Auf der Autobahn mit Strom fahren, auf der Landstraße mit einem Hybridantrieb: Diese Strategie für Lastkraftwagen verfolgt Siemens mit seinem flexiblen Oberleitungssystem, das auf der Eisenbahnelektrifizierung basiert. Durch die Kombination der besten Technologien und Antriebssysteme könnte künftig ein emissionsfreier Gütertransport erreicht werden. Unverzichtbarer Partner dafür ist die Eisenbahn: So forscht etwa das steirisch-burgenländische Open Rail Lab an neuen Lösungen für die Schiene. Aber auch der Güterverkehr in der City sucht nach klimafreundlichen Optionen.

Wenn sich über dem Fahrzeug eine Oberleitung befindet, erkennen dies Sensoren im Dach des Fahrzeugs. Eingebaute Stromabnehmer werden dann ausgefahren und leiten den Strom zum Elektromotor und den Akkus des Lkw. Endet die Strecke, springt entweder der Akku oder der Hybridantrieb ein. Dieser kann aus einem herkömmlichen Verbrennungsmotor, einer Brennstoffzelle oder anderen Lösungen bestehen.

Erst vor wenigen Tagen erfolgte der Startschuss für den Bau einer zweiten öffentlichen Versuchsstrecke in Deutschland. Nach dem zehn Kilometer langen Stück in Hessen sollen ab 2019 auch in Schleswig-Holstein auf einer acht Kilometer langen Strecke Hybrid-Lkw (mit Elektro- und Dieselmotor) unterwegs sein. Eine private Versuchsanlage besteht seit 2010 nordöstlich von Berlin. Zudem eröffnete Siemens eine 1,6 km lange Teststrecke für Oberleitungs-Lkw im vergangenen November bei den US-Häfen Los Angeles und Long Beach. Dort fahren drei mit unterschiedlichen Hybridsystemen ausgestattete und umgebaute Lastwagen: ein Diesel-Oberleitungshybrid, ein CNG-Oberleitungshybrid (Erdgas) und ein Batterie-Oberleitungshybrid.

Schweden möchte Vorreiterrolle einnehmen

Auf längere Erfahrung kann Siemens mit dem Oberleitungs-Pionierprojekt in Schweden bei Gävle, rund 100 Kilometer nördlich von Stockholm, verweisen, das Mitte 2016 - wenn auch nur auf einer Länge von zwei Kilometern - damals zum ersten Mal auf einer öffentlichen Straße aufgebaut wurde. "Dort kooperieren wir mit der Spedition Ernst Express, die ihre reguläre Fracht mit den Oberleitungs-Lkw befördert", erzählte Hasso Georg Grünjes, Head of eHighway bei Siemens, im Gespräch mit APA-Science. Der späte Wintereinbruch mit Unmengen von Schnee und Eis sei vom Kunden - der Region Gävleborg - bereits herbeigesehnt worden, um die bisher gut funktionierende Infrastruktur auch unter diesen Wetterverhältnissen testen zu können. Grünjes: "Es gibt natürlich kleinere Probleme und wir lernen aus unseren Projekten. Aber man muss schon sagen, das System basiert auf einer sehr reifen Technologie, der Eisenbahnelektrifizierung. Das funktioniert einfach solide."

Schweden nehme den Klimawandel sehr ernst und denke über einen Ausbau der Strecke bzw. eine kommerzielle Anwendung des Systems intensiv nach. "Auch unsere Kooperationspartner Scania und Volvo haben großes Interesse daran, diese Technologie von Schweden aus zu verbreiten", machte Grünjes deutlich.

Speditionen sehen dringenden Handlungsbedarf

Das Interesse von Speditionen, bei den Teststrecken zu kooperieren, ist dem Experten zufolge groß. "In Schleswig-Holstein arbeiten wir mit der Spedition Bode zusammen, die regelmäßig zwischen dem Hafen Lübeck und ihrem Logistikzentrum in Reinfeld auf einer hochfrequentierten Strecke unterwegs ist." Vom Hafen wird die Fracht weiterverladen in Richtung Skandinavien. Dementsprechend werden echte Fahrer in einem komplett operativen Betrieb mit wirklichen Gütern unterwegs sein. In Hessen seien mehrere Speditionen beteiligt.

Der wirtschaftliche Druck auf Speditionen sei hoch, neue Lösungen würden stark nachgefragt - auch der BGL, ein Zusammenschluss von deutschen Speditionen, begrüße das Thema ausdrücklich, heißt es.

Zum einen werde den Speditionen zunehmend bewusst, dass sie auch einen Teil zum Umweltschutz leisten müssen. Zum anderen seien auch sie auf der Suche nach alternativen Antriebskonzepten. Angesichts der begrenzten Optionen "sind sie dankbar, wenn sich hier eine Möglichkeit auftut", meint Grünjes. Auch die beträchtliche Differenz zwischen Kraftstoff- und Strompreisen sei ein Faktum. Schließlich käme noch der höhere Wirkungsgrad eines elektrischen Antriebs ins Spiel, mit welchem sich die Betriebskosten eines Lkw deutlich reduzieren ließen.

