Treibstoff für die Zukunft: Ein Überblick über alternative Transportenergie

Sowohl Verlader als auch Spediteure haben viel zu bedenken, wenn sie ihren Energiemix im Transportwesen diversifizieren wollen. Es ist ein Balanceakt, bei dem mehrere Faktoren eine Rolle spielen, darunter Kapitalinvestitionen, Verbrauchskosten, verfügbare Infrastruktur und Nachhaltigkeitsziele.

Während herkömmlicher Diesel in naher Zukunft wahrscheinlich der Standardkraftstoff für Schwerlasttransporte bleiben wird, werden andere Energieformen langsam zu einer praktikablen Option. Jede von ihnen bietet potenzielle Vorteile und Hindernisse, die es zu überwinden gilt.

In seinem Artikel über die Herausforderungen alternativer Energie im Transportwesen, Breakthrough's Applied Knowledge Director, Brett Wetzel, stellt fest, dass die Branche einen Punkt erreicht hat, an dem viele abwarten und beobachten, wie frühe Anwender die ersten Schritte im Bereich der alternativen Energie machen. Der Markt hat noch viel Arbeit vor sich, um die Herausforderungen wie Einstiegskosten, Infrastrukturbeschränkungen und mangelndes Bewusstsein zu überwinden, ebenso wie die Notwendigkeit einer Standardisierung.

Ein 2018 erschienener Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) ergab, dass der Einsatz erneuerbarer Energien im Verkehrssektor zwischen 2018 und 2023 zwar um 19 Prozent zunehmen soll, der Verkehrssektor aber hinter dem Strom- und Wärmesektor mit der geringsten Durchdringung mit erneuerbaren Energien zurückbleibt.

Auf der Konferenz der Breakthrough: The Mercury Group 2018 haben wir Daten zur Kenntnis genommen, die zeigen, dass der Verkehrssektor im Jahr 2016 die Stromerzeugung als kohlenstoffintensivste Branche überholt hat. In der Vergangenheit war der Energiesektor aufgrund seiner Abhängigkeit von Kohle eine der schädlichsten und "schmutzigsten" Industrien in Bezug auf den Energieverbrauch. In den letzten Jahren hat der Energiesektor seinen Kohlenstoff-Fußabdruck jedoch deutlich reduziert, während der Transportsektor immer noch stark auf Erdölraffinerieprodukte angewiesen ist - eine weitere Nische der bekanntermaßen schmutzigen Energiequellen. Jetzt ist der Verkehrssektor an der Reihe, in die Fußstapfen der Energiewirtschaft zu treten und Wege zur Emissionsreduzierung zu finden.

Wetzel meint, dass die Akteure der Branche bei allem Optimismus, der die Fortschritte im nachhaltigen Verkehrswesen umgibt, zusammenarbeiten sollten, um den Weg für die Nutzung alternativer Energien frei zu machen.

"Diese Herausforderungen müssen von der Verkehrsindustrie gemeinsam angegangen werden, um die Einführung verschiedener Energiearten zu fördern."

Eine nähere Betrachtung von vier Hauptarten alternativer Energien wird Verladern helfen, Strategien zu identifizieren, die für die Transportstrategie ihres Unternehmens am sinnvollsten sind.

1.  Biodiesel, erneuerbarer Diesel

Die Bundesregierung fördert die Einführung alternativer Kraftstoffe, insbesondere im Transportwesen, durch das Programm Renewable Fuel Standard (RFS). Dieses Programm schreibt die Beimischung von alternativen Kraftstoffen - wie erneuerbarem Diesel, Biodiesel, Ethanol und erneuerbarem Erdgas (auf das wir später noch eingehen werden) - zu fossilen Kraftstoffen vor, um die Treibhausgasemissionen schrittweise zu senken.

