Auto/Motor

Eine neue Studie des Fraunhofer ISI hat die zukünftige Kostenentwicklung
emissionsfreier Lkw analysiert und dafür Kosten für Schlüsselkomponenten
aus über 200 Quellen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass
emissionsfreie Lkw von schnell sinkenden Kosten für Batterien und
Brennstoffzellen profitieren werden. Dies ermöglicht eine schnelle
Marktdiffusion und trägt zur Erreichung nationaler und internationaler
Klimaziele bei. Nach heutigem Kenntnisstand sind dabei batterie-
elektrische Lkw in vielen Anwendungsfällen die vielversprechendste und
kosteneffizienteste Technologie.

Die notwendige Reduktion der Treibhausgasemissionen im Straßengüterverkehr
erfordert einen schnellen Übergang zu emissionsfreien Lkw. Es ist jedoch
aktuell unklar, wie schnell und mit welcher Technologie dieser Übergang
vonstattengehen wird. Das verdeutlicht auch die rege Debatte um die Rolle
von batterie-elektrischen Lkw und Brennstoffzellen-Lkw, insbesondere im
schweren Straßengüterverkehr. Gleichzeitig benötigen der
Infrastrukturausbau, Netzerweiterungen, Anpassungen im Produktportfolio,
Vorschriften zur CO2-Regulierung, oder mögliche Subventionen viel Zeit und
Geld. Jedoch sollten solche Unsicherheiten weder Maßnahmen noch
Investitionsentscheidungen in neue Technologien verzögern. Dies führt vor
dem Hintergrund begrenzter öffentlicher Budgets zu der Frage der
Priorisierung auf vielversprechende Technologien, insbesondere beim
Übergang von einer Förderung von Forschung und Entwicklung hin zur
Markteinführung, die mit deutlichen höheren Ausgaben einhergeht.

Kostenanalyse für Schlüsselkomponenten von emissionsfreien Lkw

Um die Debatte weiter voranzutreiben, haben Forscher:innen des Fraunhofer
ISI in einer Studie, die kürzlich in Nature Energy veröffentlicht wurde,
die zukünftige Kostenentwicklung für Schlüsselkomponenten – insbesondere
Batterien und Brennstoffzellen – von emissionsfreien Lkw  untersucht. Dazu
wurden unterschiedliche Kostenentwicklungen aus der Literatur im Rahmen
einer Meta-Analyse herangezogen und im Hinblick auf Robustheit, zeitliche
Stabilität und Ambitionsniveau diskutiert. Zuletzt wurden ermittelte
Kostenentwicklungen mit Zielkosten für den technologischen Durchbruch
gemäß anderer Studien verglichen sowie in eine Gesamtkostenrechnung (TCO)
eingebettet, um die Kosten von batterie-elektrischen Lkw und
Brennstoffzellen-Lkw gegenüber Diesel-Lkw für die Jahre 2020, 2030 und
2040 zu vergleichen.

Kosten für Batterie- und Brennstoffzellensysteme sinken schneller als
erwartet

Die Ergebnisse zeigen, dass die Kosten für Batterie- und
Brennstoffzellensysteme für schwere Lkw deutlich schneller sinken werden,
als in älteren Studien erwartet. So prognostiziert die Studie, dass
Batteriesystemkosten bald unter 200 EUR/kWh fallen werden und in den
späten 2040er Jahren auf 100 EUR/kWh sinken könnten. Ebenso werden die
Kosten für Brennstoffzellensysteme in den späten 2030er Jahren vermutlich
deutlich – auf rund 150 EUR/kW – sinken, wobei Prognosen aufgrund der
geringeren kommerziellen Reife und Zweifeln hinsichtlich der
Realisierbarkeit von Zielkosten mit größerer Unsicherheit behaftet sind.
Die Autor:innen der Analyse betonen die großen Herausforderungen, um
sowohl die hohen Kostensenkungen als auch technischen Fortschritte für
beide Technologien schnell und in der Praxis zu realisieren.

Nach heutigen Kenntnisstand stellen batterie-elektrische Lkw mit hoher
Sicherheit die vielversprechendste Technologie dar, um mindestens das
Kostenniveau von heutigen Diesel-Lkw zu erreichen. Gleichzeitig benötigen
sie dafür auch weniger finanzielle Unterstützung als Brennstoffzellen-Lkw,
die vermutlich gegen Wasserstoffknappheit und hohe Preise anzukämpfen
haben. Neben dem Kostenaspekt profitieren batterie-elektrische Lkw auch
von einer schnelleren, großskaligen Verfügbarkeit der Technologie am
Markt. Darüber hinaus zeigen weitere Studien, dass batterie-elektrische
Lkw auch technisch – in Bezug auf erforderliche Reichweiten oder die
Nutzlast – für die meisten Anwendungsfälle in der Logistik bereits heute
geeignet sind. Brennstoffzellen-Lkw könnten sich hingegen als ergänzende
Technologie für schwer elektrifizierbare Bereiche oder Spezialtransporte
erweisen, insbesondere, wenn Wasserstoff für andere Sektoren in großem
Umfang zur Verfügung steht. Daher erscheint eine öffentliche Förderung von
Brennstoffzellen-Lkw für Forschung und Entwicklung sowie Erprobungen
weiterhin angebracht.