Nicht jedes Autobahn-Teilstück müsste mit Oberleitungen ausgestattet werden. "Auch bei der Eisenbahn spricht man von elektrifizierungswürdigen Strecken", erklärte der Fachmann. In Schweden wäre ein Ausbau der mit sehr hohem Verkehrsaufkommen belasteten Strecken Stockholm-Jönköping, Jönköping-Göteborg oder Jönköping-Malmö denkbar.

In Deutschland hat der Industrieverband (BDI) eine Studie herausgegeben, wonach die Elektrifizierung von 4.000 bis 8.000 Kilometern für die Industrie am günstigsten wäre, um ihren Beitrag zur Erreichung der Klimaziele durch die Einsparung von CO2 im Verkehrssektor zu leisten. Zielführend wäre ein Ausbau in 500-Kilometer-Schritten pro Jahr. Aber das ist in weiter Ferne. "Noch sind alles Feldversuche - jetzt müssen wir erst mal sehen, wie sie laufen und die Auswertungen abwarten", betonte Grünjes.

Nutzbar für Pkw-Ladestationen

Für Pkw lassen sich die Oberleitungen aufgrund der unterschiedlichen Höhe nicht nutzen. Die vorhandene Infrastruktur könne trotzdem verwendet werden. "Für das System wird Strom entlang der Autobahn geführt und über sogenannte Unterwerke eingespeist. Die Unterwerke könnten zum Beispiel an Raststationen aufgebaut und auch zum Laden von Pkw verwendet werden", schlägt er vor. Auch hält er es angesichts einer Reihe von Batterielösungen für Pkw für unwahrscheinlich, dass das kontinuierliche Laden von Personenfahrzeugen beim Fahren notwendig ist.

Mit dem induktiven Laden, also dem Laden während des Fahrens über die Fahrbahn, hat sich England intensiv auseinandergesetzt. Ein Projekt sollte 2015 starten, aus Kostengründen kam es jedoch nicht dazu. "Man muss die gesamte Fahrbahn aufreißen und eine entsprechende Infrastruktur hineinbauen. Auch die Rückspeisung von Bremsenergie stellt eine Herausforderung dar", erklärte Grünjes. Oberleitungen wären zwar eine optische Beeinträchtigung, aber sie würden keine Eingreifen in die Fahrbahn erfordern.

Offen für viele Technologien

Auf das Oberleitungssystem zu setzen, sei mit Sicherheit kein Fehler, zeigte sich Grünjes überzeugt. "Es ist kompatibel hinsichtlich unterschiedlichster Antriebssysteme. Es kann etwa durch serielle oder parallele Hybridkonzepte, Fahrzeuge mit Brennstoffzellen, Gas- oder rein elektrischem Motor genutzt werden", verwies er auf die Flexibilität des Systems. Sowohl Autonomes Fahren - dabei könnte die Oberleitung als Referenzpunkt genutzt werden - als auch Platooning - hier fahren mehrere Fahrzeuge mithilfe eines technischen Steuerungssystems knapp und energiesparend hintereinander - könne mit der Oberleitung erfolgen.

Lkw-Platoons in der Praxisanwendung werden etwa in einem Forschungsprojekt von DB Schenker und MAN Truck & Bus in München getestet, wissenschaftlich begleitet von der Hochschule Fresenius, wie diese in einer Aussendung mitteilt. Während der vordere Lkw noch selbst lenkt, fährt das Folgefahrzeug - zwar vorerst noch mit einem Fahrer, der seine Hände am Lenkrad hat - automatisch. "Die Schwerpunkte der Studie liegen auf der neurophysiologischen und psychosozialen Ebene", wird Christian T. Haas, Leiter des Instituts für komplexe Gesundheitsforschung an der Hochschule Fresenius, zitiert.

Vollkommen autonome Lastkraftwagen müssen nicht mehr auf Lenk- und Ruhezeiten der (ohnehin zunehmend Mangelware werdenden) Fahrer Rücksicht nehmen. Und auch Ladestillstandszeiten ließen sich vermeiden, indem ein Fahrzeug, das etwa zwischen Hamburg und Lübeck pendle, seine Batterie an der Oberleitung auflade und den Verteilungsverkehr aus der Batterie heraus fahre. "Gerade vor dem Hintergrund des geringen Verschleißes bei elektrischen Antrieben wäre das ein denkbares Szenario", betonte Grünjes.