Da die Regierung die Mindestanforderungen für die Beimischung jedes Jahr anhebt, verteilt sich der bestehende Marktanteil auf eine breitere Palette von Kraftstoffarten. Die Idee hinter diesem Programm ist es, die allmähliche Einführung neuer Energien zu fördern, anstatt sie auf einmal durchzusetzen. RFS ist auch der Grund dafür, dass Ethanol in dem Benzin enthalten ist, mit dem Ihr Auto oder Privatfahrzeug betankt wird. Erfahren Sie mehr über das RFS-Programm mehr über das RFS-Programm im Breakthrough-Blog.

Beispiele für gängige Biodiesel- und Biokraftstoffmischungen, die man an den meisten Tankstellen findet, sind E10, B5 und B2. Darüber hinaus ist B20 eine Biodieselmischung, die in Minnesota während der Sommermonate vorgeschrieben ist.

Nachwachsender Diesel wird aus denselben Rohstoffen wie Biodiesel gewonnen. Durch das in Erdölraffinerien übliche Hydrotreating-Verfahren entsteht ein Produkt, das mit herkömmlichem Dieselkraftstoff nahezu identisch ist.

Chancen und Herausforderungen: Der einschränkendste Aspekt von Biodiesel und ähnlichen fortschrittlichen Biokraftstoffen ist, dass sie nur zur Beimischung verwendet werden. Reiner Biodiesel kann bei kälteren Temperaturen nicht verwendet werden, da er kristallisieren und gelieren kann, was zu Schäden am Lkw-Motor führen kann. Aus diesem Grund erlöschen bei den meisten großen Motorenherstellern die Garantien, wenn eine Beimischung von mehr als 20 Prozent in einem Dieselmotor verwendet wird.

Der größte Vorteil von erneuerbarem Diesel ist, dass er ein direkter Ersatz für herkömmlichen Diesel ist und in herkömmlichen Dieselmotoren verwendet werden kann, aber die hohen Produktionskosten verhindern eine breitere Verwendung in der Industrie.

Nachhaltigkeit: Sowohl Biodiesel als auch erneuerbarer Diesel sind nicht-fossile Kraftstoffe, die aus organischen Abfällen wie Pflanzenöl und tierischen Fetten hergestellt werden, was sie zu nachhaltigeren Kraftstoffen im Vergleich zu herkömmlichen, mit Rohöl raffinierten Produkten macht.

Biodiesel und Biokraftstoffe dominieren derzeit auf nationaler Ebene die Dieselalternativen aufgrund der staatlichen Beimischungsvorschriften und des Programms für erneuerbare Kraftstoffe. Der meiste erneuerbare Diesel wird in Kalifornien verkauft, wo der Low Carbon Fuel Standard des Bundesstaates ihn wettbewerbsfähig mit herkömmlichen Dieselpreisen macht. Reiner erneuerbarer Diesel stößt über den gesamten Lebenszyklus hinweg 60 Prozent weniger Emissionen aus als herkömmlicher Diesel, was ihn unter Emissionsgesichtspunkten zu einer attraktiven Option macht, aber aufgrund der Produktionskosten ist es eine Herausforderung, ihn in allen Flotten einzuführen.

Die Kosten für erneuerbaren Diesel und andere alternative Kraftstoffe werden immer erschwinglicher, da neue Vorschriften und Anreize ein wettbewerbsfähiges Umfeld schaffen.

2.  Erdgas

Komprimiertes Erdgas (CNG) war schon vor Jahrzehnten eine Top-Alternative für Verbraucherfahrzeuge, hat aber in letzter Zeit immer mehr Marktanteile im Bereich des Schwerlastverkehrs gewonnen. Der Kraftstoff selbst bietet einen niedrigen, stabilen Preis und geringere Emissionen als Diesel.

