Was ist eine elektrische Strasse?
Ein elektrisches Strassen-, eRoad-, eHighway- oder Electric Road System (ERS) ist ein System, das eine Energieübertragung zwischen einem Fahrzeug und der befahrenen Strasse ermöglicht. Elektrostrassen werden je nach Ladevorgang in drei Kategorien eingeteilt:
- Überlandleitung: Bei dieser Ladeart wird der Strom über einen Stromabnehmer (Pantograf) kontinuierlich von der Oberleitung zum Fahrzeug übertragen. Das konduktive Laden per Überlandleitung eignet sich am besten für Lkw und Busse, die hoch genug sind, um die Stromleitungen zu erreichen. Es funktioniert auch besser in Verbindung mit Fahrzeugen, die auf einem fixierten Pfad fahren, sodass einen konstante Verbindung mit der Stromleitung bestehen bleibt.
- Stromübertragung durch leitfähige Strassen: Dies ist ähnlich wie bei der Oberleitungstechnologie, ausser dass die Stromzufuhr zum Fahrzeug anstatt per Pantograf über Schienen erfolgt, die in die oder auf der Strassenoberfläche eingelassen sind. Die Technologie umfasst einen integrierten mechanischen Arm, der mit der Stromversorgung verbunden ist.
- Induktive Stromübertragung durch die Strasse: Hierbei findet die Stromübertragung drahtlos zwischen in die Fahrbahn eingebetteten Spulen und Spulen im Fahrzeug statt. Der Strom aus dem Netz wird in Wechselstrom mit hoher Frequenz umgewandelt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das dann von den Spulen unter dem Fahrzeug aufgenommen wird, um Spannung zu erzeugen.
Wenn ein entsprechender Pkw oder Lkw auf einer mit dieser Technologien ausgestatteten Strasse fährt, fliesst die Energie direkt in das Antriebssystem oder wird zum Laden der Bordbatterien genutzt. Sobald das Fahrzeug jedoch auf einer herkömmlichen Strasse fährt, wird der Antrieb auf einen Elektro- oder Hybridmotor bzw. einen Verbrennungsmotor umgeschaltet.
Elektrische Strassen kommen heutzutage eher selten zum Einsatz, obwohl es einige Pilotprojekte in Zusammenarbeit mit Automobilherstellern, Forschungsinstituten, Regierungen und Energieunternehmen gibt. Ein solches Projekt wird z. B. in Lund, Schweden betrieben. Die Regierung in Italien plant dahingegen sogar die Installation eines 6 Kilometer langen eHighway im Norden des Landes. In Kalifornien findet ein Demonstrationsprojekt in der Nähe der Häfen von Los Angeles und Long Beach statt.
Elektrische Strassen: Abwägen der Vor- und Nachteile
Elektrische Strassen sind insofern von Vorteil, als sie eine sauberere Alternative zum Verbrennungsmotor darstellen – insbesondere wenn die Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind oder Sonne stammt. Auch beim konduktiven Laden sind Elektrostrassen recht effizient. Das Unternehmen Elways AB berichtete beispielsweise über einen Wirkungsgrad von 85–95 % für eine segmentierte leitfähige Lösung für Pkw und Lkw, die jetzt im Rahmen des eRoadArlanda-Projekts getestet wird.
Aber damit enden auch die Vorteile elektrischer Strassensysteme. Auch wenn fast alle Alternativen zum Diesel weit vom Mainstream entfernt sind, sind viele wesentlich weiter entwickelt als ERS. Es gibt aktuell nicht viele Daten aus einer Alltagsnutzung, die die Zuverlässigkeit belegen könnten, und mit Ausnahme des Stromabnehmers (der 100 Jahre alt ist) sind alle anderen Ladearten neuartige, wenig ausgereifte Technologien.
Zudem sind eHighways teuer. Die Installation der Ladeinfrastruktur würde erhebliche Investitionen in den Strassenausbau, die Installation von Stromleitungen und auch deren Instandhaltung voraussetzen. Weiterhin bergen sie auch das Potenzial, den bestehenden Verkehrsfluss langfristig zu stören, wenn die Infrastruktur ausgebaut wird. Eine Studie schätzt, dass die Installation eines dynamischen induktiven Systems 3 Wochen pro 100 Meter dauert, während die Erweiterung zum leitfähigen Oberleitungssystem pro 10 Kilometer 1 Monat dauern würde. Störungen könnten minimiert werden, wenn der Bau des ERS mit geplanten Wartungsarbeiten zusammenfällt, aber dies würde die Geschwindigkeit der Bereitstellung der Technologie beeinträchtigen.
Die Komplexität von ERS verlangt ausserdem, dass viele Akteure wie Regierungen, Gemeinden, Energieversorger und Frachtunternehmen zusammenarbeiten. Es würde auch eine gewisse grenzüberschreitende Zusammenarbeit an Standorten wie den Ländern der EU erfordern, wo Lkw, die die Regionen durchqueren, mit derselben Technologie angepasst werden müssten, um die Strasse zu nutzen. Standards zum Aufladen aller Fahrzeugtypen für elektrische Strassen sind in der Entwicklung.
