Nachhaltigkeit auf der Straße: E-Lkw mit alternativen Batterielösungen

E-Lkw gelten als eine vielversprechende, umweltschonende Zukunftsperspektive für den Güterverkehr. Was fehlt, sind leistungsfähige, bezahlbare Batterien in vertretbarer Größe. Eine Lösung könnten Akkus sein, die sich während der Fahrt aufladen. Wir stellen Ideen für alternative E-Lkw vor.

E-Highway: Lkw-Antrieb aus der Oberleitung

Seit 2011 forscht Siemens am sogenannten E-Highway, also Fahrtstrecken, die mittels Oberleitungen Lastkraftwagen mit Energie versorgen. In Deutschland fördert dieses Projekt das Bundesumweltministerium (BMU).

Im Juni 2016 ging der erste eHighway auf einer öffentlichen Straße in Betrieb. Copyright: Scania CV AB

Anfangs testete das Unternehmen die wirtschaftliche Machbarkeit und das Potenzial zur Senkung des Kohlenstoffdioxidausstoßes dieser Technologie auf einem ehemaligen Flugplatz in Brandenburg. Im Sommer 2016 wurde der weltweit erste E-Highway auf einer öffentlichen Straße in Betrieb genommen. Ab Ende 2018 sollen die ersten Oberleitungs-Lkw auf Autobahnen in Deutschland rollen.

Wie die Technologie funktioniert und alle wichtigen Hintergrundinformationen liefert demnächst ein ausführlicher Beitrag über E-Lkw mit Strom aus der Oberleitung hier in unserem Blog.

Photovoltaik: Während der Fahrt Sonne tanken

Dem Ziel, Elektro-Lkw unabhängiger von Tankstellen und -zeiten zu machen, kommen zum Beispiel auch Photovoltaik-Anlagen nahe. Denn gerade Lkw, die eine große Oberfläche aufweisen, scheinen prädestiniert für die Installation von Solarmodulen zu sein. Forscher des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle/Saale arbeiten genau daran, Lösungen für die Nutzung von Sonnenenergie zu finden. In Kooperation mit Continental erforschen sie Möglichkeiten, den Energiebedarf von E-Lkw durch alternative Ressourcen abzudecken.

Auf der IAA 2016 stellten sie den aktuellen Stand ihrer Forschung vor: zwei flexible Solarmodule, die auf der Dachhaube und dem Windabweiser der Fahrerkabine angebracht sind. Der dabei erwirtschaftete Energieertrag reicht jedoch nicht aus, einen Lastkraftwagen anzutreiben. Aber die Energie versorgt Bordsysteme, wie Radio, Klimaanlage oder Navigationssystem, was wiederum andere Energiequellen schont.

Problematisch sind aktuell noch einige Punkte:

• durch fahrbedingten Richtungswechsel: optimales Ausrichten der Module zur Sonne schwierig
• Flächen (Dach, Motorhaube und Heckscheiben) zu gering, um genug Energie für Lkw-Antrieb zu „tanken“
• noch keine optimale Lösung für Hinterlüftung der Module bei steigenden Temperaturen
• Standard-Photovoltaikmodule noch nicht flexibel genug für Installation auf gebogenen Flächen

Prof. Dr. Jens Schneider

„Photovoltaik-Module für Fahrzeugdächer müssen mechanisch, elektrisch und geometrisch flexibel sein. Wir haben deshalb auf ein Leichtbaukonzept mit einem spezifischen Verschaltungslayout hocheffizienter Rückkontaktsolarzellen gesetzt und auch darauf geachtet, dass eine ansprechende Formgebung möglich ist“, sagt Professor Dr. Jens Schneider, Leiter der Gruppe Modultechnologie am Fraunhofer CSP.