Verflüssigtes Erdgas (LNG) ist weniger beliebt als die kondensierte Form von Erdgas, da es zur Verflüssigung des Kraftstoffs auf sehr kalte Temperaturen heruntergekühlt werden muss, was seine Herstellung, Lagerung und Beförderung teurer macht. Außerdem werden durch diesen Kühlungsprozess mehr Treibhausgase freigesetzt, was die Umweltvorteile schmälert. Es ist in Europa stärker verbreitet, da es in Europa an einer Pipeline-Infrastruktur mangelt, während die USA über ein ausgedehntes Erdgas-Pipelinenetz verfügen.

Erneuerbares Erdgas (RNG) ist chemisch gesehen dasselbe wie herkömmliches Erdgas, wird jedoch aus erneuerbaren Quellen wie tierischen Abfällen, Deponiegas und verrottenden organischen Stoffen gewonnen. Dies ist wegen seiner Kohlenstoffintensität wichtig zu wissen - in einigen Fällen, insbesondere bei Milchabfällen, werden die Kohlenstoffemissionen im Lebenszyklus der Produktion sogar eliminiert. CNG und RNG haben dasselbe Pipelinenetz und dieselben Verwendungszwecke, so dass sie nach der Veredelung in ihre endgültige Form nicht mehr zu unterscheiden sind. Das Verständnis des Lebenszyklus dieser Energiequelle ist jedoch für das Verständnis der gesamten Kohlenstoffintensität unerlässlich.Um mehr über die Lebenszyklusemissionen zu erfahren, lesen Sie unseren Artikel Was Verlader über LCFS wissen müssen.

Fahrzeuge, die mit Erdgas betrieben werden, benötigen andere Motoren und Tankstellen als Dieselfahrzeuge, was bedeutet, dass die Vorabinvestitionen erheblich sind.

In unserem Artikel, Natural Gas | Alternative Energy 101 finden Sie eine vollständige Aufschlüsselung von CNG gegenüber LNG und einen tieferen Einblick in diese Kraftstoffquelle.

Chancen und Herausforderungen: Einer der Vorteile von CNG ist, dass es weit weniger Preisschwankungen unterliegt als Diesel. Wenn ein Verlader einem Spediteur CNG erstattet, basiert die Erstattung in der Regel auf einem Preis, der zu Beginn eines jeden Monats festgelegt wird.  Erdgas ist in den USA aufgrund des Schieferbooms, der zu einer erhöhten inländischen Öl- und Gasproduktion geführt hat, sehr reichlich vorhanden. Das Angebot an Erdgas, das derzeit gefördert wird, ist so groß, dass einige Ölproduzenten überschüssige Mengen aufgrund mangelnder Pipelinekapazitäten abbrennen müssen.

Eine der größten Herausforderungen bei der Einführung von CNG besteht darin, dass es direkt mit Diesel verglichen wird, weil Diesel der Industriestandard ist.   In den letzten Monaten, waren die Preise für Diesel niedrig was ihn gegenüber CNG zu einer kostengünstigeren Option machte. Vor dem Einbruch des Rohölmarktes Ende 2014, als der Ölpreis bei über 100 US-Dollar pro Barrel lag, bot CNG mit einer gut durchdachten Strategie Kosteneinsparungen von rund 1 US-Dollar pro Gallone gegenüber Diesel. Angesichts der niedrigen Dieselpreise in letzter Zeit ist das Betanken von Lkw mit Diesel jedoch wirtschaftlich vorteilhafter. Falls und wenn der Ölpreis wieder ansteigt, ist CNG einer der praktischsten alternativen Kraftstoffe, wenn alle anderen Faktoren zusammenpassen.

Wie wir in unserem Artikel Die Rentabilität von CNG in der Lieferkette dargelegt haben, wird die Infrastruktur für Erdgas immer noch ausgebaut, allerdings hat sich dieses Wachstum seit 2014 von Jahr zu Jahr verlangsamt. Unabhängig davon macht die anhaltende Preisstabilität CNG zu einer attraktiven Option, wenn es in den richtigen Anwendungsfällen eingesetzt wird.

