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Jun 12, 2023

Unsere LKWs brauchen keine Batterien! Elektro-Lkw nutzen Oberleitungen zur Energiegewinnung

Während sich die Welt mit dem Gespenst der sogenannten „Hockeyschläger“-Grafik auseinandersetzt

Während sich die Welt mit dem Schreckgespenst des sogenannten „Hockeyschläger“-Diagramms des Klimawandels auseinandersetzt, wurden verschiedene Lösungen für das Problem der Kohlenstoffemissionen aus Sektoren wie dem Verkehr vorgeschlagen, die untrennbar mit der Instandhaltung des 21. Jahrhunderts verbunden sind Leben. Manchmal handelt es sich dabei um Ideen aus dem blauen Himmel, die vielleicht ein wenig verrückt sind, während sie manchmal dazu führen, dass man innehält und denkt: „Das könnte einfach funktionieren!“

Eine solche Idee besteht darin, die Dieselmotoren in Lastkraftwagen durch Elektromotoren zu ersetzen, die nicht von Batterien, sondern von Oberleitungen angetrieben werden. Eine elektrische Sattelzugmaschine würde für den Transport auf der letzten Meile eine relativ kleine Batterie mitführen, ihren Strom über die Autobahn aber beziehen, indem sie einen Stromabnehmer von ihrem Dach zu einem Hochspannungskabel über der Straße ausführt. Es ist insofern äußerst verführerisch, als es sogar Versuche mit dem System in mehr als einem Land gegeben hat, aber hält es einer Analyse stand?

Es sollte allen klar sein, dass die Beförderung unserer Langstreckenfracht mit einem einzelnen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Dieselmotor pro etwa 38-Tonnen-Frachtcontainer zwar bequem, aber kaum kraftstoffeffizient ist umweltfreundlich Die effizientesten Dieselmotoren auf der Straße sollen einen Wirkungsgrad von 43 % haben und bei der Beförderung einer einzelnen Ladung keinen der Größenvorteile mit sich bringen, die Dieselmotoren bieten, die beispielsweise einen Güterzug befördern. Ebenso verteilen sie die von ihnen emittierten Schadstoffe über die gesamte Strecke und profitieren wiederum nicht von den Skaleneffekten, die beispielsweise bei einem Abgaswäscher eines Kraftwerks vorhanden sind. So sehr ich eine Schwäche für den Anblick eines großen Gespanns in voller Auslastung habe, muss selbst ich zugeben, dass seine Tage vorbei sind.

Die für Personenkraftwagen angestrebte Batterietechnologie ist eine verlockende Alternative, wie wir bei Tesla Semi gesehen haben. Aber trotz all seiner Technologie bewegt sich dieses Fahrzeug immer noch auf dem schmalen Grat zwischen dem Gewinn an Kosteneffizienz und den Kosten für den Transport von genügend Batterien, um diese Frachtmenge zu transportieren. Im Gegensatz dazu scheint der Oberleitungs-Lkw das Beste aus beiden Welten zu bieten: die Leichtigkeit und das einfache Auftanken eines Dieselmotors im Vergleich zu den fehlenden Emissionen eines Elektrofahrzeugs. In der idealisierten Welt einer Broschüre wird es mit erneuerbarer Wind-, Sonnen- und Wasserkraft betrieben, also sind alle unsere Probleme gelöst, oder? Aber reicht das wirklich?

Das Problem bei der Bewertung von Behauptungen über Oberleitungs-Elektrofahrzeuge besteht darin, dass es kaum Vergleichswerte gibt, aus denen man Parallelen ziehen könnte. Elektrische Fernzüge gibt es schon seit über einem Jahrhundert, aber obwohl sie für den Transport über große Entfernungen wesentlich sinnvoller sind, sind sie für einen direkten Vergleich nicht analog genug zu einer Vielzahl einzelner Strecken. Auch der elektrische Stadtverkehr in Form von Straßenbahnen und Oberleitungsbussen ist alt genug, um erfunden, aufgegeben und wiederentdeckt zu werden, aber ihre Einsatzmöglichkeiten für den Stadtverkehr über festgelegte Strecken entsprechen nicht denen eines freifahrenden Lastkraftwagens. Vielleicht ist es besser, die Kosten zu betrachten, die sowohl für die Bereitstellung der Verteilungsinfrastruktur als auch für die zusätzliche Erzeugungskapazität anfallen.

Wie viel Energie verbraucht ein LKW-Fahrer überhaupt pro Meile und welche Auswirkungen hätte die Umstellung aller LKWs auf das Stromnetz? Zeit für eine umfassende Berechnung. Dieses Papier des Oak Ridge National Laboratory (PDF) aus dem Jahr 2017 stellt einige Zahlen auf den Tisch und ermittelt einen Wert von 1,89 kWh pro Meile für einen batterieelektrischen Lkw im Vergleich zu 2,02 kWh für sein Dieseläquivalent. Diese Ungleichheit ist auf die vorhergesagte Energierückgewinnung durch regeneratives Bremsen zurückzuführen.

Da sich der oben im Artikel verlinkte Artikel des Guardian auf das Vereinigte Königreich bezieht, zeigt ein kurzer Blick auf die Straßengüterverkehrsstatistik der britischen Regierung, dass im Jahr 2018 bei einer durchschnittlichen Transportlänge von 18,7 Milliarden zurückgelegten Kilometern 152 Milliarden Tonnenkilometer Fracht auf der Straße transportiert wurden von 108 km oder 67,1 Meilen. Dies ergibt 173.148.148 dieser 67,1-Meilen-Fahrten und unter Berücksichtigung der Energiezahlen von Oak Ridge einen Verbrauch von 23.468.846.276 kWh Diesel bzw. 21.958.474.981 kWh Stromverbrauch. Das ist eine Jahreszahl, also dividiert man sie durch 365 und geht von der zweifelhaften Annahme aus, dass diese Fahrten über 12 Stunden am Tag verteilt sind, kommt man auf 5.013.350,45 kW zusätzliche Erzeugungskapazität. 5,013 GW reichen vielleicht aus, um viermal in die Zukunft zurückzukehren, aber im Hinblick auf die Erzeugungskapazität ist das nicht unerheblich.

