Nutzfahrzeuge und Maschienen ohne Emissionen

HZwei-Blog

Nachrichten über Wasserstoff und Brennstoffzellen

NFZ-StudiePolitische Maßnahmen zur Dekarbonisierung des Verkehrs konzentrieren sich bislang vor allem auf Pkw, Busse und Lieferwagen. Es gibt jedoch eine Vielzahl von Nutzfahrzeugen wie leichte und schwere Lkw, Baumaschinen, land- und forstwirtschaftliche Maschinen sowie unterschiedlichste Spezialfahrzeuge, die fast ausschließlich dieselbetrieben sind und daher wesentlich zu den Verkehrsemissionen beitragen.In der vorliegenden Studie wurden zunächst die emissionsbezogenen Vorschriften für Nutzfahrzeuge sowie die ökonomische und ökologische Relevanz der verschiedenen Segmente untersucht. Für fünf ausgewählte Anwendungsfälle in verschiedenen Nutzfahrzeugsegmenten wurden zudem die Lebenszykluskosten (TCO) sowie die Treibhausgasemissionen von Nullemissionsantrieben im Vergleich zu konventionellen Dieselantrieben analysiert.

Nutzfahrzeuge (Nfz) sind für mehr als ein Drittel der Treibhausgasemissionen (THG) des Straßenverkehrs verantwortlich [1]. In vielen Städten erweisen sich zudem überhöhte Belastungen durch Stickstoffoxide und Feinstaub u. a. durch Verbrennungsmotoremissionen zunehmend als problematisch. Während Lkw und Sattelzüge aufgrund ihrer sehr hohen Fahrleistung den überwiegenden Anteil der Emissionen von Nfz verursachen, führt der oft kontinuierliche Betrieb beispielsweise von Baumaschinen vor allem in deren unmittelbarem Einsatzbereich zu einer erheblichen Belastung. Dadurch sind sie insbesondere in Ballungsräumen oder beim Einsatz in geschlossenen Räumen von hoher Relevanz: So werden 25 % der innerstädtischen verkehrsbedingten Rußemissionen auf Baumaschinen zurückgeführt [2].

Ziel dieser Studie war es daher, für die verschiedenen Nfz-Segmente die Potenziale zum Ersatz von Dieselantrieben zugunsten (lokal) emissionsfreier Antriebe aufzuzeigen. Entsprechend wurden ausschließlich brennstoffzellen- (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEV) und batterieelektrische Fahrzeuge (Battery Electric Vehicles, BEV) hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten, Kosten und THG-Emissionen untersucht.

Emissionsbezogene Regelungen

Nfz stellen einen äußerst heterogenen Sektor von hoher ökonomischer Bedeutung dar. Alleine in der direkten Fahrzeugproduktion sind in Baden-Württemberg fast 12.000 Arbeitsplätze verortet. Die bedeutendsten Segmente sind dabei neben Lkw auch Landmaschinen und Busse. Trotz dieser großen wirtschafts- und umweltpolitischen Relevanz ist die aktuelle Durchdringung von alternativen Antrieben bei Nfz praktisch gleich null. Einzig Flurförderzeuge sind größtenteils elektrisch betrieben, während ansonsten nahezu ausschließlich Dieselantriebe verwendet werden. Auch wenn verschiedene regulatorische Instrumente (wie Maut, Kfz-Steuer, Einfahrtbeschränkungen in Form von Umweltzonen) nach Fahrzeugemissionen differenzieren, unterliegen BEV und FCEV außer bei der Steuer häufig denselben Bedingungen wie EURO-VI-Dieselfahrzeuge.

Die regulatorischen Anreize zum Einsatz von Nullemissionsantrieben sind daher gering. Lediglich Arbeitsschutzvorschriften, die für Arbeitsbereiche deutlich strengere Anforderungen an die Reduzierung der Abgasemissionen von Fahrzeugen und Maschinen stellen als das Umweltrecht, fordern in geschlossenen Räumen explizit den Ersatz dieselbetriebener durch schadstofffreie Antriebstechniken und/oder die kostspielige Erfassung und Absaugung der Abgase [5]. Die weite Verbreitung elektrischer Flurförderzeuge zeigt, dass die Arbeitsschutzregelungen ein treibender Faktor für den Umstieg auf Nullemissionsantriebe sind.

Eignung von Nullemissionsantrieben

Bei den Nullemissionsantrieben sind insbesondere die erforderlichen großen Volumina und Gewichte der Traktionsbatterien beziehungsweise des H2-Tanks zu berücksichtigen. Bei FCEV fällt dieser Nachteil aufgrund der höheren Energiedichte von Wasserstoff weniger ins Gewicht. So beträgt für eine vergleichbare Reichweite das Volumen des Batteriesystems etwa das 15-fache des Dieseltanks, das des H2-Tanks (700 bar) mehr als das 5-fache. Das entsprechende Gewicht beläuft sich auf rund das 20-fache für die Batterien und das 3-fache für den H2-Behälter [4]. Dies schränkt die Nutzung insbesondere der batterieelektrischen Antriebe bei einigen Nfz-Anwendungen für größere Entfernungen (> 200 km) oder durchgehenden Betrieb deutlich ein.

Weiterhin zu berücksichtigen sind die notwendigen Ladezeiten bei BEV und die erforderliche Infrastruktur zum Laden beziehungsweise Tanken. Da die Infrastruktur öffentlich bislang nur unzureichend verfügbar ist, sind Unternehmen hier häufig auf Eigenlösungen angewiesen. Abgesehen von den Kosten stellen auch die damit verbundenen organisatorischen Anpassungen nicht zu unterschätzende Herausforderungen an die Betriebe dar.