Neuer Blick auf Nutzfahrzeuge

Effizienz, Emissionsreduzierung und Elektromobilität im Fokus

Die Elektromobilität steht in den Startlöchern, der Dieselantrieb bleibt gleichwohl über Jahre hinaus ohne Alternative – diese Situation prägt den Markt der schweren Nutzfahrzeuge. Rheinmetall Automotive geht den Trend zur E-Mobilität mit, bringt aber zugleich seine leistungsfähigen Lösungen ein, um Verbrennungsmotoren zu mehr Effizienz zu verhelfen.

Die ganze Welt des Transports ist in Bewegung: Durch die noch immer fortschreitende Globalisierung wächst der weltweite Güterstrom immer weiter an. Laut Prognosen verdreifacht sich bis 2050 das weltweite Frachtvolumen. Im Schnitt werden ungefähr 85 Prozent dieses Aufkommens auf den Schiffsverkehr entfallen, zehn Prozent auf große Lkw. Weil der Weltmarkt schon vergleichsweise gesättigt ist, entwickelt sich die Nachfrage nach Lkw in den kommenden Jahren stabil.

Es ergeben sich gewisse Verschiebungen, weil die Nachfrage in China sinkt, aber in Osteuropa und Nordamerika stärker wird. Auch auf deutschen Straßen wird das Transportaufkommen in den kommenden Jahren weiter steigen. Während beispielsweise im Jahr 2016 in Deutschland 3.480 Millionen Tonnen Güter bewegt wurden, werden nach Prognosen im Jahr 2021 schon 3.706 Millionen Tonnen auf der Straße sein. Doch auch diese moderate Steigerung des Transportaufkommens hat starke Auswirkungen, erläutert Heinrich Dismon, Chief Technology Officer der Rheinmetall Automotive AG: „Das moderat steigende Transportvolumen muss auf Straßen bewegt werden, die wir schon heute als überfüllt erleben.“

Diesel dominiert Dekaden

Die buchstäbliche Hauptlast der Gütertransporte auf der Straße werden auch in Zukunft schwere Dieselmotoren erbringen. „Der Dieselmotor bleibt auf absehbare Zeit – ich spreche von ungefähr zwei Dekaden – der dominierende Antrieb bei Nutzfahrzeugen und insbesondere bei Langstrecken-Lkw“, sagt Dismon. Jedoch sind sich die Fachleute einig, dass es weitere innovative technische Lösungen braucht, um Verbrennungsmotoren effizienter und schadstoffärmer zu machen, denn weltweit stehen strengere Emissionsregeln auf der Agenda.

Ballungsräumen drohen Fahrverbote für konventionelle Dieselmotoren. Im Großraum London ist beispielsweise eine Low Emission Zone eingerichtet, in der nur umweltfreundliche schwere Dieselfahrzeuge fahren dürfen. Von April 2019 an werden die Emissionsregeln für die dann neue Ultra Low Emission Zone weiter angezogen. Trotz der regulatorischen Dynamik ist Dismon überzeugt: „Prognosen, nach denen bis 2040 bei schweren Lkw eine Abkehr vom Dieselmotor und hin zum Ottomotor mit Gas als Treibstoff stattfindet, sind aktuell als spekulativ zu betrachten. Wir setzen zunächst auf die weitere Optimierung dieselmotorischer Antriebe von Nkw.“

E-Antriebe für innerstädtische Spezialaufgaben

Unter diesen Vorzeichen könnte die Entwicklung hin zu einem umfassenderen Einsatz von Elektroantrieben eine Lösung sein; sie steht aber noch am Anfang. Dabei liegen die Vorteile der lastentragenden E-Mobile auf der Hand: Elektrische Lkw stoßen keine Abgase aus und eignen sich auch für den Indoor-Einsatz – beispielsweise in großen Lagerhallen oder Terminals. Zudem können sie in Umweltzonen einfahren, ohne Fahrverbote fürchten zu müssen. Ein weiterer Vorteil ist ihr niedriger Geräuschpegel. Dadurch könnten Lieferdienste und Spediteure ihre Lkw auch bei Nacht in Innenstädte schicken und auf diese Weise dem Stau am Tag entgehen.

Der stark beachtete Streetscooter von DHL ist eines der wenigen Beispiele, die dem Prototypenstatus entwachsen sind. Im April 2018 waren bereits 5.500 Post-Streetscooter auf den Straßen unterwegs. Inzwischen sind drei Modelle verfügbar – neben dem Basismodell gibt es vom Post-Stromer die Varianten L und XL mit größerem Ladevolumen, stärkerer Batterie und entsprechend größerer Reichweite. Andere Hersteller stehen mit ihren Fahrzeugen kurz vor der Marktreife – oder haben diese bei Spezialanwendungen schon erreicht. Volvo Trucks hat beispielsweise im Frühjahr 2018 zwei vollelektrische Lkw-Modelle vorgestellt, die mit 16 und 27 Tonnen Gesamtgewicht für Lieferverkehr, Abfallwirtschaft und andere schwere Transportaufgaben in städtischen Ballungsgebieten vorgesehen sind. Bereits seit Mitte 2017 produziert die japanische Daimler-Tochter Fuso in Kleinserie den Elektrolaster eCanter mit einer Reichweite von 100 Kilometern.

Aber auch der öffentliche Personennahverkehr rückt in den Fokus der Elektromobilität. So entwickelt der niederländische Bushersteller VDL Bus & Coach einen vollelektrischen Kleinbus. Der acht Meter lange Minibus ist für die emissionsfreie und leise Personenbeförderung in Innenstädten, aber auch in dünn besiedelten Gebieten bestimmt. Seine Temperatursteuerung erfolgt energiesparend durch ein Thermomodul von Rheinmetall Automotive.

