Fahrplan zur Elektrifizierung: Fortschritte und Herausforderungen bei der Elektrifizierung der kommerziellen Transportbranche

Elektrische Verbraucherfahrzeuge (EVs) haben in den letzten zehn Jahren eine bedeutende Marktdurchdringung erreicht. Laut Reuters verzeichnete das dritte Quartal 2023 die bisher höchsten Verkaufszahlen von E-Fahrzeugen in den USA, mit einem Marktanteil von 7,9 %, ein Anstieg von nahezu 50 % im Vergleich zum Vorjahr. Allerdings waren andere Transportindustrien bislang langsamer bei der Einführung von Elektrifizierungstechnologien. Dieser Artikel identifiziert mehrere nicht verbraucherorientierte Sektoren, die voraussichtlich bald Wachstum bei der Elektrofahrzeugtechnologie erleben werden, sowie die Herausforderungen der Ladeinfrastruktur für EV-Flotten, die die Elektrifizierung kommerzieller Fahrzeugflotten verzögert haben.

Aktuelle und zukünftige Verkehrstrends

Busse und Lkw sind die nächste Herausforderung für die Elektrifizierung des Transports. Glücklicherweise beschleunigen die boomenden Fortschritte bei EV-Technologien wie Batteriemanagementsystemen, Fahrzeugrelais, Fahrzeugsteckverbindern und mehr die Einführung von Elektrofahrzeugen in diesen Transportsegmenten:

Batterie-Elektrobusse (BEB)

Batterie-elektrische Busse (BEB), die sich von elektrisch betriebenen Bussen mit Oberleitungen unterscheiden, werden in städtischen Umgebungen immer populärer. BEBs werden in öffentlichen Verkehrssystemen eingesetzt, da sie niedrigere Betriebskosten, reduzierte Emissionen und eine einfachere Wartung im Vergleich zu Bussen mit Verbrennungsmotoren oder Oberleitungsbussen aufweisen.

Allerdings erfordert ihre Nutzung eine Ladeinfrastruktur, weshalb die Einführung in Regionen mit weniger Infrastrukturpolitik-Anreizen langsamer erfolgen könnte. Einige Städte weltweit, wie Shenzhen, haben dank umfangreicher staatlicher Anreize und dem chinesischen EV-Hersteller BYD bereits ihre gesamte kommunale Busflotte ersetzt.

Fortschritte in der Leistungshalbleitertechnologie, wie Siliziumkarbid-MOSFETs, ermöglichen kostengünstigere und effizientere Batterieassemblies. Mit der weiteren Verbesserung der Batterietechnologie wird sich die Reichweite von BEB-Bussen erhöhen, und die Kosten dieser Fahrzeuge werden sinken, was eine breitere Akzeptanz ermöglichen wird.

Busse mit Ladung während der Fahrt (IMC)

Eine hybride Lösung für BEBs und Oberleitungsbusse sind IMC-Busse (In-Motion-Charging-Busse). Diese aufstrebende Technologie für Elektrobusse findet man vor allem in Mitteleuropa. In Städten mit zuvor installierten Oberleitungsleitungen können IMC-Busse unterwegs geladen werden und bei Bedarf von den Oberleitungsstrecken abweichen.

IMC-Busse haben eine höhere Gesamtreichweite, ein geringeres Leergewicht und nutzen ausgeklügelte Batteriemanagementsysteme, um in Verbindung mit direkter Stromversorgung zu arbeiten. IMC könnte auch eine Marktexpansion erleben, da sich Induktionsstraßenladetechnologien parallel zu einer stärkeren Infrastruktur für Verbraucherfahrzeuge entwickeln. Um mehr über Batteriemanagementsysteme und deren Beitrag zur effizienten Energienutzung zu erfahren, lesen Sie den Leitfaden von Arrow zu Batteriemanagementsystemen.

