Der Weg zur Emissionsfreiheit: Elektro- und Wasserstofffahrzeuge für schwere Nutzfahrzeuge

Da politische Entscheidungsträger und Interessengruppen den Schwerpunkt auf den Verkehrssektor verlagern, um Möglichkeiten zur Emissionsreduzierung zu finden, entstehen neue Kraftstoffe und Technologien. Schwere Elektrofahrzeuge (HDEVs) und schwere Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (HDFCEVs) werden zu praktikablen alternativen Kraftstoffquellen. Sowohl Elektro- als auch Wasserstofffahrzeuge werden oft als Null-Emissions-Fahrzeuge (ZEVs) bezeichnet, da sie keine Auspuffemissionen haben. Ihre Gesamtemissionen über den Lebenszyklus unterscheiden sich jedoch je nach Produktionsmethode.

HDEVs und HDFCEVs bieten zahlreiche Chancen und Herausforderungen für den Transportsektor.

Elektrische Schwerlastfahrzeuge

Elektrische Schwerlastfahrzeuge sind aufgrund der umfangreichen Entwicklung von Elektrofahrzeugen für den Personenverkehr weiter fortgeschritten als Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge. HDEVs bieten eine größere Frachteffizienz und Nachhaltigkeit, sind aber auch mit Überlegungen zu Batteriekapazität, Ladeinfrastruktur, Reichweite, Fahrzeug- und Wartungskosten, Emissionsreduzierung, politischer Unterstützung, Einbindung von Versorgungsunternehmen und Marktverfügbarkeit verbunden.

Batterie

Die HDEV-Batterie ist ein entscheidender Faktor für die Anwendung und Effektivität des Gütertransports. Der North American Council for Freight Efficiency (NACFE) gibt an, dass ein HDEV einen Energieverbrauch von 2 kWh/Meile hat, wobei das Gewicht der Batterie zwischen 14-25 lbs./kWh liegt. Mit zunehmender Reichweite eines HDEV nehmen Größe und Gewicht der erforderlichen Batterie zu, was zu Kompromissen bei der Frachtkapazität führt:

• 250 Meilen - Reduzierung von etwa 4.000 lbs. an Fracht
• 500 Meilen - Reduzierung von etwa 7.700 lbs. Fracht
• 750 Meilen - Reduktion von ca. 15.400 Pfund Fracht

Ladezeiten

Auch die Ladezeiten sind aufgrund ihrer Kosten- und Zeitauswirkungen ein entscheidender Faktor für die Akteure im Bereich der schweren Nutzfahrzeuge. Um kosteneffizient und zeitnah zu sein, benötigen HDEVs schnellere Ladegeräte mit höherer Kapazität, wie z. B. Level 2, Gleichstrom-Schnellladegeräte (DCFC) und Megawattstunden-Ladegeräte (MWh). DCFCs sind für Fahrzeuge mit größeren Batterien oder kürzeren Verweilzeiten zu bevorzugen, während Ladegeräte der Stufe 2 ideal für Fahrzeuge sind, die mehrere Stunden oder über Nacht in einem Depot geparkt sind.

Die meiste vorhandene Ladeinfrastruktur für HDEVs befindet sich in privaten Depots; allerdings ist das National Zero-Emission Freight Corridor Strategy zielt darauf ab, den Mangel an Infrastruktur zu beheben, um Langstrecken erreichbar zu machen.

Reichweite

Die NACFE-Veranstaltung Run on Less Electric Depot zeigte, dass einige HDEV-Modelle mit einer einzigen Ladung über 200 Meilen zurücklegen können. Damit eignen sie sich ideal für mittlere Regionalstrecken, bei denen ein Lkw ein zentrales Depot verlässt und wieder dorthin zurückkehrt, was einer Gesamtstrecke von etwa 300 Meilen entspricht. Mit 22% der Transportemissionen, die auf Strecken unter 250 Meilen pro Tag entfallen, können HDEVs einen erheblichen Beitrag leisten.