Neue Förderrichtlinie

Eine gewisse Dynamik könnte das noch unbedeutende Geschäft mit schwereren Elektro-Lkw in Deutschland zudem durch eine jüngst veröffentlichte Förderrichtlinie des Bundesverkehrsministeriums erhalten: Demnach fördert der Bund den Kauf batteriebetriebener Serienlastwagen ab einem Gesamtgewicht von zwölf Tonnen mit 40.000 Euro.

Auch der nordamerikanische Markt ist bei elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugen in Bewegung geraten. Wie in Europa ändert sich das regulatorische Umfeld mit dem Ziel von verminderten Emissionen. Insbesondere der Bundesstaat Kalifornien geht hier voran. In dieser Situation hat Cummins – einer der weltweit größten Lkw-Motoren-Entwickler und ein Gigant im Bereich der schweren Dieselmotoren – 2017 den Prototyp eines Elektro-Trucks mit bis zu 100 Meilen Reichweite vorgestellt. Andere nordamerikanische Hersteller erproben ebenfalls elektrische Antriebe.

Emissionen, Effizienz und Elektrifizierung

„Bei Rheinmetall Automotive stellen wir uns dem Trend zur Elektrifizierung nicht entgegen, sondern gehen ihn mit. Wir werden jedoch den Leistungsbereich von Pkw auf längere Zeit nicht überschreiten; das ist unser Zielmarkt mit Motorleistungen von 90 bis 120 kW“, sagt Dismon. Nach heutigem Stand sei der breite Einsatz von vollelektrischen Nutzfahrzeugen außerhalb von regulativ vorgeschriebenen Bereichen (sogenannten Zero-Emissions-Zonen), insbesondere unter dem Aspekt der Total Cost of Ownership, noch Zukunftsmusik.„Neben der Elektrifizierung betrachten wir die Emissionsverringerung und die Steigerung der Effizienz als die wesentlichen Trends im Nutzfahrzeugsektor“, erklärt der Entwicklungschef. In Sachen Effizienzsteigerung gibt ein jüngst veröffentlichtes Whitepaper der EU die Richtung vor. Demnach folgen den immer schärferen Emissionsvorschriften wohl bald auch Regeln für eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs. Das Papier sieht eine Senkung um 15 Prozent von 2018 bis 2025 vor. In absoluten Zahlen ist das eine Reduzierung von heute durchschnittlich 32,6 auf ungefähr 28 Liter Diesel pro 100 Kilometer. „Diese 4,5 Liter einzusparen, ist technisch eine ziemliche Herausforderung“, so Dismon.

Am Triebwerk ansetzen

Obwohl die vorgesehenen Reduzierungsvorgaben natürlich das Gesamtfahrzeug betreffen, ist eine umfassende Triebwerksoptimierung nach wie vor von höchster Relevanz. Der im Whitepaper genannte anzustrebende Motorwirkungsgrad von 46 Prozent stellt eine anspruchsvolle Aufgabe dar, für die jedoch vielfache Lösungskompetenz bei Rheinmetall Automotive vorhanden ist. Neben Optimierungen durch die bekannten Technologien im Bereich Tribologie könnte auch im Bereich Ladungswechsel eine Verbesserung erzielt werden, wie Dismon betont: „Unsere vollvariable Ventilsteuerung FlexValve ist geeignet, um neben der Optimierung des Leistungs- und Betriebsverhaltens auch den Kraftstoffverbrauch spürbar zu senken. Bislang wurden derartige Maßnahmen aufgrund des Kosten-Nutzen-Verhältnisses noch nicht in Betracht gezogen, was sich aber vor dem Hintergrund der geplanten Regularien verändern könnte.“ In Zukunft wird es angesichts der neuen Herausforderungen darum gehen, verfügbare Technologien in noch besser angepasster, verfeinerter Bauart auf den Markt zu bringen, denn grundsätzlich stellt die Transportmobilität einen großen Markt dar. Und der Verbrennungsmotor ist bei Weitem nicht tot. Vielmehr werden die kommenden Effizienzvorgaben seine Verbesserung antreiben. Auch dafür hat Rheinmetall Automotive die richtigen Lösungen. 

Höhere Effizienz rechnet sich

Die Abbildung zeigt geschätzte Kraftstoffverbrauchsreduktionen für Sattelzugmaschinen und die damit verbundenen Amortisationszeiten von evaluierten Technologiepaketen im Jahr 2030. Mit immer fortschrittlicheren Technologien verbessert sich die Effizienz und der Kraftstoffverbrauch sinkt. Das 15-Prozent-Reduktionsziel des EU-Whitepapers entspricht heute im Durchschnitt einer Kraftstoffeinsparung von vier Litern pro 100 Kilometer. Ein erheblicher Anteil dieser Reduktion lässt sich durch innermotorische Verbesserungen mit vergleichsweise geringem Aufwand erreichen. Die Amortisationszeiten für die moderaten Technologiepakete mit einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs um bis zu 27 Prozent liegen in der Regel bei einem Jahr oder weniger. Dagegen ist bei den fortschrittlicheren Technologiepaketen meist ein großer Aufwand mit einem relativ kleineren Nutzen verknüpft. Die Amortisationszeiten liegen mit durchschnittlichen wirtschaftlichen Annahmen bei 1,4 bis 1,9 Jahren.