Schwerlast-Lkw im niedrigen bis mittleren Leistungsbereich

Schwerlast-Lkw steigen nach und nach auf Elektroantrieb um, insbesondere solche, die auf Kurzstrecken unterwegs sind. Obwohl diese Fahrzeuge deutlich andere Gewicht- und Leistungsanforderungen als Verbraucherfahrzeuge haben, ist ihre Nutzung vorteilhaft aufgrund der niedrigen Flottenwartungskosten und der verbesserten Fahrzeugleistung.

In Anwendungen mit niedriger Kilometerleistung und häufigem Stop-Start-Stop, wie bei Lieferfahrzeugen und Müllwagen, könnten Elektrofahrzeuge weitaus effizienter und kostengünstiger sein als ihre Konkurrenten mit Verbrennungsmotoren. Insbesondere aufgrund ihrer hohen und sofort verfügbaren Drehmomentfähigkeiten werden elektrische Schwerlastfahrzeuge wahrscheinlich bald eine weit verbreitete Akzeptanz finden.

Amazon hat sich kürzlich mit dem EV-Hersteller Rivian zusammengetan, um bis 2030 100.000 Lieferfahrzeuge zu entwickeln, die schrittweise ihre bestehende flottenbasierte Verbrennungstechnologie ersetzen sollen. Dies ist Teil ihrer Bemühungen, bis 2040 Netto-Null-Kohlenstoffemissionen zu erreichen. Diese neue Fahrzeugflotte wird mit modernster EV-Technologie, automobilen Sensoren und intelligenten Batteriemanagementsystemen ausgestattet sein, die Amazon dabei helfen werden, ihre Kunden effizienter zu bedienen und Kosten zu senken.

Herausforderungen beim Laden von Elektrofahrzeug-Flotten

Verkehrsmittel wie Flugzeuge, große Schiffe und Fernlastwagen werden aus den folgenden Gründen in absehbarer Zeit weniger wahrscheinlich auf EV-Technologie umsteigen:

Leistungsdichte

Derzeit haben Batterien ein zu hohes Leistungs-Gewichts-Verhältnis, wodurch ihre Nutzung für die Luftfahrt ineffizient oder unmöglich wird. Flugzeuge benötigen enorme Leistung bei möglichst geringem Gewicht, um maximale Effizienz zu erreichen. Selbst in der verbrennungsbasierten Luftfahrt gilt: Je schwerer das Flugzeug, desto teurer ist es, es zu fliegen.

Das Gewicht des Treibstoffs wird bei jedem Flug drastisch berücksichtigt, wobei Fluggesellschaften sich für minimalen Reservekraftstoff entscheiden, um die Effizienz zu maximieren. Ebenso benötigen große Schiffe enorme Mengen an Energie für ihren Transport. Auch wenn die Speicherung dieser Energie zunächst machbar erscheint, wiegen heutige Batterien noch zu viel, um Treibstoff zu ersetzen. Zum Beispiel kann ein standardmäßiges Containerschiff etwa 3 Millionen Gallonen Dieselkraftstoff transportieren. Eine einzige Gallone Dieselkraftstoff enthält 138.700 BTU oder 40,6 kWh, was der gleichen Energiespeicherkapazität von drei (3) Tesla Powerwall 3 entspricht. Drei Tesla Powerwall 3 haben ein Volumen von 23.666,4 Kubikzoll und wiegen 861 Pfund, während eine Gallone Diesel ein Volumen von 231 Kubikzoll hat und 7,1 Pfund wiegt.

Damit ein Containerschiff vollständig elektrisch betrieben werden kann und die gleichen Leistungsfähigkeiten besitzt, müsste es 102-mal so viel Speicherplatz und 121-mal das aktuelle Gewicht seiner Kraftstofflagerung unterstützen. Zum Vergleich: 9 Millionen Tesla Powerwall 3 (entspricht 3 Millionen Gallonen Diesel) haben das gleiche Volumen wie 30.211 Schiffscontainer. Das größte Containerschiff der Welt kann 24.000 Container transportieren und lagert über 5 Millionen Gallonen Kraftstoff für seinen Betrieb.

