Strom von der Straße: E-Lkw kommen an die lange Leine

26. Juli 2018 | Kira Crome

Strom von der Straße soll den Güterverkehr emissionsfrei machen © Siemens

Um die Klimaschutzziele zu erreichen, muss auch der Straßengüterverkehr klimafreundlicher werden. Rund ein Viertel der Emissionen im Verkehr geht auf das Konto großer Lkw. Verschiedene Forschungsprojekte arbeiten an Lösungen, um den Güterverkehr auf die klimaneutrale Schiene zu setzen – und machen Fahrbahnen zu Stromlieferanten.

Sie heißen „Solarroad“ oder „Wattway“: Straßen aus befahrbaren Solarpanelen, die Strom aus Sonnenlicht erzeugen. Erste Teststrecken gibt es schon. In der niederländischen Stadt Krommenie liefert ein knapp 100 Meter langer Solar-Fahrradweg so viel Strom wie drei Haushalte im Jahresdurchschnitt verbrauchen. In der Nähe der Gemeinde Tourouvre-au-Perche in der französischen Normandie wird ein etwa ein Kilometer langer Abschnitt der Nationalstraße mit Solarpanelen in der Praxis erprobt, der die Straßenbeleuchtung des 5.000-Einwohner-Ortes versorgt. Ähnliche Versuche gibt es in den USA und in Japan. Die Idee dahinter: Straßen, die aus Sonnenlicht Strom gewinnen, hätten einen doppelten Nutzen, wenn die Flächen für erneuerbare Energieanlagen knapp werden. Geforscht wird neben den Anforderungen an die Rutschfestigkeit und Belastungsfähigkeit der Panel-Oberflächen vor allem an der Effizienz. Noch sind die Wirkungsgrade der Straßenkraftwerke nicht sehr hoch, bemängeln Kritiker. Auch liefern sie keine Antwort auf ein viel drängenderes Problem: Wie kommt der regenerativ erzeugte Strom in elektrisch angetriebene Fahrzeuge?

Elektrofahrzeuge, die Verbrenner ersetzen, sind ein zentraler Baustein, um die Umweltbelastungen des Verkehrs zu mindern und die Energiewende voranzutreiben. Der Ausbau der Elektromobilität wird vom Bund, aber auch vom NRW-Wirtschaftsministerium unter der Dachmarke ElektroMobilitätNRW mit verschiedenen Fördermaßnahmen unterstützt. Mobilitätsforscher warnen indes: Die Dekarbonisierung des Verkehrs erreicht nicht, wer allein auf den Austausch von Antriebssystemen setzt. Nachhaltig wird die Verkehrswende erst dann, wenn die Elektrofahrzeuge mit Strom aus regional verfügbaren erneuerbaren Energien geladen werden. Gegenwärtig stammen nach Angaben der Agentur für Erneuerbare Energien erst fünf Prozent des Energiebedarfs im Verkehrssektor aus regenerativen Quellen.

Ein Fünftel der CO2-Emissionen in Deutschland entstehen durch Verkehr
Der größte Anteil der Treibhausgasemissionen, die im Verkehr entstehen, – etwa 26 Prozent – gehen auf das Konto der großen Lastwagen über 3,5 Tonnen – Tendenz steigend. Experten erwarten, dass sich die Emissionen aus dem Straßengüterverkehr bis zum Jahr 2050 mehr als verdoppeln werden. Alle Transporte auf die Schiene zu verlagern, gilt als unmöglich. Als nachhaltige Lösung gelten stromgetriebene Antriebe. Noch stehen der Elektrifizierung großer Nutzfahrzeuge einige Hürden im Weg, allen voran die niedrige Reichweite. „Viele Logistikdienstleister wünschen sich Flexibilität für den Einsatz ihres Fuhrparks und sind sich nicht sicher, wie sie das über Elektrofahrzeuge sicherstellen können“, sagt Sebastian Stütz vom Fraunhofer Institut für Materialfluss und Logistik (IML) in Dortmund. Auch die Tourenplanung müsse möglichst intelligent gestaltet sein, um die wirtschaftlich und ökologisch sinnvollsten Einsatzfelder für Elektro-Lkw zu erschließen. Großes Potenzial liege im Lokal- und Regionalverkehr, sobald strombetriebene Lkw breiter am Markt verfügbar sind: „Denn hier ist nicht die Reichweite der entscheidende Faktor“, so Stütz.