„Durch die Nutzung der Sonnenenergie kann überall Energie nachgetankt werden, das ist ein wichtiger Vorteil der Elektromobilität. Wir wollen mit Lösungen für die Integration von Photovoltaik in mobile Anwendungen dazu beitragen, den Energiebedarf und die Emissionen auch im Transport- und Logistikverkehr zu reduzieren.“

Schweizerisch-deutsche Kooperation: Starker E-Lkw …

Dass der Elektroantrieb ein ganz heißes Thema ist, findet auch die E-Force One AG. Die Schweizer haben mit ihrer Entwicklung, einem 18-Tonnen-E-Lkw, schon für viel Aufsehen in der Branche gesorgt und einige Preise eingeheimst. Im vergangenen Herbst kam zum Beispiel der Europäische Transportpreis für Nachhaltigkeit dazu.

Der Lkw namens E-Force wird von einer Batterie mit einer Reichweite von 300 Kilometern angetrieben. Die benötigt zwar sechs Stunden Ladezeit, aber kann alternativ innerhalb von fünf Minuten gegen eine vollgeladene ausgetauscht werden. Acht Tonnen wiegt der Lastwagen, der auf einem Iveco Stralis Chassis basiert, und ermöglicht noch zehn weitere Tonnen Nutzlast.

Nach Angaben des Unternehmens ist „der innerstädtische und regionale Liefer- und Stückgutverkehr […] das geeignete Einsatzgebiet“ für den elektrisch angetriebenen Lastwagen. In puncto Nutzlast liegt er weit vor den meisten der aktuell angemeldeten E-Lkw – denn 85 Prozent von ihnen befördern lediglich weniger als eine Tonne Ladung.

…trifft auf Photovoltaik

Doch das Unternehmen geht 2015 noch einen Schritt weiter. Eine Schweizer Supermarktkette, die sich selbst hohe Nachhaltigkeitsziele steckt, beauftragt die E-Force One AG eine Lösung zu finden, um den Strom für die Antriebsbatterie teilweise aus erneuerbaren Energien zu gewinnen. Diese holt deshalb die sächsische Hörmann Novo Solar GmbH, einen Spezialisten für flexible Leichtbaumodule, ins Boot. Die Anforderungen – eine niedrige Aufbauhöhe und ein möglichst geringes Gewicht – erfüllen Folienmodule, die auf der gesamten Ladeplane kleben.

Lkw einer Schweizer Supermarktkette fährt mit Photovoltaik auf dem Dach. Copyright: Coop

Bei der Entwicklung gab es auch Rückschläge. Bereits nach einem halben Jahr Nutzung traten Hotspots und Zellbrüche in den Modulen auf. Vibrationen schieden als Ursache aus, denn die Module auf dem Container des Lkw sind bestens gefedert und im Gegensatz zu einem Dieselmotor laufen Elektroantriebe wesentlich ruhiger. Deshalb setzte das Unternehmen bei einem weiteren Versuch auf kleinere Zellen mit Frontkontakt, die allerdings nicht den hohen Wirkungsgrad der Folienmodule erreichen. Damit kam die zweite Anlage immer noch auf eine Leistung von 2.000 Watt im Gegensatz zu den 3.000 Watt der ersten Anlage. Dies deckt etwa fünf Prozent des Gesamtenergieverbrauchs des E-Force inklusiver etwaiger Verschattungen aufgrund des Fahrens durch Städte.

Was kommt?

Die Stromgewinnung für E-Lkw mittels Photovoltaik steckt – wie die beiden vorgestellten Ansätze zeigen – noch in den Kinderschuhen. Noch reicht dieser Weg nicht aus, ein großes Fahrzeug anzutreiben. Dennoch ist gerade diese Technologie eine echte Alternative zum Dieselkraftstoff, weil sie komplett auf fossile Energiequellen verzichtet.

Es gibt also im Bereich Elektromobilität und speziell für die Energiegewinnung während des Fahrens viele positiv stimmende Ansatzpunkte. Einige Technologien werden bereits unter realen Bedingungen auf der Straße getestet, andere stehen noch am Anfang ihrer Möglichkeiten. Die Zeit wird es zeigen, welche Technologien sich durchsetzen werden.