Fahrzeug- & Wartungskosten

Der durchschnittliche Diesel-Lkw kostet etwa 120.000 - 180.000 $, während HDEVs zwischen 350.000 - 500.000 $ liegen können. Der NACFE prognostiziert jedoch, dass die Gesamtwartungskosten für HDEVs um 40 bis 70 % niedriger sein werden als für Dieselfahrzeuge. Eine Studie des National Renewable Energy Laboratory (NREL) kam zu dem Ergebnis, dass HDEV-Kostengleichheit mit einem Diesel-Lkw bereits im Jahr 2035 erreicht werden könnte.

Emissionsreduzierung

Während HDEVs keine Auspuffemissionen haben, hängen ihre Lebenszyklusemissionen von der Stromquelle ab, die zum Aufladen verwendet wird. In Staaten mit Stromnetzen, die mit alternativen Brennstoffen betrieben werden, sind die Emissionen während des gesamten Lebenszyklus geringer als bei Dieselfahrzeugen. Nach Angaben des Energieministeriums kann elektrischer Strom die Emissionen im Vergleich zu Diesel um etwa 60 % senken.

Quelle: US DOE AFDC

Politische Unterstützung

Die Biden-Administration, staatliche und lokale Entscheidungsträger sowie Energieversorgungsunternehmen haben politische Maßnahmen und Finanzierungen eingeführt, um die höheren Anschaffungskosten und die unzureichende Ladeinfrastruktur von HDEVs zu mildern.

• Die Inflationsreduzierung (IRA) umfasst Subventionen wie den Commercial Clean Vehicle Credit, der 40.000 Dollar pro Lkw subventioniert, und den Alternative Fuel Infrastructure Credit, der in seinem Wert variiert.
• Die National Zero-Emission Freight Corridor Strategy zielt darauf ab, eine ZEV-Lade- und Betankungsinfrastruktur einzurichten, die sich u.a. auf die Politik der Bundesstaaten und Regionen, die Konzentration des Güterverkehrs und die Lage der Häfen stützt.
• Die Environmental Protection Agency (EPA) hat ihre Phase 3 der Emissionsnormen für schwere Nutzfahrzeuge fertiggestellt, was die Hersteller anspornen dürfte, sich noch stärker auf ZEV-Angebote zu konzentrieren.

Auf bundesstaatlicher Ebene treibt Kalifornien die Einführung von HDEV durch Schlüsselinitiativen wie die Advanced Clean Trucks-Regelung, die inzwischen in zahlreichen anderen Bundesstaaten übernommen wurde, und die Advanced Clean Fleets-Regelung voran. Zur Unterstützung seiner ZEV-Politik hat Kalifornien das HVIP-Programm eingeführt, um Kaufanreize zu schaffen. Mehrere Bundesstaaten haben sich auch zusammengeschlossen, um die Multi-State Medium- and Heavy-Duty Zero Emission Vehicle (MHDZEVs) MOU zu unterstützen, die sich auf die verstärkte Einführung von MHDEVs und Investitionen in die notwendige Ladeinfrastruktur konzentriert.

Versorgungsunternehmen

Versorgungsunternehmen bieten aktiv Anreize für die Ladeinfrastruktur und führen Studien durch, um die effiziente Einführung der HDEV-Ladeinfrastruktur sicherzustellen. Die Akteure der Lieferkette sollten damit beginnen, ihre Pläne mit ihren Versorgungsunternehmen zu besprechen, um bei Initiativen zusammenzuarbeiten und Vorlaufzeiten für die Entwicklung der Infrastruktur zu berücksichtigen.

Marktverfügbarkeit

Zu den wichtigsten HDEV-Herstellern, die sich der California's Clean Truck Partnership angeschlossen haben, gehören Cummins, Inc, Daimler Truck North America, Ford Motor Company, General Motors Company, Hino Motors Limited, Inc, Isuzu Technical Center of America, Inc, Navistar, Inc, PACCAR Inc, Stellantis N.V., Truck and Engine Manufacturers Association und Volvo Group North America.

Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge für schwere Nutzfahrzeuge

Viele Markt- und politische Faktoren, die für Elektrofahrzeuge für schwere Nutzfahrzeuge ausschlaggebend sind, gelten auch für Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge. Allerdings sind Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge derzeit weniger entwickelt und haben eine geringere Marktpräsenz.

Batterie und Brennstoffzelle

HDFCEVs bieten im Vergleich zu HDEVs aufgrund der dualen Brennstoffzelle und der elektrischen Batterie eine größere Reichweite, eine schnellere Betankung und eine höhere Nutzlast. Die Clean Air Task Force (CATF) hat festgestellt, dass ein Langstrecken-Lkw der Klasse 8 mit einem 100 kg schweren Wasserstofftank etwa 15 Mal schneller betankt werden kann als eine 1- oder 2-MWh-Batterie eines HDEV. Dank der leichteren Brennstoffzellen von HDFCEVs können sie auch mehr Ladung transportieren. Die Analyse von CATF zeigt, dass HDFCEVs ihre Ladung nur um etwa 500 bis 1.000 Pfund reduzieren müssen. Daher werden HDFCEVs langfristig für Langstrecken-Gütertransporte bevorzugt.

Emissionsreduzierung

Die Umstellung von Diesel- auf Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge kann die Emissionen erheblich reduzieren, aber das Ausmaß hängt davon ab, wie der Wasserstoff und der Strom erzeugt werden. Größere Reduzierungen ergeben sich, wenn der Wasserstoff durch Elektrolyse unter Verwendung erneuerbarer Energien statt durch Methandampfreformierung mit Erdgas hergestellt wird. Nach Angaben des International Council on Clean Transportation haben HDFCEVs 15-33% niedrigere Lebenszyklusemissionen, wenn sie Strom aus fossilen Brennstoffen und Wasserstoff im Vergleich zu Diesel-Lkw verwenden.

Politische Unterstützung

Hydrogen Shot

Das U.S. Department of Energy (DOE) kündigte die Vergabe von rund 7 Millionen Dollar an sieben Wasserstoff-Hub-Projekte im ganzen Land an, unter anderem in Kalifornien, im Pazifischen Nordwesten, im Mittleren Westen, im Gebiet der Großen Seen und im Mittelatlantik. Im Rahmen der Hydrogen Shot-Initiative werden verschiedene Einsatzstoffe und Anwendungsfälle erforscht, um die Kosten für sauberen Wasserstoff bis 2031 um 80 % - auf 1 $/Kilogramm - zu senken. Die Projekte werden verschiedene Rohstoffe und Anwendungsfälle erforschen, um letztlich die Produktionskosten zu senken und HDFCEVs (neben anderen Wasserstoffanwendungen) voranzubringen.

Marktverfügbarkeit

Nikola ist der bekannteste Hersteller im HDFCEV-Bereich, was zum Teil auf die Schwierigkeiten zurückzuführen ist, die sich aus der Tatsache ergeben, dass man ein Vorreiter ist. Trotz der geschäftlichen Herausforderungen, von denen das Unternehmen betroffen war, haben auch andere Hersteller wie Honda und Toyota Kenworth das Potenzial einer Teilnahme am HDFCEV-Markt erkannt. Dennoch ist das Angebot an HDFCEVs im Vergleich zur wachsenden Verfügbarkeit von HDEVs deutlich eingeschränkt.

CleanMile's Role in HDEVs and HDFCEVs Adoption

Sowohl der öffentliche als auch der private Sektor treiben die Verfügbarkeit und Rentabilität von HDEVs und HDFCEVs voran. Auch wenn die Akzeptanz anfangs langsam sein mag, werden künftige Fortschritte beim Gewicht der Batterien, den Fahrzeugkosten sowie bei der Entwicklung der Infrastruktur und der Politik ihre Effizienz und Kosteneffizienz steigern.

Um die Anwendungsfälle für alternative Energien in Ihrem Verkehrsnetz zu verstehen, sollten Sie CleanMile in Betracht ziehen.