Zurück in die Zukunft: Mit Strom aus der Oberleitung
Wie Elektro-Lkw auch im Güterfernverkehr auf Langstrecken eingesetzt werden können, erproben derzeit verschiedene Pilotprojekte zur Erforschung und Entwicklung der Elektrifizierung von Langstrecken-Lkw. Sie wollen das Reichweiten-Problem lösen und greifen dabei auf ein 100 Jahre altes Konzept zurück: O-Busse im städtischen Nahverkehr beziehen ihren Strom – wie Züge auch – über Oberleitungen. Künftig soll das auch für Lastwagen möglich sein – und das im Fernverkehr. Möglich macht das die Kombination eines Hybridantriebsystems mit einem intelligenten, ausfahrbaren Stromabnehmer. Damit ausgerüstet, versorgt sich ein Lkw während der Fahrt aus der stromgeführten Oberleitung mit Energie. Einmal verbunden, fährt das Fahrzeug elektrisch angetrieben auf der Strecke emissionsfrei. Ein Sensorsystem sorgt dafür, dass sich der Lkw bei laufender Fahrt mit einer Geschwindigkeit bis zu 90 Kilometer pro Stunde mit der Oberleitung automatisch verbinden und auch wieder abkoppeln kann. Das macht die Fahrzeugführung flexibel und ermöglicht das Überholen oder das Abfahren auf nicht elektrifizierte Strecken. Steht die Oberleitungsversorgung nicht mehr zur Verfügung, schaltet der Hybridantrieb des Fahrzeugs auf den Akku oder den herkömmlichen Verbrennungsmotor um.

Drei Teststrecken in Deutschland für den Elchtest
„eHighway“ nennt sich das Projekt, dessen Technik Siemens in Zusammenarbeit mit dem Fahrzeughersteller Scania entwickelt hat. Die Lösung sei vor allem auf stark frequentierten Lastwagen-Pendelstrecken ökologisch und ökonomisch sinnvoll, versprechen die Entwickler. Beispielsweise zwischen Häfen oder Fabrikanlagen und Güterverkehrszentren oder zwischen Gruben und zentralen Umladeplätzen. In Schweden ging im Juni 2016 die erste Teststrecke in Betrieb. Auch in Kalifornien wird das Kombi-System seit 2017 mit entsprechenden Demonstrationsfahrzeugen in der Praxis erprobt. Inzwischen gilt die Technologie als so weit ausgereift, dass sie auf Autobahnen in Deutschland unter realen Bedingungen getestet wird. Dafür fördert das Bundesumweltministerium den Bau von drei „eHighway“-Strecken. Derzeit entsteht eine zehn Kilometer lange Teststrecke auf der Autobahn A1 zwischen Reinfeld und Lübeck in Schleswig-Holstein. Auch auf der A5 in Hessen und auf der Bundesstraße 462 im Murgtal in Baden-Württemberg sind Oberleitungen für E-Lkw gelegt worden. „Jede der drei Pilotstrecken hat ihre eigene Strecken- und Verkehrscharakteristik“, heißt es im Bundesumweltministerium, das über 70 Millionen Euro in die Teststrecken investiert. Beteiligte Logistikunternehmen binden die Demonstrationsfahrzeuge in ihre Logistikketten ein, wissenschaftliche Institutionen erforschen die Auswirkungen auf Verkehr und Umwelt.

Alternatives Konzept: Leitungen in der Straße
Kritiker bezweifeln, dass sich mit dem Konzept, das nur auf große Nutzfahrzeuge zugeschnitten ist, auch die nötigen Skaleneffekte für den Ausbau der Elektromobilität erreichen lassen. Weil die Oberleitungen so hoch angebracht werden müssen, dass Lkw darunter herfahren können, bräuchten Elektro-Pkw extrem lange Abnehmer, um während der Fahrt darüber Strom zu laden. Das sei nicht nur technisch schwierig, sondern schüre auch Vorbehalte: Welcher Porschefahrer will sich an eine lange Leine nehmen lassen? Ein schwedisches Forschungskonsortium, darunter das Innovationsunternehmen Elways, der Lkw-Hersteller DAF und der Energiekonzern Vattenfall, verfolgt deshalb einen anderen Ansatz. Die Entwickler haben die stromführende Leitung auf die Straße verlegt und als Schienen in die Fahrbahndecke eingelassen. Das Konzept „eRoad Arlanda“ erinnert an eine Carrera-Bahn: Wie bei der Spielzeug-Rennbahn beziehen die Fahrzeuge ihren Strom über einen beweglichen Abnehmer direkt aus der Straße. Sensoren auf den Schienen erkennen, wenn sich ein entsprechend ausgerüstetes Fahrzeug darüber befindet und schalten die Stromzufuhr in den benötigten Abschnitten an. Die 15 Millimeter schmalen Schienen sind wetterfest, die Stromleitungen liegen in sechs Zentimetern Tiefe. Regnet es, soll es an der Oberfläche nur eine Spannung von einem Volt geben. Ungefährlich, selbst wenn man barfuß darüber liefe, sagen die Entwickler. Ein weiterer Vorteil: Über die Schienen können nicht nur Elektor-Lkw, sondern auch Elektro-Pkw während der Fahrt Strom zapfen. Zudem seien nach Angaben von Vattenfall die Investitionskosten je Kilometer niedriger als bei Oberleitungen. Auch werde das Landschaftsbild nicht beeinträchtigt.