Nachhaltigkeit: CNG verbrennt viel sauberer und stößt bei der Verbrennung weniger Treibhausgase aus als Diesel. Dennoch handelt es sich um einen fossilen Brennstoff, der größtenteils aus groß angelegten Bohrungen stammt, die einen großen Kohlenstoff-Fußabdruck hinterlassen. RNG ist eine erneuerbare Option für den Erdgasverbrauch, aber die Kosten für seine Herstellung sind immer noch hoch. RNG, auch als Biomethan bekannt, ist ein fortschrittlicher Biokraftstoff, der aus organischem Material, einschließlich Abfällen aus Mülldeponien und Viehzucht, hergestellt wird. Programme, die Anreize auf Bundes- und Landesebene nutzen, können ihre finanzielle Tragfähigkeit verbessern. Die Lebenszyklus-Emissionen werden für RNG wichtiger, weil der Produktionsprozess Methangase wiederverwendet, die sonst in die Atmosphäre gelangen würden.

Kalifornien ist führend bei der Nutzung von RNG als Kraftstoff für den Verkehr und hat Vorschriften und Anreize für die Einführung von Technologien geschaffen, die es wettbewerbsfähiger mit Dieselkraftstoff machen.

3.Batterieelektrische Fahrzeuge

Während CNG derzeit die praktikabelste alternative Energieoption für den Langstreckentransport ist, machen batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) ebenfalls Schlagzeilen und könnten die vielversprechendste Option sein, wenn die Technologie weiter voranschreitet.

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichts haben sich BEVs noch nicht im Schwerlastverkehr durchgesetzt, aber große Vorbestellungen in der Transportbranche signalisieren den Beginn einer Veränderung. So hat UPS 950 Workhouse-Elektro-Lieferwagen bestellt, und große Verlader von Konsumgütern, Einzelhändler und Spediteure haben Reservierungen für schwere batterieelektrische Lkw der Klasse 8, wie z. B. Tesla-Sattelschlepper, abgegeben.

Marktstörer wie Tesla und Thor treffen auf Branchengrößen wie Daimler und Cummins, um die BEVs für den Frachtmarkt von morgen zu entwickeln. Einige dieser Unternehmen haben angekündigt, dass diese batteriebetriebenen Lkw voraussichtlich Ende 2019 oder Anfang 2020 verfügbar sein und in die Transportlieferketten integriert werden sollen.

Chancen und Herausforderungen: Die Zukunft der BEVs sieht rosig aus, sobald diese Technologien in die allgemeine Lieferkette aufgenommen werden. Die Hauptvorteile von BEVs sind eine höhere Energieeffizienz und langfristige Kostenvorteile aufgrund der im Vergleich zu Diesel niedrigeren Energiekosten. Kraft und Leistung werden direkt mit Dieselantrieben konkurrieren können - eine Eigenschaft, die bisher noch von keiner anderen Energieart geteilt wird. Und schließlich sinken die Auspuffemissionen auf Null, was sie für Ballungsgebiete sehr attraktiv macht, und die Lebenszyklusemissionen werden sich weiter verbessern, wenn sich das US-Energienetz weiter von fossilen Brennstoffen wegbewegt.

Das größte Hindernis für BEVs ist die fehlende Infrastruktur. Aus diesem Grund sind die Verlader, die am ehesten die Vorteile von Elektro-Lkw nutzen können, diejenigen, die über private Flotten verfügen, die bestimmte Strecken befahren. Diese Verlader könnten in eine Ladeinfrastruktur vor Ort oder entlang spezieller Routen investieren. Eine weitere mögliche Strategie ist der Einsatz von Elektrofahrzeugen innerhalb der Stadtgrenzen für sich wiederholende Strecken wie den Stadtverkehr, während Diesel-Lkw weiterhin Güter auf längeren Strecken im ganzen Land transportieren.