Um eine Vorstellung von den Kosten zu geben und davon auszugehen, dass die gesamte Kapazität erneuerbare Windenergie sein wird: Die Installation einer 3,5-MW-Windkraftanlage kostet 3,13 Millionen Pfund. Um 5,013 GW zu erzeugen, bräuchten wir 1433 davon, für die wir wahrscheinlich vor der Küste Platz haben, also müssten wir zusätzliche 4.485.290.000 £ (5.895.667.014,05 $) auftreiben. 4,5 Milliarden Pfund sind eine Menge Geld, aber für eine Regierung, die derzeit über 100 Milliarden Pfund für eine Hochgeschwindigkeitsstrecke ausgibt, ist sie nicht außer Sichtweite, auch wenn sie möglicherweise bald mit wirtschaftlicher Unsicherheit zu kämpfen hat.

Wie wäre es mit den Kosten für die Verlegung dieser Elektrokabel? Dafür haben wir keine Vergleiche, da es keine großen Straßennetze gibt, die auf Oberleitungen umgestellt wurden. Aber wir haben eine Parallele im Eisenbahnsystem, wie die laufende Elektrifizierung der Great Western Railway von Isambard Kingdom Brunel von London nach Südwales. Es steckt in Kontroversen und hat sich erheblich von seiner ursprünglichen Kostenschätzung und seinem ursprünglichen Umfang entfernt, aber im Jahr 2017 wurden die Kosten für die 129 Meilen von London nach Cardiff auf 2,8 Milliarden Pfund oder etwa über 21,7 Millionen Pfund pro Meile geschätzt. Die voraussichtliche Größe des britischen Straßennetzes, das umgebaut werden soll, wird mit 4.300 Meilen angegeben, so dass wir eine endgültige Rechnung von 93,31 Milliarden Pfund oder etwa 122,506 Milliarden US-Dollar erhalten. Wenn wir dazu noch unsere mittlerweile relativ dürftig klingenden 4,5 Milliarden Pfund für diese Windkraftanlagen hinzufügen, kommen wir auf eine Endsumme von 97,81 Milliarden Pfund (ca. 128,67 Milliarden US-Dollar).

Unsere grobe Berechnung für ein landesweites Netzwerk liegt also bei etwas unter 100 Milliarden Pfund und liegt damit auf jeden Fall in der gleichen Größenordnung wie das Hochgeschwindigkeitsbahnprojekt, das nur die etwa 125 Meilen voneinander entfernten Städte London und Birmingham bedient. Ich bin mir sicher, dass weitere Kosten anfallen werden und dass Hackaday-Leser mich zur Rechenschaft ziehen werden, wenn ich Rechenfehler gemacht habe, aber ich muss zugeben, dass ich angenehm überrascht bin, wie relativ erschwinglich das für ein Land ist. Zynische langjährige Beobachter werden Ihnen sagen, dass alles, was die britische Regierung anfasst, doppelt so teuer ist, aber selbst bei 200 Milliarden Pfund ist der Nutzen, den es bringen könnte, nicht außer Acht gelassen.

Zweifler werden natürlich auf die Größe und Dichte des Vereinigten Königreichs im Vergleich zu den weiten Weiten beispielsweise des Mittleren Westens der USA verweisen, um zu beweisen, warum dies unmöglich über größere Entfernungen als in einem kleinen Land funktionieren könnte. Ich möchte sie auf die Erfahrungen im Eisenbahnsystem verweisen. Seit vielen Jahrzehnten kann ich mit einem elektrischen Zug (mit ein paar Änderungen) Tausende von Kilometern von der Atlantikküste Großbritanniens durch den Kanaltunnel quer durch Europa und nach Russland fahren, und seit 2002 von Moskau weiter über den Trans- Sibirische Eisenbahn nach China und bis Wladiwostok. Mit einer Dauer von über einer Woche ist es keine wirklich einfache Reise, aber ich kann von der Nähe meines Hackerspace in Milton Keynes aus mit einem Elektrozug und dann mit der Fähre nach Japan fahren, und das ist keine unbedeutende Entfernung. Es gibt nichts an der Technologie, was dies über große Entfernungen unmöglich oder unpraktisch macht, und da es sie schon seit langem gibt, gibt es nichts, was daran unbewiesen wäre.

Bei der Untersuchung der Machbarkeit des elektrifizierten Straßenverkehrs haben wir zu unserer Überraschung festgestellt, dass er tatsächlich realisierbar sein könnte, und um dies zu demonstrieren, haben wir uns stark auf die analogen Erfahrungen in der Schienenindustrie gestützt. Doch dabei haben wir ungewollt noch etwas anderes bewiesen, nämlich, dass Eisenbahnen über sehr große Entfernungen erfolgreicher elektrifiziert werden können. Die wahre Geschichte hier ist vielleicht, dass die beste Lösung zur Dekarbonisierung des Güterverkehrs mithilfe von Elektrizität darin bestünde, die Schienenstrecken für den Güterverkehr wie die Äste eines transkontinentalen Baums zu elektrifizieren und die regionalen Straßennetze eher als seine elektrifizierten feinen Wurzeln und Blätter zu behandeln Versuchen Sie, jede Straße zu elektrifizieren. Schließlich kann eine Elektrolokomotive hundert Lasten gleichzeitig bewegen.

Headerbild: Scania.