Könnten Elektroautos die Rettung sein?
Eines der Hauptargumente für elektrische Strassen ist die Rolle, die sie bei der Verringerung der Reichweitenbedenken spielen könnten, die in Bezug auf den Elektro-Lkw-Verkehr vorhanden sind. Die Überlegung geht dahin, dass Elektroautos in Verbindung mit elektrischen Strassen längere Strecken zurücklegen und kleinere Batterien verwenden könnten, um Strom direkt an den Antrieb des Fahrzeugs zu übertragen oder die Bordbatterie aufzuladen. Das klingt nach einer praktischen Lösung, die bei näherer Betrachtung jedoch Nachteile aufweist.
Die erste Herausforderung ist die Interoperabilität, das heisst, dass ein elektrisches Strassensystem in der Lage sein muss, jede Art von Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Für die Energieübertragung vom Stromnetz zum ERS an unterschiedliche Fahrzeuge existieren aktuell weder Standards noch eine Systemarchitektur. Die zweite Herausforderung ergibt sich aus der Verbesserung der Reichweite von Elektro-Lkw-Batterien, die das ERS-Laden schnell überflüssig machen könnten. Bedenken Sie, dass ein voll aufgeladener Elektro-Lkw heute 300 Kilometer zurücklegen kann, wodurch etwa 40 % aller Transportwege in der EU abgedeckt sind. Es wird erwartet, dass diese Reichweite in naher Zukunft durch Verbesserungen bei Lithium-Ionen-Batterien, die Erforschung neuer Zellmaterialien, bessere Batteriemanagementsysteme und Kühltechnologien verbessert wird. Es werden zudem grosse Hoffnungen in Feststoffbatterien gesetzt, die die Reichweite mit einer einzigen Batterieladung auf 1600 Kilometer erhöhen könnten.
Die dritte Herausforderung stellen statische oder Plug-In-Ladesysteme dar, die das einzige System mit etablierten globalen Standards und bewährter Technologie sind. Die Zahl der Plug-In-Ladestationen nimmt schnell zu. Im Jahr 2019 gab es mehr als 170.000 Ladestationen in Europa und über 68.000 in den USA. Obwohl der grösste Teil dieser Infrastruktur für Autos bestimmt ist, sollte man beachten, dass den Stromausgabegeräten die CSS-Technologie (Combined Charging System, kombiniertes Ladesystem) zugrunde liegt, die sowohl für Pkw als auch für Lkw verwendet werden kann. Ein Konsortium von Lkw-Herstellern arbeitet bereits zusammen, um die CSS-Ladekapazität auf ein bis drei Megawatt zu erhöhen, damit die bestehende Infrastruktur Nutzfahrzeuge unterstützen kann. Regierungen auf der ganzen Welt planen ausserdem den Netzausbau und die Standardisierung der CSS-Ladetechnologie. In Bezug auf ERS gibt es keine so klaren Richtlinien der Regierungen.
Last but not least scheint die Nutzung von Strassen zum Aufladen von Elektrofahrzeugen auch angesichts des Aufkommens von Alternativen wie Wasserstoff-Brennstoffzellen eher unwahrscheinlich. Besonders im anspruchsvollen Fernverkehr hat Wasserstoff viel Aufsehen erregt, wo die Technologie zur Reichweitenvergrösserung für Elektro-Lkw genutzt werden kann. Wasserstoff hat eine Reihe von Vorteilen wie einen kurzen und einfachen Betankungsvorgang und eine hohe Energiedichte. Mit nur 80 kg Wasserstoff kann ein Lkw bis zu 800 Kilometer weit fahren! Dies würde für die meisten Langstreckeneinsätze ausreichen und bei entsprechender Infrastruktur zur Wasserstoffbetankung müsste der Lkw während der Fahrt nicht aufgeladen werden.
Einige potenzielle Anwendungsfälle
Bedeutet all dies, dass elektrische Strassen in der Zukunft des Verkehrs keinen Platz mehr haben? Nicht ganz. Für bestimmte Strecken oder geschlossene Systeme in bestimmten Bereichen, in denen die Elektrifizierung von Strassen und der Einsatz von Lkw eine gute Alternative wären, könnte ERS ein gutes Argument sein. Sie könnten auch eine geeignete Lösung für autonome Lkw darstellen, die Transporte zwischen Verteilerzentren ausführen.
Alternative Kraftstoffe unter die Lupe genommen
Angesichts all der Herausforderungen in Verbindung mit ERS sollte sich die Branche meiner Meinung nach auf real umsetzbarere Optionen wie Elektromobilität, Wasserstoff, Bio-LNG und einige Biokraftstoffe wie HVO konzentrieren, um den Kohlenstoff-Fussabdruck des Verkehrs zu verringern. Um Transportunternehmern einen besseren Überblick über alternative Kraftstoffe und deren Nutzbarkeit zu geben, habe ich einen Leitfaden zusammengestellt, der die Vor- und Nachteile der einzelnen Kraftstoffquellen beleuchtet. Der Ratgeber enthält auch eine Checkliste mit allen Punkten, die Transportunternehmer bedenken sollten, bevor sie in einen Lkw mit alternativem Antrieb investieren.
