Studie zeigt Forschungsbedarf für Brennstoffzellen-Lkw
Während Elektrofahrzeuge als zukunftsfähige Lösung im Pkw-Bereich gelten, sind weitgehend emissionsfreie Antriebe im Lkw-Fernverkehr noch Zukunftsmusik. Den aktuellen Forschungsbedarf für die Brennstoffzellentechnologie als Lkw-Antrieb hat ein Konsortium aus Fraunhofer ISI, Fraunhofer IML und PTV Transport Consult GmbH im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung der Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie (MKS) der Bundesregierung ermittelt.
Gellinger; pixabay.com; CC0
Im November 2015 hat die Bundesregierung den Klimaschutzplan 2050 verabschiedet. Darin enthalten ist das Ziel, die Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor bis 2030 um 40 Prozent gegenüber 1990 zu senken. Hierzu muss aber nicht nur der Personenverkehr einen Beitrag leisten: Der Straßengüterverkehr ist aufgrund der hohen Fahrleistungen heute für rund ein Drittel der Treibhausgasemissionen auf deutschen Straßen verantwortlich. Die Verlagerung auf energieeffizientere Verkehrsmittel wie Schiff und Eisenbahn stößt zunehmend an Kapazitätsgrenzen.
Eine mögliche Lösung zur Treibhausgasreduktion im Gütertransport auf der Straße sind Brennstoffzellen-Lkw, wenn der Wasserstoff mit Erneuerbaren Energien erzeugt wird. Für Pkw gibt es bereits heute erste kommerziell verfügbare Antriebe mit Brennstoffzellen, in Lastwagen werden sie beispielsweise als zusätzliche Stromerzeugungseinheit für Nebenaggregate wie die Heizung genutzt. Für den Lkw-Antrieb gibt es jedoch zusätzliche Herausforderungen. Diese werden in der Studie „Brennstoffzellen-Lkw: kritische Entwicklungshemmnisse, Forschungsbedarf und Marktpotential“ erläutert, die das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML sowie die PTV Transport Consult GmbH gemeinsam erstellt haben.
Dr. Till Gnann, Projektleiter der Studie am Fraunhofer ISI, erläutert: „Es gibt Gemeinsamkeiten im Lkw- und Pkw-Bereich, jedoch sollten die Synergieeffekte nicht überschätzt werden. Klar ist, dass die FuE-Aktivitäten für Brennstoffzellen im Lkw-Bereich sowohl international als auch national noch deutlich hinter denen im Pkw-Bereich liegen und es einige Unterschiede gibt, wie ein stärkerer Fokus auf die Kosten oder deutlich größere Tankmengen.“
In einer Gesamtkostenrechnung spielen die Kraftstoffkosten bei Lkw eine deutlich größere Rolle als im Pkw-Bereich: Sie liegen bei etwa 50 Prozent, wenn die Personalkosten für den Fahrer außer Acht gelassen werden. Deshalb ist die Energieeffizienzsteigerung hier bedeutsamer als die Kostenreduktion beim Brennstoffzellensystem. Auch die Konkurrenztechnologien mit alternativen Antrieben sind andere als beim Pkw: Vor allem gasbetriebene Fahrzeuge (CNG und LNG / komprimiertes und flüssiges Erdgas) können in Zukunft ähnliche Betriebskosten pro Kilometer aufweisen. Neben den Kosten gibt es weitere Anforderungen für Brennstoffzellen-Lkw: Vor allem erwarten Logistikunternehmen die absolute Zuverlässigkeit der Fahrzeuge, da der Ausfall eines Lkw hohe Kosten verursachen würde.
Insbesondere die großen Tankvolumina der Lkw stellen zusätzliche Bedingungen bei der Fahrzeugkonstruktion und beim Aufbau von Wasserstofftankstellen. Ein 40-Tonner mit konventionellem Antrieb erreicht heute Reichweiten von bis zu 2.500 Kilometern, mit Wasserstoffantrieb sind es deutlich weniger: Mit dem heute im Pkw üblichen Druck von 700 bar für Wasserstofftanks wäre im Lkw eine Reichweite zwischen 300 und 400 Kilometern möglich, ohne den Bauraum für den Tank zu vergrößern. Die Politik hat auf diese Problematik bereits reagiert und erlaubt mit der EU-Richtlinie 2015/719 eine Überschreitung der zulässigen Gesamtlänge bei alternativen Antrieben. Damit können zusätzliche Tanks eingebaut werden, welche die Reichweite auf bis zu 1.000 Kilometer erhöhen.
Die Autoren der Studie empfehlen zudem, in zukünftigen Forschungsprojekten zu prüfen, ob geringere Reichweiten akzeptabel wären, um geringere Anschaffungsausgaben zu erreichen und den Markteintritt zu beschleunigen. Auch die Dimensionierung von Hybridsystemen von Brennstoffzelle und Batterie sowie die Skalierung der Nebenaggregate (zum Beispiel Batterie oder Kühlung) sollten in Demonstrationsprojekten beforscht werden.
Die Ergebnisse der Studie wurden in neun Kernthesen zusammengefasst und im Rahmen eines Workshops mit knapp 40 Vertreterinnen und Vertretern aus Industrie, Politik und Verbänden diskutiert und validiert.
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