Ob sich die Technologie bewährt, wird jetzt auf einer zwei Kilometer langen Teststrecke im schwedischen Arlanda, knapp 50 Kilometer nördlich von Stockholm, getestet. Sie liegt auf einer öffentlichen Straße zwischen dem Arlanda Cargo Terminal und dem Rosersberg Logistikgebiet. Mit der offiziellen Eröffnung vor wenigen Wochen, startet das Pilotprojekt einen zweijährigen Praxistest mit entsprechender Begleitforschung. Dafür transportieren mit der entsprechenden Technik ausgerüstete, eigens entwickelte 18-Tonner-Lkw Güter zwischen dem Frachtterminal des Flughafens und der Logistikfirma Post Nord hin und her.

Vorbild Transrapid als dritte Alternative
Der Ansatz, Elektro-Lkw im Ferngüterverkehr an die lange Leine zu nehmen, um sie während der Fahrt mit Strom zu versorgen, scheint vielversprechender als Forschungsbemühungen, die auf ein kabelloses Aufladen während der Fahrt setzen. Per Induktionstechnik, wie sie beim Transrapid-Zug zum Einsatz gekommen ist, sollen sich Elektrofahrzeuge über magnetische Spulen in der Fahrbahndecke mit Strom versorgen. Ein entsprechendes Pilotprojekt des britischen Staatsunternehmens Highways England, das die Magnetfahrbahn auf einer nationalen Autobahn erproben sollte, ist jedoch Anfang des Jahres vorerst gestoppt worden, um weitere Forschungsentwicklungen auf dem Gebiet abzuwarten. Noch ist die Technik nicht ausgereift genug, um das Laden auch bei höheren Geschwindigkeiten, wie sie beim direkten Kontakt über einen Stromabnehmer möglich sind, zu erlauben.

Welcher Technologie gehört die Zukunft?
Welcher der drei Ansätze, den Ferngüterverkehr klimafreundlicher zu gestalten, tatsächlich zukunftsträchtig ist, wollen Wissenschaftler des Öko-Instituts in Freiburg herausfinden. Sie leiten ein deutsch-schwedisches Kooperationsprojekt „Swedish-German Research Collaboration on Electric Road Systems“ (CollERS), an dem auch das ifeu in Heidelberg, die Hochschule Heilbronn und das Institut RISE Viktoria in Schweden beteiligt sind, das jüngst gestartet ist. Es untersucht, inwieweit die technologischen Alternativen die klimaschädlichen Emissionen des Güterfernverkehrs nachhaltig senken können. „Wir bewerten dabei unterschiedliche Technologien, etwa Oberleitungs-Hybrid-Lkw, Stromschienen, die in der Straße verlaufen und die Fahrzeuge so mit Strom versorgen, sowie Induktionssysteme, die Lkw-Akkus elektromagnetisch aufladen“, sagt Florian Hacker, Projektleiter am Öko-Institut. Beziffert werden soll auch, wie viel Energie für den elektrischen Betrieb der Lkw bereitgestellt werden muss und welche Rohstoffe die Technologien benötigen. Empfehlen wollen die Wissenschaftler auch, wie eine grenzüberschreitende Infrastruktur aufgebaut und finanziert werden kann, und welche technischen Standards und gesetzlichen Regelungen dafür notwendig sein werden.

Unterdessen hat das Logistikunternehmen DB Schenker mit Forschungspartnern erste Praxisversuche auf einer digitalen Teststrecke auf der Autobahn 9 zwischen Nürnberg und München gestartet, die auf das automatisierte Fahren setzen: Beim sogenannten Platooning werden zwei oder mehr Lkw digital vernetzt und fahren so automatisiert in dichtem Abstand hintereinander. Zwar werden die Lkw nicht klimafreundlich angetrieben. Doch soll das Kolonnen-Fahren die Treibhausgasemissionen beim Gütertransport auf der Straße senken, versprechen die Projektpartner.