Keine Technologiepfade verbauen

Aber letztendlich seien es komplexe globale Herausforderungen, vor denen man stünde. "Und die werden wir nur meistern, wenn wir grenzüberschreitende Lösungen finden." Hohes Interesse am Oberleitungssystem, obwohl man noch mitten in Forschung und Entwicklung stecke, komme bereits aus allen Himmelsrichtungen: "Aus Italien, Frankreich, den Niederlanden, Österreich, aber auch aus Indien, China, Kanada und sogar Tasmanien", freute sich Grünjes. Sich zum jetzigen Zeitpunkt für eine Technologie zu entscheiden, wäre mutig von der Politik, meinte er: "Wichtig ist, sich weitere Technologiepfade nicht zu verbauen. Und genau das ermöglicht unser eHighway-System."

Als Konkurrenz zur Eisenbahn wollte der Experte die Oberleitungs-Lkw keineswegs verstanden wissen, im Gegenteil. "Es geht um die Kombination der besten Lösungen, und die Eisenbahn als eine der Lösungen gehört hier ebenso dazu", stellte er fest. In Deutschland erfolgen rund 70 Prozent des Güterverkehrs in Tonnenkilometern (Aufkommen gemessen an Entfernung) auf der Straße. "Eine gänzliche Verlagerung des Straßenverkehrs auf die Schiene wird nicht möglich sein - aber sie muss weiter vorangetrieben werden", so seine Überzeugung.

Automatisierter Schienenverkehr im Burgenland

Die Wettbewerbsfähigkeit des Schienenverkehrs aufrechterhalten und den modalen Split, der in Österreich einen europaweit sehr guten Schnitt erzielt - rund 40 Prozent der Güter werden auf der Bahn transportiert - tatkräftig unterstützen - das soll mit dem Open Rail Lab, einer bei der SCHIG (Schieneninfrastruktur-Dienstleistungsgesellschaft) angesiedelten Forschungsinfrastruktur, erreicht werden. Wie Projektleiter Christan Horvath von der SCHIG gegenüber APA-Science erläuterte, wird ein Testlabor für selbstfahrende Züge auf der 25 Kilometer langen Strecke zwischen Friedberg in der Steiermark und Oberwart im Burgenland entstehen. Der Fokus liege auf allen technologischen Innovationen im Bereich Bahn, vor allem in Hinblick auf den Erhalt der teuren und wenig befahrenen Nebenbahnen.

Im Open Rail Lab, dessen Inbetriebnahme für Juni 2018 angesetzt ist, kann die gesamte Entwicklung der Technik für selbstfahrende Züge durchlaufen werden - von ersten Simulationen am Computer bis zu Testfahrten im normalen Bahnbetrieb. Neben dem Aspekt der Sicherheit ("Safety and Security") - etwa Loks, die Eisenbahnkreuzungen oder Hindernisse auf den Schienen automatisch erkennen - sind auch alternative Antriebe wie Wasserstoff oder Strom Forschungsgegenstand. So werde die mögliche Elektrifizierung von (Teil-)Nebenbahnen untersucht, erklärte Horvath. Beispielsweise könnte sich eine Lok am Bahnhof über einen Bügel mit der Stromleitung verbinden, die Batterie aufladen und die anschließende Fahrt dann klimaneutral zurücklegen.

Die Teststrecke, die acht Haltestellen, zwölf Eisenbahnkreuzungen und einen 524 Meter langen Tunnel umfasst, bietet eine europaweit einzigartige Herausforderung: sie ist "offen", das heißt, frei zugänglich und es könnte sich jederzeit ein ungeplantes Hindernis aufbauen. Das Open Rail Lab ist dem Projektleiter zufolge vorerst für zehn Jahre angesetzt, dann folgt eine Evaluierung. Dass die Eisenbahn einen politischen Willen brauche und ohne Subventionierung nicht auskomme, stehe außer Frage. "Ziel ist aber, dass die Mittel effizienter eingesetzt werden und die Kosten zumindest nicht steigen", gab sich Horvath realistisch.

Neben Industriepartnern wie A1 Telekom, Bombardier oder Kapsch Carrier sind zahlreiche Teilnehmer aus Wissenschaft und Forschung mit an Bord, wie die Technischen Universitäten Graz und Wien, das Joanneum Research, die FH St. Pölten, die FH Technikum Wien oder das Virtual Vehicle Kompetenzzentrum.

Klimaneutraler Gütertransport in den Städten

Konkrete Lösungen für umweltfreundlichen urbanen Güterverkehr erwartet man sich von einem im März gestarteten Forschungsprojekt, das von der Universität für Bodenkultur (BOKU) geleitet und vom Klima- und Energiefonds gefördert wird. Bis 2021 sollen im Rahmen von "MegaWATT-LOGISTICS" in Wien, Salzburg und Graz Lösungen für einen emissionsneutralen Gütertransport mit elektrischen Lkw (18-Tonnen- und 26-Tonnen-Elektrofahrzeugen) in den Städten erarbeitet werden. Dazu gehören unter anderem eine funktionierende Ladeinfrastruktur und der Aufbau einer E-Logistik-Datenbank. Heimische Handels- und Logistikunternehmen, Energieversorger, Netzbetreiber und Ladeinfrastrukturanbieter nehmen daran teil.