Herausforderungen der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeugflotten

Elektrofahrzeuge benötigen unterstützende Infrastruktur wie Ladestationen oder Lade-Ports. Der Ausbau dieser Ladeinfrastruktur kann in städtischen Gebieten kostspielig, in ländlichen Gebieten kostensparend und in maritimen Umgebungen sogar technologisch nicht möglich sein.

Von Flugzeugen, Schiffen und Langstrecken-Lkws ist es am wahrscheinlichsten, dass Langstrecken-Lkws in naher Zukunft über eine unterstützende Infrastruktur verfügen, da die große Mehrheit der städtischen Umgebungen bereits mit der Elektrifizierung der Infrastruktur begonnen hat, um Verbraucherfahrzeuge zu unterstützen. Die größere Herausforderung für Langstrecken-Lkws besteht in der Elektrifizierung ländlicher Gebiete, die möglicherweise nur bestimmte Handelsrouten einschränkt, die Entfernungen außerhalb der Reichweite von Langstrecken-Elektrofahrzeugen umfassen.

In ländlichen Gebieten kann die elektrische Infrastruktur begrenzt oder gar nicht vorhanden sein, geschweige denn eine robuste Infrastruktur, die ausreicht, um Flotten von Langstreckenfahrzeugen kontinuierlich aufzuladen. Damit Langstrecken-Lkw angenommen werden können, müssen wahrscheinlich spezielle Energieerzeugungs- und Transportmöglichkeiten an strategischen Ladepunkten entwickelt werden, ähnlich wie Rastplätze und Tankstellen in ländlichen Gebieten für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor bereitgestellt werden.

Kostenüberlegungen für kommerzielle Elektrofahrzeuge

Während einige Branchen möglicherweise bald technisch in der Lage sein könnten, Elektrifizierung umzusetzen, könnten die Kosten unerschwinglich sein. Die Umstellung einer Fahrzeugflotte von Verbrennungsmotoren auf Elektrofahrzeuge könnte für jedes Unternehmen zu teuer sein.

Für Branchen mit begrenzten Gewinnmargen werden die anfänglichen Fahrzeug- und Infrastrukturkosten wahrscheinlich die breite Einführung behindern, selbst wenn die Betriebskosten langfristig niedriger sind. Regulierungs- und politische Anreize könnten Investitionskosten ausgleichen, um die breite Einführung zu beschleunigen, ähnlich wie staatliche Steuergutschriften die Einführung von Verbrauchsfahrzeugen in Ländern fördern, die daran interessiert sind.

Ein Anstieg bei kommerziellen Elektrofahrzeugen

Obwohl einige Sektoren wie große Schiffe, die Luftfahrt und Langstrecken-LKWs möglicherweise langsamer bei der Elektrifizierung sind, ermöglichen jüngste Verbesserungen in der EV-Technologie eine Revolution im kommerziellen Transportwesen. BEB- und IMC-Busse gewinnen international an Zulauf aufgrund ihrer niedrigeren Betriebskosten, reduzierten Emissionen und überlegenen Leistung. Schwerlast-LKWs werden voraussichtlich eine Renaissance der Elektrifizierung erleben, wie am Beispiel von Amazons Plan, im nächsten Jahrzehnt 100.000 verbrennungsmotorbasierte Lieferfahrzeuge durch E-Fahrzeuge zu ersetzen, deutlich wird.

Herausforderungen wie Leistungsdichte, Infrastrukturbeschränkungen und hohe Anfangskosten werden einige Sektoren bei der Elektrifizierung verlangsamen. Dennoch wird die fortgesetzte Einführung von Elektrofahrzeugen in fast jeder Branche und in jedem Sektor in den kommenden Jahren zu beobachten sein, da Batteriemonitoringsysteme, Leistungsmanagement und EV-Technologie weiterhin Fortschritte machen.