Elektromobilität als Lösung für eine nachhaltige Logistik

Inhaltsverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Forschungsfrage
1.2 Gang der Untersuchung

2. Logistik heute

3. Unterschied zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor
3.1 Was sind die wichtigsten Komponenten eines Elektroautos
3.2 Vorteile des Elektromotors
3.3 Nachteile des Elektromotors

4. Elektro-LKW im Straßenverkehr
4.1 Mercedes-Benz eActros
4.2 MAN eTGM
4.3 Oberleitungs-Hybrid-Lkw

5. Alternativen zur Elektromobilität

6. Fazit

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Anteile des Verkehrssektors an den Emissionen ausgewählter Luftschad- stoffen und Treibhausgasen

Tabelle 2: Vergleich Tesla Model3 & Mercedes C220d

Abbildung 1: Feinstaubemission in mg/km über den Gesamtlebenszyklus, Vergleich zwischen Diesel und Elektrofahrzeugen

Abkürzungsverzeichnis

BEV - Batteriefahrzeug (Battery Electric Vehicle)

REEV - Elektrofahrzeug mit zusätzlichem Verbrennungsmotor (Range extended electric Vehicle)

BMU - Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Nukleare Sicherheit

kWh - Kilowattstunde

NEFZ Verfahren - Neuen Europäischen Fahrzyklus

AVAS - Acoustic Vehicle Alerting System

Oberleitungs-Hybrid-Lkw - OH-Lkw

FCV - Fuel Cell Vehicles

1. Einleitung

Das Thema Nachhaltigkeit hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung ge­wonnen, da die Folgen durch die bisherige Lebensweise der Menschen in der Um­welt immer sichtbarer werden. Dazu gehören neben dem Klimawandel und der Res­sourcenverknappung, steigende Bevölkerungszahl und die soziale Ungerechtigkeit. Deshalb wird die Wirtschaft aufgefordert, Ihre Prozesse und Arbeitsweisen zu über­denken und umweltschonende Strategien zu entwickeln. Die wachsende Globalisie­rung stellt uns und die Wirtschaft vor Herausforderungen, insbesondere Transport und Logistik sind bedeutsame Faktoren. Transport und Logistik sind wichtige Treiber für Wirtschaftswachstum und eine wichtige Komponente in der Wertschöpfungs­kette, die gleichzeitig für den hohen Ausstoß von CO2 verantwortlich ist.¹

1.1 Forschungsfrage

Die Geschäftsmodelle der Logistikunternehmen befinden sich in einer Verände­rungsphase und neue Innovationen wurden entwickelt, die auch teilweise in der Pra­xis eingeführt wurden. Einer dieser Innovationen ist der Elektromotor im Güterver­kehr, der bereits in vielen Logistikunternehmen eingesetzt wird. Das Ziel meiner Hausarbeit ist es, die Effektivität der Elektromobilität darzustellen und gleichzeitig zu analysieren, welche Nachteile es gibt. Meine Forschungsthese lautet: Ist Elektromo­bilität die Lösung für eine Nachhaltige Logistik?

1.2 Gang der Untersuchung

Da sich das Thema Elektromobilität in Deutschland noch im Anfangsstadium befin­det und es keine langjährigen Erfahrungen gibt, wird heutzutage nur über die Vorteile des Elektromotors gesprochen und die Folgen werden vernachlässigt. Für die Ana­lyse der Nachteile von Elektromotoren habe ich die Studie vom UPI-Institut „Ökolo­gischen Folgen von Elektroautos“, als einer meiner Quellen verwendet. Auf der an­deren Seite möchte ich aufzeigen, welche Vorteile durch den Einsatz vom Elektro­motor entstehen, nicht nur für die Umwelt, sondern auch für Unternehmen. Der größte Anteil der Transportleistung im Güterverkehr hat der LKW mit ca.71% in Deutschland (Stand 2017). Deshalb fokussiert sich meine Arbeit auf den Einsatz des Elektromotors im LKW Bereich.² In der Praxis gibt es schon einige Elektro LKWs, die im Einsatz sind oder aktuell getestet werden. In meiner Arbeit gehe ich auf den MAN eTruck und auf die Oberleitungs-Testrecke für Elektro LKWs auf der A1 ein und zeige auf was bisher erreicht wurde.

2. Logistik heute

Die Umwelt wird durch den Ausstoß von Luftschadstoffe und Treibhausgasen, die der Verkehr verursacht, sehr belastet. Dieser Ausstoß stieg bis 1999 an und sank danach bis 2013 wieder ab. Durch den zunehmenden Straßengüterverkehr stieg der Ausstoß drastisch an, bis er 2017 eine Höhe von 170,6 Tonnen erreichte. Dieser Anstieg wurde durch das Wirtschaftswachstum der letzten Jahre und durch den E­Commerce Handel vorangetrieben. Der Ausstoß von Stickstoffoxiden im Verkehr ist im Vergleich zu den letzten Jahren gesunken, jedoch betrug er 2016 immer noch 40% vom gesamten Stickstoffoxid-Ausstoß, der hauptsächlich durch den motorisier­ten Verkehr verursacht wurde.³