Geforscht wird in den Bereichen Filialzustellung, Zustelllogistik, Transport von lokalen Verteilungszentren zu Produktionsstätten, Getränkezustellung und innerbetriebliche Zustellung. Parallel dazu steht die Entwicklung von Planungswerkzeugen für E-Lkw-Flotten und Ladeinfrastruktur mit einem Tagesstromverbrauch von mehreren Megawattstunden am Programm.

Projektleiter Werner Müller, Leiter Council für nachhaltige Logistik (CNL) an der BOKU, äußerte sich über die Ziele von "MegaWATT" folgendermaßen: "Wir wollen Unternehmen klare Entscheidungsstrategien für den Aufbau einer eInfrastruktur in die Hand geben, denn bei einer falschen Investitionsstrategie können bis zu vier Millionen Euro verloren gehen. Das heißt, wir helfen Logistikunternehmen 'stranded investments' bei der Umstellung auf eLKW-Flotten zu vermeiden und neue Geschäftsmodelle zu erarbeiten."

Müller geht gegenüber APA-Science davon aus, dass im Jahr 2023 der Break Even bei den Total Cost of Ownership (TCO) erreicht wird: "Das bedeutet, bis dahin müssen Logistikunternehmen ihre Flotten in der City-Logistik auf eTrucks umstellen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Für diese Umstellung planen wir die Auslegung der Infrastruktur - also Stromnetze, Transformatoren bzw. Batterie-Zwischenspeicher und Ladestationen - wobei wir dabei auch schon berücksichtigen, dass es bis 2030 zu einer verstärkten Automatisierung am Logistik-Hub kommt", so der Fachmann.

Testregion für automatisierten multimodalen Transport

Einen Schwerpunkt auf den Einsatz automatisierter Fahrzeuge im Bereich von Logistik-Hubs setzt DigiTrans in Oberösterreich, nach ALP.lab in der Steiermark nun die zweite vom Bund geförderte Testregion für autonomes Fahren. "Unser Hauptziel ist es, eine Vielzahl von F&E-Projekten für automatisiertes Fahren umzusetzen und den Autozulieferern und Herstellern eine gut ausgestattete Testumgebung zur Erforschung neuer Technologien zu bieten", skizziert Wolfgang Komatz, Manager des Automobil-Clusters, die Ambitionen von DigiTrans. Erste Projekte der neben dem Automobil-Cluster unter anderem vom Austrian Institute of Technology (AIT) gegründeten Testregion starten ihm zufolge bereits zu automatisiertem Fahren zur Unterstützung der In- und Outbound Logistik, zur Automatisierung von multimodalem Transport und Umschlag, dem automatischen Rangieren von Sonderfahrzeugen am Betriebsgelände, Hafen, Flughafen sowie zum bedarfsorientierten Einsatz automatisierter Lösungen in der Citylogistik.

Der Wiener Hafen - eine perfekte Testumgebung

Mit der Entwicklung, dem Testen und Umsetzen von güterlogistischen Innovationen beschäftigt sich das Innovationslabor "thinkport VIENNA". Ziel des gemeinsam von Universität für Bodenkultur und Hafen Wien betriebenen Mobilitätslabors ist es unter anderem, Start-ups in der Logistik aktiv zu fördern und die Rolle des Hafens als Logistik- und Innovationsstandort zu stärken. Der Wiener Hafen sei als Testumgebung für nahezu jede Art von Logistik-Technologie und -Prozessen bestens geeignet, etwa auch für den Test und Einsatz von Drohnen oder zum Test moderner Umschlagsgeräte für den Schiffsumschlag. Gefördert wird das Labor vom Ministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (bmvit) und der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG).

TU Graz und Post testen neue Wege der Paketzustellung

Ob sich im Stadtgebiet die automatisierte Zustellung von Paketen durch unbemannte Elektrofahrzeuge durchführen lässt, wollten die Post AG und Forscher der Technischen Universität Graz herausfinden. Dafür wurde im Rahmen einer Diplomarbeit am Institut für Softwaretechnologie und in Kooperation mit dem Institut für Fahrzeugtechnik ein handelsüblicher Jetflyer (ein straßenverkehrstaugliches, zugelassenes Fahrzeug mit E-Antrieb) aufwendig umgebaut. Herausgekommen ist ein vollautonomer Roboter, der in Schrittgeschwindigkeit programmierte Ziele in der Grazer Innenstadt ansteuert.

Von Sylvia Maier-Kubala / APA-Science