Investitionen in Produktionsanlagen und Ladeinfrastruktur sind notwendig,
um die Marktdiffusion batterie-elektrischer Lkw zu fördern

Steffen Link, Hauptautor der Studie, leitet aus diesen Ergebnissen die
folgenden Politik-Empfehlungen ab: »Unsere Ergebnisse unterstreichen, dass
die Kosten für emissionsfreie Lkw erheblich und schneller als erwartet
sinken werden. Dies erfordert den schnellen Aufbau von großskaligen
Produktionsanlagen, um die Marktdiffusion dieser Fahrzeuge zu fördern.
Unsere Analyse und der aktuelle Kenntnisstand zeigen, dass batterie-
elektrische Lkw die techno-ökonomische Wettbewerbsfähigkeit mit heutigen
Diesel-Lkw für die meisten Anwendungsfälle in absehbarer Zeit erreichen
dürften. Die priorisierte Förderung von batterie-elektrischen Lkw stellt
somit eine politische No-Regret-Option dar, die Unsicherheiten verringert,
begrenzte öffentliche Budgets besser nutzt und richtungsweisend für den
Logistikmarkt agiert. Dies ist für einen schnellen Übergang zu
emissionsfreien Lkw unerlässlich. Dafür müssen die Stromnetze und
Ladeinfrastruktur schnell ausgebaut werden, um Verzögerungen zu vermeiden.
Dies erfordert jedoch sofortige Investitionen.«

Selbstfahrende Busse sollen zukünftig in Friedrichshafen und Mannheim
Passagiere zuverlässig und effizient befördern – das ist das Ziel des
Verbundprojekts RABus. Im Reallabor erforschen Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler, darunter vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT),
den Einsatz von autonomen Fahrzeugen unter realen Bedingungen. Zum ersten
Mal stellen die Projektpartner ihren autonomen Shuttle beim
Friedrichshafener Tag der Technik am Samstag, 27. April 2024, der
Öffentlichkeit vor. Zusätzlich können sich Interessierte an Infoständen
der Projektpartner über RABus informieren. Die Medien sind eingeladen.
Anmeldung unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein..

Wie die Mobilität des Busverkehrs von morgen aussehen kann, zeigen die
Forschenden von RABus anhand eines autonomen Shuttles. Noch im Sommer 2024
sollen die selbstfahrenden Busse in Friedrichshafen im Testbetrieb
verkehren. Die Fahrzeuge können mit einer Akkuladung etwa hundert
Kilometern fahren. Bis zu zehn Passagiere inklusive eines Platzes für
mobilitätseingeschränkte Menschen haben in einem autonomen Shuttle Platz.

KIT übernimmt Begleitforschung

An Infoständen halten sich die Projektbeteiligten für Ideen und Fragen zur
zukünftigen Mobilität bereit. Vor Ort sind die Stadtverkehr
Friedrichshafen GmbH, das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und
Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS), das Institut für Verkehrsforschung (IfV)
des KIT, die Regionalverkehr Alb-Bodensee GmbH und ZF Friedrichshafen AG.
Für Anregungen zum Projekt stehen insbesondere das FKFS sowie das IfV des
KIT zur Verfügung. Das IfV des KIT übernimmt im Projekt die
Begleitforschung und untersucht, wie sich ein zukünftiges Angebot
attraktiv gestalten lässt. Anhand bereits durchgeführter Untersuchungen
zeigen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie der Einsatz von
autonomen Bussen besonders vielversprechend ist.

Der Stadtverkehr Friedrichshafen präsentiert während der Veranstaltung
neue Bildschirme mit Fahrgastinformationen in Echtzeit für die
Haltestellen des RABus.

Für Kinder gibt es außerdem kleine Lernroboter und ein Shuttle-Quiz.

