Das Ende des Verbrennungsmotors ist nahe, denn die E-Mobilität wird zu einer regelrechten Revolution im Verkehrssektor führen. E-Autos sind bereits heute aus dem Straßenverkehr nicht mehr wegzudenken, doch zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors müssen auch Nutzfahrzeuge emissionsfrei werden.

Die Industrie hat auch hier bereits große Fortschritte erzielt, denn viele Logistikunternehmen haben erkannt, dass sie durch die Dekarbonisierung ihrer Flotten die Betriebskosten senken können. Gleichzeitig erhöhen Staat und Regulierungsbehörden den Druck auf die Transportbranche und die Fahrzeughersteller. Für den Erfolg bedarf es jedoch nicht nur umfangreicher Investitionen der Industrie in Forschung und Entwicklung, sondern auch einer nie da gewesenen Innovationsbereitschaft der Nutzer.

Im Rennen um die emissionsfreie Mobilität der Zukunft treten batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge gegen Fahrzeuge mit Brennstoffzellen an. In diesem Artikel betrachten wir das Für und Wider dieser beiden Technologien und werfen einen Blick in die Lkw Antriebe Zukunft.

E-Mobilität: von PS zu Kilowatt

Da der Verkauf von neuen Pkw sowie leichten Nutzfahrzeugen bis 3,5 Tonnen mit Diesel- oder Benzinantrieb in der EU ab 2035 verboten sein soll, gewinnt der Markt für elektrisch betriebene leichte Nutzfahrzeuge an Bedeutung. Darüber hinaus wird auch ein Verkaufsverbot für neue Lkw mit Diesel- oder Benzinmotor ab 2040 diskutiert.

Allerdings bestehen bei der Umstellung des Antriebsstrangs von Lastkraftwagen auf die „Antrieb der Zukunft“ eine Reihe von besonderen Herausforderungen.

Zwar kommen allmählich auch elektrisch betriebene Lkw (E-Lkw) auf den Markt, doch die Reichweite dieser emmissionsfreien Fahrzeuge ist und bleibt ein großes Problem. Hinzu kommt, dass die hohen Anforderungen an die Akkus im Zusammenspiel mit den derzeitigen gesetzlichen Beschränkungen für die Zuladung dazu führen, dass bei elektrisch betriebenen Lkw die zulässige Nutzlast geringer ausfällt. Momentan eignen sich E-Lkw vor allem für kürzere Strecken innerorts sowie regionale Lieferverkehre.

Viele Experten sind der Meinung, dass Brennstoffzellen und Biokraftstoffe letztlich die Lücke im Langstreckenverkehr schließen werden. Andere gehen dagegen davon aus, dass in nicht allzu ferner Zukunft höhere Reichweiten auch mit E-Lkw möglich sind.

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Die Lithium-Ionen-Technologie

Die auch in der Unterhaltungselektronik weit verbreiteten Lithium-Ionen-Zellen sind derzeit auch die bevorzugte Batteriezellentechnologie für die Hersteller von Elektrofahrzeugen.

Bei dieser Technologie wird die Batterie durch Lithium-Ionen geladen, die von einer Anode über einen Separator zu einer Kathode fließen und die positiven und negativen Pole der Batteriezellen miteinander verbinden.

In den Forschungslabors der Automobilindustrie tüfteln Ingenieure und Wissenschaftler an weiterentwickelten Lithium-Ionen-Zellen mit höherer Leistungsfähigkeit.

Dabei haben sie in jüngster Zeit große Fortschritte erzielt. So sind dank der Verbesserungen bei den Zellen und den chemischen Prozessen inzwischen höhere Kapazitäten und damit größere Reichweiten möglich.

Außerdem konzentriert sich die Batterieforschung darauf, die Lebensdauer von Batterien zu verlängern. Dazu versuchen die Ingenieure die Energiedichte durch die Verwendung von alternativen Materialien für Kathoden (insbesondere Nickel) zu verbessern.

Die Entwicklungen in diesem Bereich sowie die Verwendung von kostengünstigerem metallurgischem Silizium in Batterieanoden dürften dazu beitragen, die Kosten für die Fahrzeugbatterien zu senken. Dies wird entscheidend sein, denn die Fahrzeughersteller wollen möglichst bald so weit sein, dass sie Elektrofahrzeuge zum gleichen Preis wie gleichwertige Verbrenner anbieten können.

Feststoffbatterien – das nächste große Ding?

Manche bezeichnen die Feststoffbatterie als den „heiligen Gral“ des Elektroantriebs – tatsächlich könnte die Feststoffbatterie die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen einen großen Schritt voranbringen.

