Batterieelektrische Schwerlast-Lkw doppelt so effizient wie H2-Trucks

Wie das Internetportal insideevs.de berichtet, beleuchtet eine Studie von Umweltforschern des International Council on Clean Transportation (ICCT) die Energieeffizienz von Brennstoffzellen-Lkw, auch in Relation zum batterieelektrischen Antrieb. Die 32-seitige Studie (siehe Anhang) widmet sich nach einer längeren technischen Einführung zum Thema Brennstoffzelle zunächst den verschiedenen Speicherformen des Wasserstoffs im Lkw. Interessant ist dabei, dass die von einigen Lkw-Herstellern favorisierte Verflüssigung des Wasserstoffs einen Energieaufwand von 10 kWh/kg H₂ erfordert. Bei einem angenommenen Verbrauch in Schwerlast-Lkw von 9 kg/100 km werden also alleine 90 kWh Energie für Komprimierung und Kühlung nötig. Damit könnte ein batterieelektrischer Truck alleine mindestens 45 km zurücklegen. Mit Leichtbau, verbessertem Antrieb und höherem Wirkungsgrad der Brennstoffzellen könnte der Wasserstoff-Lkw in Zukunft allerdings einen Verbrauch von 6,6 kg/100 km erreichen, was auch den Energieaufwand für die H₂-Verflüssigung reduziert.

Kaum Reichweitenvorteile für H₂-Lkw

Zudem ist wegen der Vorschriften für die Länge von Zugmaschinen hinter der Kabine nur Platz für etwa 2.000 l gasförmigen Wasserstoff. Mit 350-bar-Tanks lassen sich damit Reichweiten von lediglich 370 km erzielen, mit Weiterentwicklung der Technologie in einigen Jahren vielleicht 500 km. Mit der etwas teuren 700-bar-Technik sind immerhin 600 km realistisch, künftig womöglich 800 km. Damit ergibt sich allerdings kein Vorteil gegenüber batterieelektrischen Schwerlast-Lkw, die es kurz- bis mittelfristig ebenfalls auf 600 bis 800 km Reichweite bringen werden. Lediglich mit verflüssigtem – bei –253°C – oder kryo-komprimierten Wasserstoff – letzterer wird bei 300 bar und –200°C transportiert – sind Aktionsradien von mehr als 1.000 km möglich. Allerdings ist bei diesen Komprimierungsformen die Technik zur Speicherung und zum Tanken laut Studie noch nicht sehr weit entwickelt.

Beim Auftanken bzw. Laden kommen H₂- und batterieelektrischer Truck in etwa auf ähnliche Standzeiten von 30 bis 50 Minuten, also innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Ruhezeit des Fahrers nach 4,5 Stunden Einsatzzeit. Hintergrund: Für batterieelektrische Lkw ist derzeit eine 3,75-MW-Ladetechnik der Ladeinitiative CharIN in Vorbereitung, die in wenigen Jahren einsatzbereit sein dürfte.

Geringere Energieeffizienz

Am effizientesten arbeitet ein Brennstoffzellen-Stack bei geringer Auslastung (etwa 17 % der Maximalleistung). Das heißt, ein großer Stack wäre effizienter. Andererseits führt das zu höheren Anschaffungskosten für den Lkw. In der Praxis, so die Studie, beträgt die Energieeffizienz des Stacks nur durchschnittlich 45 %. Damit liegt der Wasserstoff-Lkw in der Energieeffizienz in etwa auf dem Niveau eines Dieselpendants.

Im Fernverkehr verbraucht eine batterieelektrisch angetriebene Zugmaschine laut Studie auf Tank-to-Wheel-Ebene dagegen nur 50 % der Energie, die ein Brennstoffzellen-Truck benötigt. Würde man Well-to-Wheel-Kriterien anlegen, würde sich das Verhältnis noch erheblich stärker zugunsten des vollelektrischen Fahrzeugs verschieben.

Sinkende Nutzlast

Für Fuhrunternehmer ist die Nutzlast ein sehr wichtiges Kriterium. Durch das geringe Wasserstoffgewicht wird diese kaum geschmälert, wohl aber durch die Geometrie eines Sattelzugs. Wenn hinter der Kabine Wasserstofftanks platziert werden, muss die Sattelkupplung weiter nach hinten platziert werden. Das führt dazu, dass das Gewicht des Aufliegers stärker auf der Antriebsachse lastet. Die Folge: Die Nutzlast sinkt.

Bei batterieelektrisch angetriebenen Zugmaschinen reduziert sich die Nutzlast gegenüber dem Dieselantrieb ebenfalls, aber hier sind die schweren Batterien der ausschlaggebende Faktor. Was ist nun entscheidender? Die Nutzlasteinbuße bei den Brennstoffzellen-Lkw durch die nach hinten verschobene Sattelkupplung beträgt nur etwa 10 %. Bei E-Lkw hängt die Einbuße stark von der Streckenlänge ab.

Bei Strecken von 500 km ist die geminderte Fahrleistung zum Diesel-Lkw mit 13 % noch gering. Deutlich wird der Unterschied jedoch auf Langstrecken. Ein vollelektrischer Truck würde für 1.000 km Strecke ohne Zwischenladung eine 1.884-kWh-Batterie benötigen, und das würde die Nutzlast um 40 % gegenüber Diesel verringern. Allerdings schafft ein Lkw im Rahmen der gesetzlichen Lenk- und Ruhezeiten des Fahrers max. eine Strecke von rund 360 km. Abzüglich der geringeren Reichweite bei einer Aufladung auf 80 % der max. Batteriekapazität innerhalb der 45-minütigen Fahrerruhezeit und der Batteriedegradation über die gesamte Einsatzzeit des Lkw sollte künftig eine Reichweite von rund 500 bis 600 km bei Schwerlast-Lkw völlig ausreichend sein.

Fazit der Studie

Auf der Langdistanz sind Brennstoffzellenzugmaschinen derzeit also noch im Vorteil gegenüber vollelektrischen Lösungen – auch wenn sie bislang erst kaum auf der Straße sind und die wirtschaftliche Entwicklung der Technik noch mindestens fünf bis zehn Jahre erfordert. Dieser Nachteil der E-Lkw soll sich laut Studie jedoch bis 2030 deutlich verringern. Möglich machen dies u.a. die Fortschritte bei Batterie- und Ladetechnologie.