RABus: Selbstfahrenden Bus live erleben
am Samstag, 27. April 2024, ab 13:00 Uhr
Ort: Franziskusplatz, 88045 Friedrichshafen

Programm

13:00 bis 18:00 Uhr

Begrüßung durch Fabian Müller, Erster Bürgermeister Friedrichshafen

Demonstration eines autonomen Shuttles

Präsentation Stadtverkehr Friedrichshafen zu neuen Bildschirmen an „RABus-
Haltestellen“

Infostände von Stadtverkehr Friedrichshafen, Forschungsinstitut für
Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS), Institut für
Verkehrsforschung (KIT), Regionalverkehr Alb-Bodensee GmbH und ZF
Friedrichshafen AG

Über das Projekt

Das Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart
(FKFS) übernimmt im RABus-Projekt die Rolle des Konsortialführers und ist
zuständig für die administrative Leitung des Gesamtprojektes. Die DB
ZugBus Regionalverkehr Alb-Bodensee GmbH (RAB) hat als
Reallaborkoordinator Friedrichhafen unter anderem die Aufgabe, in
Zusammenarbeit mit FKFS die Einhaltung des Budgets sicherzustellen. Die
Stadtverkehr Friedrichshafen GmbH (SVF) kümmert sich als
Konzessionsinhaber für das Stadtgebiet Friedrichshafen, gemeinsam mit der
RAB den Betrieb der automatisierten Shuttles vorzubereiten und zu
gestalten. Die Rhein-Neckar-Verkehr GmbH (rnv) übernimmt als
Reallaborkoordinator Mannheim in Zusammenarbeit mit dem Konsortialführer
die Einhaltung des Budgets. ZF stellt modernste Technologie für das
autonome Fahren bereit und setzt im RABus-Projekt ein hochautomatisiertes
System für das Fahren im Mischbetrieb ein.

Das Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg fördert das Projekt RaBus
„Reallabor für den Automatisierten Busbetrieb im ÖPNV in der Stadt und auf
dem Land“. Weitere Informationen dazu: https://www.kit.edu/kit
/pi_2020_102_rabus-bringt-selbstfahrende-busse-auf-die-strasse.php (ase)

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und
vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den
globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie,
Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in
Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften
zusammen. Seine 22 300 Studierenden bereitet das KIT durch ein
forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle
Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die
Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und
Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und
Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der
deutschen Exzellenzuniversitäten.

Gemeinsam mit Industriepartnern haben Forschende des Fraunhofer WKI einen
Fahrzeugunterboden aus Naturfasern sowie recycelten Kunststoffen für den
Automobilbau entwickelt. Das Bauteil erfüllt die hohen technischen
Anforderungen im Unterbodenbereich und könnte zukünftig herkömmliche
Leichtbau-Fahrzeugunterböden ersetzen. Mit dieser Entwicklung wird die
Klima- und Umweltbilanz über den gesamten Produktlebenszyklus optimiert.
Der Fokus des Fraunhofer WKI lag auf der Materialentwicklung für den
Spritzguss sowie auf der Hydrophobierung von Flachs- und Hanffasern für
naturfaserverstärkte Mischfaservliese.

Den Projektpartnern Fraunhofer WKI, Thüringisches Institut für Textil- und
Kunststofftechnik (TITK), Röchling Automotive SE & Co. KG, BBP
Kunststoffwerk Marbach Baier GmbH und Audi AG ist es gelungen, ein
nachhaltiges Gesamtkonzept für Fahrzeugunterböden zu entwickeln. Damit
haben die Forschenden eine anspruchsvolle Bauteilgruppe mit hohem
Kunststoffanteil für den Einsatz von Naturmaterialien erschlossen. Bisher
wurden naturfaserverstärkte Kunststoffe im Automobil hauptsächlich für
Verkleidungsteile ohne nennenswerte mechanische Aufgaben eingesetzt.
Strukturelle Bauteile wie Fahrzeugunterböden sind jedoch enormen
Belastungen ausgesetzt und stellen hohe Anforderungen an das Biege- und
Crashverhalten des Materials. In modernen Leichtbau-Fahrzeugkonzepten
kommen daher Hochleistungswerkstoffe aus glasfaserverstärkten Kunststoffen
zum Einsatz.

Das Projektteam konnte die Glasfasern durch Naturmaterialien wie Flachs-,
Hanf- und Cellulosefasern ersetzen und Unterbodenbauteile mit einem
Naturfaseranteil von bis zu 45 Prozent realisieren. Im Bereich der
Polymere wurde vollständig auf Polypropylen-Neuware verzichtet und
ausschließlich Rezyklate eingesetzt. Alle mit dieser Materialumstellung
verbundenen Herausforderungen, sowohl die geringeren mechanischen
Ausgangseigenschaften der Werkstoffe als auch die zeitlich eingeschränkten
Verarbeitungsfenster, konnten durch geschickte Compoundkombinationen
gelöst werden.