Tabelle1: Anteile des Verkehrssektors an den Emissionen ausgewählter Luftschad­stoffen und Treibhausgasen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Umweltbundesamt, Nationale Trendtabellen, https://www.umweltbundes-amt.de/daten/verkehr/umweltbelastungen-durch-verkehr#textpart-3, Stand 15.01.2018

In der heutigen Zeit würde die Welt ohne Logistik und Mobilität nicht funktionieren, deshalb ist es wichtig zu analysieren, wie man die vorhandenen Ressourcen effizient nutzen kann, ohne die Mobilität einzuschränken. Das Pariser Übereinkommen aus 2015, stellt erstmalig in seinem Klimaschutzabkommen Maßnahmen vor, um die Emission global zu senken und die Erderwärmung auf unter 2 Grad zu begrenzen.4 Im „Klimaschutzplan 2050“ von der Bundesregierung werden die Maßnahmen aus dem Pariser Übereinkommen, für Deutschland erläutert. Dabei geht das Klima­schutzabkommen auch auf den Anteil der Emission ein, der größtenteils durch den Verkehr verursacht wird. Im Jahr 2016 wurden ca. 160 Millionen Tonnen CO2 nur vom Verkehrssektor ausgestoßen, das entspricht 18% vom gesamten CO2 Ausstoß in Deutschland und ist somit der drittgrößte Verursacher.5 Der aktuelle Anteil der Lastkraftwagen (Lkw) im Güterverkehr liegt bei 70,7%, der Bahn bei 18,7% und der Binnenschiffverkehr bei 8%.⁴ Als Mittelfristiges Ziel setzt der Klimaschutzplan eine Minderung der Treibhausgasemission auf 95 - 98 Tonnen CO2 bis 2030 an. Das zeigt deutlich, dass der Logistikbereich, insbesondere der Straßenverkehr, schnell agieren und Lösungen finden muss, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Um an dieses Ziel zu gelangen, wird von der Automobilindustrie gefordert Fahrzeuge zu produzieren, die effizienter und gleichzeitig emissionsarm sind. Dabei spielt der Elektromotor eine große Rolle. Die Bundesregierung setzt den Fokus auf Elektromo­bilität in allen Verkehrssektoren und erwartet von allen Unternehmen in die Umwelt zu investieren und Ihre Strategie zu ändern. Das Verkehrsaufkommen, wird sich nach einer Prognose vom Bundesministerium für Verkehr bis 2030 um ca.10% er­höhen, bezogen auf die Fahrzeugkilometer pro Jahr. Im Lkw Bereich steigen die Fahrzeugkilometer von 77,6 Milliarden auf 99,7 Milliarden, was eine Steigerung von 28% ergibt. Die Steigerung des Verkehrsaufkommens kann nicht verhindert werden, jedoch kann die Wirtschaft neue Technologien entwickeln und alternative Ressour­cen verwenden, um die Emissionen zu senken. Um diese Technologien zu fördern, hat die Bundesregierung bisher über 2,6 Milliarden Euro investiert und die Automo­bilindustrie mehr als 15 Milliarden Euro. Diese finanzielle Unterstützung von der Bun­desregierung, aber auch von Investoren, wird auch noch in Zukunft benötigt, um den Klimaschutzplan umzusetzen.⁵

3. Unterschied zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor

Um zu verstehen welche Vorteile ein Elektromotor bietet, muss man erstmal unter­suchen, wie ein Elektromotor funktioniert und wie er hergestellt wird. Einfach erklärt, befindet sich in einem Elektromotor eine Batterie, die gespeicherte elektrische Ener­gie in mechanische umwandelt. Dabei gibt es verschiedene Typen von Elektroma­schinen, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt werden.⁶ Es gibt aktuell drei Arten von Motoren; der reine Elektromotorantrieb, Plug-In Hybridmotor und der Range Extender.

Der reine Elektromotor generiert seine Energie nur aus einer Batterie, die nach Er­reichen einer bestimmten Kilometerzahl über das Stromnetz wieder aufgeladen wer­den muss. Im Englischen werden diese Fahrzeuge „Battery Electric Vehicle“ ge­nannt, wodurch die Abkürzung BEV entstanden ist, die auch in Deutschland sehr häufig verwendet wird. Um die Reichweite eines Elektromotors etwas zu erhöhen, wurde der Range Extender (REEV) entwickelt. Wenn sich langsam die Batterie ent­leert, schaltet sich ein kleiner Verbrennungsmotor ein, der Strom für die Batterie lie­fert, jedoch nicht das Fahrzeug direkt antreibt. Im Gegensatz zum REEV schaltet sich beim Plug-In-Hybrid der Verbrennungsmotor ein, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Vorteil ist, man ist nicht nur abhängig vom Strom der Batterie und kann gleich­zeitig auch längere Strecken fahren.⁷

3.1. Was sind die wichtigsten Komponenten eines Elektroautos?

Bei einem Elektrofahrzeug ist das wichtigste Bauteil die Hochvolt-Batterie. Durch den Einsatz der Batterie, um elektrische Energie zu erzeugen, werden eine Reihe von technischen Bauteilen nicht mehr benötigt, die üblicherweise für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor eingesetzt wurden. Dazu gehören Elemente wie zum Bei­spiel der Tank, Auspuff, Katalysator und Kühler. Durch den Wegfall der Bauteile, würde man denken, dass mehr Platz im Fahrzeug zur Verfügung stehen sollte. Je­doch bildet die Batterie platztechnisch, die größte und die teuerste Komponente.