Wie der Name schon sagt, wird bei Feststoffbatterien der flüssige Elektrolyt, wie er bei Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird, durch ein festes Material ersetzt. Dies bietet die Möglichkeit, die Kosten zu senken und gleichzeitig die Energiedichte und die Reichweite zu erhöhen. Außerdem lassen sich Feststoffbatterien wesentlich schneller laden – alles wichtige Faktoren für die Betreiber von Nutzfahrzeugen.

Einige Automobilhersteller haben auf dem Gebiet der Feststoffbatterietechnik mit erheblichen Investitionen von sich reden gemacht.

Der Weg zum Wasserstoff

Der Markt für Brennstoffzellenfahrzeuge steckt im Vergleich zu dem Markt für Elektrofahrzeuge noch in den Kinderschuhen, doch das hat die Lkw-Hersteller nicht davon abgehalten, das Potenzial dieser Technologie auszuloten.

Lastkraftwagen, die entweder mit flüssigem oder gasförmigem Wasserstoff betrieben werden, nutzen Brennstoffzellen, um den Wasserstoff sowie den Sauerstoff aus der Luft in Wärme, Wasser und Strom umzuwandeln. Die Wärme und das Wasser werden über den Auspuff abgeleitet, während der Strom die Motoren der Fahrzeuge antreibt –, entweder direkt oder über eine Batterie, die die Energie speichert.

Brennstoffzellenfahrzeuge bieten eine hohe Energiedichte und wahrscheinlich auch eine größere Reichweite als Lithium-Ionen-Batterien, was sie zu einer interessanten Lösung für Langstrecken-Lkw macht. Außerdem lassen sich Fahrzeuge mit Brennstoffzellen schnell und einfach betanken, fast so wie ein Diesel-Lkw.

Derzeit sind Brennstoffzellen jedoch teuer in der Herstellung, und es wären enorme Investitionen in die Wasserstoffproduktion und die Infrastruktur erforderlich, um Brennstoffzellenfahrzeuge in größerem Maßstab einsetzen zu können.

Führende Lkw-Hersteller gehen davon aus, dass es etwa zehn Jahre dauern wird, bis die Brennstoffzellentechnologie für den Massenmarkt tauglich ist.

Kann die Brennstoffzelle den Rückstand gegenüber batteriebetriebenen Fahrzeugen aufholen oder ist sie dazu bereits abgehängt? Die Zukunft wird es zeigen.

Technische Unterstützung und Reifen für den Übergang zur E-Mobilität

Für die Elektrifizierung einer Fahrzeugflotte benötigen Logistikunternehmen eine solide Datengrundlage, um zur richtigen Zeit die richtigen Entscheidungen treffen zu können – sowohl im Hinblick auf die Beschaffung von E-Fahrzeugen als auch in Bezug auf den laufenden Fahrzeugbetrieb.

Telematik-Lösungen gewinnen bei der Entwicklung von Strategien für das Flottenmanagement von Elektrofahrzeugen an Bedeutung. Zu den neuesten Innovationen auf diesem Gebiet gehören Planungsberichte, die erkennen lassen, welche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor durch ein Elektrofahrzeug ersetzt werden können. Wichtige Daten für eine entsprechende Beschaffungsentscheidung sind u. a. die realen Fahrleistungen, die Art der Straßen, auf denen das Fahrzeug überwiegend eingesetzt wird, sowie die Stillstandzeiten.

Außerdem lassen sich mit Hilfe von Telematik-Lösungen die Arbeitsabläufe optimieren, da der Batterieladezustand und die verbleibende Reichweite für jedes E-Fahrzeug der Flotte in Echtzeit abgerufen werden können. Mit den Daten über den Fahrzeugzustand lassen sich vorbeugende Wartungsmaßnahmen eintakten, und wenn die Fahrzeuge unterwegs sind, können mit Hilfe von Ladesäulenkarten auf den Navigationsgeräten im Fahrerhaus gezielt Ladestopps geplant werden.

Die Entwicklung der Telematik hält mit den jüngsten Fortschritten der in Elektrofahrzeugen eingesetzten Software mit. So gibt die Software inzwischen Berichte mit Informationen darüber aus, wann die Stromtarife besonders günstig sind. Außerdem sorgt sie dafür, dass die Fahrzeuge möglichst erst unmittelbar vor Fahrtantritt geladen werden.

Diese intelligente Datennutzung ebnet den Weg in eine ökologisch und finanziell nachhaltige Zukunft von elektrifizierten Fahrzeugflotten.