Am Fraunhofer WKI wurden Materialien für den Spritzguss entwickelt.
»Naturfaser-Spritzguss-Compounds sind bisher vor allem durch Festigkeits-
und Steifigkeitssteigerungen gegenüber unverstärkten Polymeren bekannt.
Bei der Entwicklung im Fahrzeugunterboden ist es darüber hinaus gelungen,
durch eine innovative Kombination von ausgewählten Post-Consumer-
Rezyklaten (PCR) als Matrix und Naturfasern unterschiedlicher
Reinheitsgrade die hohen Anforderungen an die Kaltschlagzähigkeit zu
erfüllen, ohne dabei die geforderte Steifigkeit und Festigkeit
einzubüßen«, erklärt Moritz Micke-Camuz, Projektleiter am Fraunhofer WKI.

Im Rahmen der Entwicklung wurden am TITK und bei Röchling erstmals
Faserverbundbauteile aus naturfaserverstärktem Mischfaservlies
(Lightweight-Reinforced-Thermoplastic, LWRT) realisiert. Das entwickelte
Produkt erfüllt nicht nur die mechanischen Anforderungen. Es widersteht
insbesondere auch den Herausforderungen, die durch die feuchte
Einsatzumgebung hervorgerufen werden. Zur Hydrophobierung von Flachs- und
Hanffasern für LWRT-Bauteile wurde am Fraunhofer WKI ein kontinuierliches
Furfurylierungsverfahren entwickelt. Durch die Furfurylierung kann die
Feuchtigkeitsaufnahme um bis zu 35 Prozent reduziert werden, ohne die
Biegefestigkeit der späteren Bauteile zu beeinträchtigen. Das
furfurylierte Fasermaterial lässt sich zudem problemlos auf einer
Vliesanlage weiterverarbeiten

Die gefertigten Prototypenbauteile wurden anschließend sowohl auf
Komponentenebene als auch im Fahrversuch intensiv getestet. Dazu dienten
unter anderem die Fahrzeuge der neuen »Premium Platform Electric« (PPE)
des VW-Konzerns. Im Rahmen der Serienerprobung konnten bereits
Langzeiterfahrungen gesammelt werden. Das erfreuliche Ergebnis dieser
Tests: Die neu entwickelten Bioverbundwerkstoffe erfüllen alle
Standardanforderungen an Unterbodenbauteile und erweisen sich als
serientauglich. Weder der Einsatz von Naturfasern noch von (Post-
Consumer-)Rezyklaten führt zu einer signifikanten Beeinträchtigung der
Eigenschaften.

Ein wesentlicher Vorteil der Innovation liegt auch in der deutlich
verbesserten CO2-Bilanz: Im Vergleich zur Serie können 10,5 Kilogramm
Neuware (PP/Glasfaser) durch 4,2 Kilogramm Naturfasern und 6,3 Kilogramm
Post-Consumer-Rezyklat ersetzt werden. Dadurch konnten die CO2-Emissionen
während der Produktion, der Nutzung und des Produktlebens um bis zu 40
Prozent reduziert werden.

Im Rahmen des Entwicklungsprojektes wurde ein innovatives, ganzheitliches
Gesamtkonzept für Fahrzeugunterböden inklusive Recycling mit kaskadischer
Wiederverwendung der Komponenten entwickelt. Aus technischer Sicht können
Fahrzeugunterböden zukünftig vollständig aus dem neuen,
hochleistungsfähigen Bio-Leichtbau-Material hergestellt werden.

Förderung
Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und
Klimaschutz (BMWK) über den Projektträger TÜV Rheinland gefördert.

Das Fraunhofer WKI: Wir bauen die Zukunft aus nachwachsenden Rohstoffen.
Seit 1946.
Nachhaltigkeit ist seit der Gründung des Fraunhofer WKI im Jahre 1946 das
zentrale Thema. Der Gründer und Namensgeber Dr. Wilhelm Klauditz gilt als
Pionier der modernen Holzwerkstoffindustrie. Heute nutzt das Fraunhofer
WKI die ganze Bandbreite nachwachsender Rohstoffe, um daraus nachhaltige
Werkstoffe, Bauteile und Chemieerzeugnisse zu entwickeln. Das Institut mit
Standorten in Braunschweig, Hannover und Wolfsburg ist spezialisiert auf
Verfahrenstechnik, Formgebung und Komponentenfertigung mit Biowerkstoffen,
biobasierte Bindemittel und Beschichtungen, Funktionalisierung,
Brandschutz, Werkstoff- und Produktprüfungen, Recyclingverfahren sowie den
Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen in Gebäuden und Fahrzeugen. Darüber
hinaus gehört das Fraunhofer WKI zu den führenden Forschungseinrichtungen
im Bereich Innenraumluftqualität. Nahezu alle Verfahren und Produkte, die
aus der Forschungstätigkeit des Instituts hervorgehen, werden industriell
genutzt. Mit seiner Forschung und Entwicklung leistet das Fraunhofer WKI
einen wichtigen Beitrag für den Aufbau einer biobasierten
Kreislaufwirtschaft (Zirkuläre Bioökonomie).