Die Infrastruktur mag spärlich sein, doch die begrenzte Reichweite der Batterieladung verschärft diese Herausforderung noch. Batterien sind extrem schwer. Lkw haben nur eine begrenzte Ladekapazität, so dass es unattraktiv ist, für einen elektrifizierten Antriebsstrang auf einen vollen Lkw zu verzichten. Außerdem braucht die Batterietechnologie zu viel Zeit, um eine Batterie aufzuladen, und wenn sie einmal voll aufgeladen ist, reicht ihre Reichweite für die meisten Langstreckentransporte nicht aus - sie garantiert nur eine Reichweite von etwa 300 Meilen, verglichen mit den traditionellen OTR-Transporten von fast 1.000 Meilen oder mehr. In jeder Minute, in der ein Lkw nicht fährt, verdient er 0 Dollar, so dass Ausfallzeiten und häufige Stopps für die meisten Lieferketten unattraktiv sind. Irgendwann könnten Versorgungsunternehmen, multinationale Energiekonzerne und Hersteller von Elektrofahrzeugen wie Tesla Stationen bauen, um ihr spezifisches Lkw-Netz zu unterstützen.

Nachhaltigkeit: Die kalifornischen Vorschriften und Anreize für Treibhausgasemissionen ebnen auch dieser alternativen Energie den Weg. Ende 2018 kündigte Anheuser-Busch, ein großer Bierhersteller, seine Pläne an, vierzig vollelektrische Tesla-Lkw in seine Flotte aufzunehmen, um die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren.

Elektrizität als alternative Energie ist vielversprechend für Spediteure, die nach nachhaltigen Optionen suchen, da Kohlenstoffemissionen aus dem Auspuffrohr eliminiert werden. Die Messung der tatsächlichen Nachhaltigkeitsvorteile von Elektro-Lkw ist jedoch kompliziert, da auch die Emissionen während des gesamten Lebenszyklus berücksichtigt werden müssen, insbesondere die Art und Weise, wie die Energie für die Stromerzeugung erzeugt wurde. Strom aus Kohlekraftwerken beispielsweise stößt immer noch erhebliche Mengen an Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre aus, verglichen mit Strom, der aus einer Windkraftanlage gewonnen wird. Dies wird in dem Maße an Bedeutung gewinnen, wie sich die Technologie in der gesamten Industrie verbreitet und die Berichterstattung und Beseitigung von Kohlenstoffemissionen stärker reguliert wird.

4.  Wasserstoff-Brennstoffzellen

Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV) ähneln Elektro-LKWs, da sie beide batteriebetrieben sind, unterscheiden sich jedoch in der Energiequelle. Diese Schwerlastfahrzeuge verwenden eine Brennstoffzelle, um reinen Wasserstoff und Sauerstoff zu kombinieren, der wiederum Strom für die Batterie des Lkw erzeugt. Die bekanntesten Hersteller dieser Art von Fahrzeugen sind Nikola und Toyota.

Chancen und Herausforderungen: Die größte Herausforderung für die Einführung von Wasserstoff-Brennstoffzellen als alternative Energiequelle ist der Preis. Die Energie für den Antrieb des Lkw ist teuer und für die meisten Verlader und Spediteure finanziell nicht sinnvoll. Wasserstoff ist teuer und schwierig zu verarbeiten, und sein Transport kann sogar noch teurer sein. Mit der Entwicklung neuer Batterietechnologien wird der Preis jedoch möglicherweise sinken und diese Option attraktiver werden.

Der größte Vorteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Lkw gegenüber anderen elektrischen Optionen ist die Reichweite. Man geht davon aus, dass Elektrofahrzeuge eine maximale Reichweite von 100 bis 300 Meilen mit einer einzigen Ladung haben, obwohl Tesla behauptet, dass seine elektrischen Sattelschlepper eine Reichweite von 600 Meilen haben. Auf der anderen Seite sagt Nikola, dass seine Wasserstoff-Brennstoffzellen-LKWs mehr als 1.000 Meilen auf einmal fahren können, was sie zu einer attraktiven, energieeffizienten Option für Langstrecken macht.

