem batterie­gespeisten Elektromotor angetrieben. Dasselbe geschieht, wenn der Fahrer auf dem elektrischen Abschnitt ein anderes Fahrzeug überholen will. Ein Sensorsystem ermöglicht dem Stromabnehmer, bei einer Geschwindigkeit bis 90 Stundenkilometern den Kontakt zu der Oberleitung herzustellen und zu unterbrechen.

Ab Anfang 2019 sollen auch in Deutschland auf zwei Autobahnabschnitten Elektro-Lastwagen mit Strom aus einer Oberleitung fahren. Für den Test wurden zwei je sechs Kilometer lange Strecken auf der A 1 bei Lübeck und auf der A 5 zwischen Darmstadt und dem Frankfurter Flughafen ausgewählt. Nach Angaben des Bundesumweltministeriums, das dieses Projekt als Teil des Aktionsprogramms "Klimaschutz 2020" mit rund 35 Millionen Euro fördert, eignen sich circa 5.000 der insgesamt 13.000 Autobahn-Kilometer in Deutschland für Verkehr mit Elektro-Lkw.

Marktpotenzial alternativer Antriebe bleibt vorerst überschaubar

Welches Potenzial in alternativen Antrieben steckt, hat die Unternehmensberatungsgesellschaft Deloitte in ihrer Global Truck Study "Lkw-Märkte im Umbruch" analysiert. Danach soll in Deutschland bei den mittelschweren Lkw im Jahr 2026 ein Fünftel der Neufahrzeuge hybrid oder vollelektrisch angetrieben werden. Im Verteilerverkehr, der einen größeren Anteil von Stop-and-Go-Nutzung als der Fernverkehr aufweist, erzeuge insbesondere der Plug-in-Hybrid größte Einsparpotenziale, da hier die Rekuperation beim Bremsen ihre Vorteile besonders stark ausspielen könne.

Erdgasbetriebene Nutzfahrzeuge werden im Segment der mittelschweren Lkw nach Angaben von Deloitte auch weiterhin keine große Relevanz haben. Unter anderem deswegen, weil die Mehrkosten in der Anschaffung oder Umrüstung angesichts der im Vergleich zu schweren Lkw geringeren jährlichen Laufleistung nicht oder nur sehr spät amortisiert werden können.

Für schwere Lkw prognostiziert Deloitte, dass 2026 nur rund zehn Prozent der Neufahrzeuge alternative Antriebe besitzen werden. Hiervon könnten im Idealfall nahezu 80 Prozent auf gasbetriebene Fahrzeuge entfallen. Im Kurz-/Mittelstreckenverkehr seien dabei CNG-Antriebe im Vorteil, im Fernverkehr LNG-Antriebe. Hybridfahrzeuge stellen laut Deloitte zwar eine interessante Option dar und können durch die Unterstützung eines Elektromotors bei Lastspitzen relevante Treibstoffeinsparungen generieren. Doch diese Unterstützung werde auf der Langstrecke zu selten genutzt, um die zusätzlichen Fixkosten des zweiten Antriebsstrangs zu rechtfertigen.

Es bleibt also spannend – und die Hersteller sind weiterhin gefordert, im Sinne ihrer Kunden unter Berücksichtigung aller gesetzgeberischen Vorgaben die Technologien weiterzuentwickeln. Technologien, die am Ende eine betriebswirtschaftlich effiziente Abwicklung wie auch immer gearteter Transportaufträge ermöglichen.

Energie-Effizienz-Trailer von Schmitz Cargobull

Im Rahmen des von der EU-Kommission geförderten "Transformers"-Projekts haben die Experten von Schmitz Cargobull gemeinsam mit 13 Partnern aus der Nutzfahrzeugindustrie einen energieeffizienten Trailer konzipiert, der die CO2-Emissionen um bis zu 15 Prozent senkt. Basis ist nach Aussagen von Roland Klement, Vorstand Forschung und Entwicklung der Schmitz Cargobull AG, ein klassischer, mit einem elektrischen Antriebsstrang inklusive Bremsenergierückgewinnung ausgerüsteter Curtainsider. Die Elektromobilität "Hybrid on Demand" wird dabei durch die Integration von Batterie, Elektromotor, Getriebe und Kardanwelle auf die Antriebsachse übertragen. Die Batterie ist crashsicher zwischen den Langträgern eingebaut und hat eine Kapazität von 22 kWh. Das zusätzliche Gewicht für den Hybridantrieb beträgt etwa 1.140 kg. 

An aerodynamischen Maßnahmen wurde neben der optimierten Stirnwand sowie der Seiten- und Heckverkleidung unter anderem ein vollständig höhenverstellbares Dach entwickelt. Der Prototyp ist von Beginn an nicht als Sonderkonstruktion entwickelt worden, sondern auf Basis eines serienmäßigen Trailers mit adaptierten Serienteilen. Dieser könnte so den standardisierten Fertigungsprozess durchlaufen und erfüllt alle Forderungen der Straßenzulassung. Das Fahrzeug wurde übrigens im Dezember 2017 mit dem "Europäischen Transportpreis für Nachhaltigkeit 20182 ausgezeichnet.

Brennstoffzelle und elektrische Achse

Dass die Elektrifizierung nun auch beim Lkw im wahrsten Sinne des Wortes groß rauskommt, zeigt das Beispiel von Nikola Motors: Das Start-up-Unternehmen aus Salt Lake City plant, bis 2021 die Elektro-Schwerlaster Nikola One und Nikola Two mit Wasserstoffantrieb auf den Markt zu bringen. Die Stromer sollen mit über 1.000 PS und gut 2.700 Newtonmeter Drehmoment fast doppelt so leistungsstark sein wie bisherige Sattelschlepper − und dabei ressourcenschonend unterwegs. Kernstück der Lkw ist ein neuer E-Antrieb, den Nikola Motors gemeinsam mit Bosch entwickelt. Erklärtes Ziel: Er soll sich leistungstechnisch an die Spitze seines Marktsegments setzen und herkömmlichen Antrieben auch in Sachen Gesamtbetriebskosten in nichts nachstehen.

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Datum

11. März 2018
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