Aktuell werden von den Herstellern überwiegend die Lithium-Ionen-Akkus verwen­det, da diese bisher die meiste Effizienz im Alltag zeigen konnten. Bei den Batterien kommt es insbesondere auf die Ladedauer und Reichweite an, um die Kunden zu überzeugen. Im Gegensatz zur Hochvolt-Batterie, versorgt die Niedervolt-Batterie die Innenraumtechnik mit Strom wie zum Beispiel Heizung, Radio oder Beleuchtung. Ein weiterer wichtiger Bestandteil ist die Leistungselektronik. Sie wandelt die Energie von der Batterie so um, wie der Motor gerade benötigt. Die Leistungselektronik stellt ein Bindeglied zwischen Motor und Batterie, aber auch zu anderen elektronischen Komponenten, die mit Strom versorgt werden müssen, dar. Außerdem nimmt sie auch den Strom während eines Ladeprozesses auf und transferiert diesen Strom in die Batterie.⁸

Ein besonderes Merkmal eines Elektrofahrzeuges ist der geräuscharme Antrieb, was dem Elektromotor zu verdanken ist. Dieser wird bereits seit 1837 in zahlreichen Ge­bieten eingesetzt und konnte seine Effizienz in der Industrie, im Handwerk oder bei der elektrischen Bahn unter Beweis stellen. In Fahrzeugen befindet sich der Elektro­motor größtenteils oberhalb der Vorderachse, aber es gibt auch Modelle, wo sich der Motor im hinteren Teil befindet. Im Vergleich zum Verbrennungsmotor, steht beim Elektromotor ab Start des Motors, die vollen Drehmomente zur Verfügung, sodass die komplette Zugkraft von Anfang an sichergestellt ist. Deshalb wird in Elektrofahr­zeugen die Gangschaltung weggelassen, was für viele Umsteiger Gewöhnungsbe­dürftig sein wird.

Während bei Verbrennungsmotoren ein Tank für Diesel oder Benzin eingebaut ist, wird beim Elektrofahrzeug einen Ladeanschluss benötigt. Das Fahrzeug kann über öffentliche PKW- Ladestationen oder über die herkömmliche Steckdose von zuhause aufgeladen werden. Dabei ist nur zu beachten, dass es verschiedene Steckertypen geben kann, wofür wiederum Adapter benötigt werden.⁹

3.2 Vorteile des Elektromotors

Um die Wirtschaftlichkeit und den Nutzen des Elektrofahrzeuges zu analysieren, werde ich im folgenden Abschnitt die Vorteile und Nachteile gegenüberstellen. Der Elektromotor zeichnet sich durch den emissionsarmen oder emissionsfreien Motor aus, abhängig von den genutzten erneuerbaren Ressourcen. Laut dem Bundesmi­nisterium für Umwelt (BMU) lag der CO2 Ausstoß 2017 von Elektrofahrzeugen (Kom­paktklasse) von der Herstellung bis hin zur Entsorgung bei 134 Gramm pro km und soll bis 2025 auf 101 Gramm pro km sinken. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Laut­stärke des Elektromotors, der vielen Bewohnern in Städten, die vom Verkehrslärm betroffen sind zu Gunsten kommen würde. Ab ungefähr 25km/h gibt es keinen gro­ßen Unterschied mehr in der Lautstärke zwischen Elektroauto und normalen Brenn­motoren.

[...]

¹ Vgl. Karle. A., Grundlagen Elektromobilität, 2018, S. 3-6

² Vgl. https://www.allianz-pro-schiene.de/themen/gueterverkehr/marktanteile/, Zugriff am 20.06.2019

³ Vgl. https://www.umweltbundesamt.de/daten/verkehr/umweltbelastungen-durch-verkehr#text- part-3, 05.05.2019

⁴ Vgl. https://www.allianz-pro-schiene.de/themen/gueterverkehr/marktanteile/, Zugriff am 20.06.2019

⁵ Vgl. Bundesministerium für Umwelt (BMU), Klimaschutzplan 2050, November 2016

⁶ Vgl. Reuter B., Bewertung von Nachhaltigkeitsaspekten für Elektrofahrzeuge, 2016, S.45

⁷ Vgl. https://www.bmu.de/themen/luft-laerm-verkehr/verkehr/elektromobilitaet/allgemeine-infor- mationen/fahrzeugkonzepte-fuer-elektroautos/, Zugriff am 15.05.

⁸ Vgl. https://www.e-autos.de/technik/wie-funktioniert-ein-elektroauto/, Zugriff am 16.05.2019

⁹ Vgl. https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/e-mobilitaet/antrieb/elektroantrieb/, Zugriff am 16.05.2019