Die Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie hat es in Bezug auf die Infrastruktur noch schwerer als die elektrische. Wasserstoff-Lkw müssen zwar aufgrund ihrer größeren Reichweite weniger oft aufgeladen werden, benötigen aber dennoch spezielle Wasserstofftankstellen. Im Jahr 2018 gab es nur 40 öffentliche Wasserstofftankstellen in den USA, und alle befinden sich in Kalifornien.

Nachhaltigkeit: Die Umwandlung von Wasserstoffgas in Strom ist relativ sauber, wenn man die Auspuffemissionen betrachtet. Bei der Verwendung von Wasserstoffgas entstehen nur Wärme und Wasser als Nebenprodukte. Trotz dieser sauberen Emissionen wirft die Herstellung von Wasserstoff Fragen der Nachhaltigkeit auf.  Bei der Herstellung von Wasserstoff werden zum Teil fossile Brennstoffe und ein thermochemischer Prozess, die so genannte Dampf-Methan-Reformierung, eingesetzt. Bei diesen Prozessen werden Treibhausgase freigesetzt, weshalb die Berücksichtigung der Lebenszyklusemissionen von Energiequellen immer wichtiger wird, um wirklich nachhaltige Praktiken in der Lieferkette zu gewährleisten.

Die Alternative ist die Verwendung von erneuerbarem Wasserstoff durch Elektrolyse von Wassermolekülen und wasserstoffproduzierenden Mikroben, aber diese Technologie wird immer noch nur in begrenztem Umfang eingesetzt, und die Verfahren gelten als teuer.

Welche Strategie verfolgen Sie bei alternativen Kraftstoffen?

Die Entscheidung, welche alternativen Kraftstoffe die richtigen Optionen für Ihre Transportstrategie sind, kann von den Grundwerten Ihres Unternehmens abhängen. Wenn Sie Wert auf Nachhaltigkeit legen und als umweltfreundliche, vorausschauende Marke wahrgenommen werden wollen, sollten Sie sich für eine frühe Nutzung entscheiden. Wenn Sie sich der Verringerung der Treibhausgasemissionen verschrieben haben, müssen Sie vielleicht mit höheren Energiepreisen rechnen, bis sich die Technologie und die Methoden durchgesetzt haben, aber es ist wahrscheinlicher, dass Sie an der Spitze einer sich schnell verändernden Branche stehen.

Die größte Herausforderung für alle Verlader und Spediteure sind die Kosten und Komplikationen bei der Umstellung von Diesel auf alternative Kraftstoffe. Selbst wenn alternative Kraftstoffe zunehmend Marktanteile gewinnen, bleibt Diesel die wirtschaftlichste Option für den Transport von Gütern zum Markt, und das wird wohl auch in absehbarer Zukunft so bleiben. Diesel ist jedoch auch ein sehr unbeständiger Rohstoff, und die Diversifizierung des Energieportfolios bietet den Verladern Flexibilität und unterstützt eine flexible Lieferkette. Der Aufbau strategischer Partnerschaften mit Spediteuren und Energieversorgern kann die finanzielle Tragfähigkeit und den langfristigen Programmerfolg erhöhen. Breakthrough kann Ihnen dabei helfen.

Die Verwaltung der Treibstoffkosten und das Treffen von Entscheidungen über die Zukunft des Transportwesens ist einfacher, wenn Sie Breakthrough als Partner für die Strategie der Lieferkette haben. Wir verfügen über internes Fachwissen und Netzwerkverbindungen, die Ihnen helfen, datengestützte Entscheidungen über die Zukunft Ihrer Transport- und Lieferkettenstrategien zu treffen.

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