Im Folgenden werden die unterschiedlichen technischen Herausforderungen dargestellt, die aktuell mit dem Ausbau der Erneuerbaren Antriebe einhergehen. Wie anhand des Technologieüberblicks der Wasserstoffpfade deutlich wird, geht die Technologieentwicklung im Wasserstoffbereich soweit voran, dass zum Zeitpunkt des Serieneinstiegs der unterschiedlichen Betankungstechnologien diese auch fertig sein werden. Gleiches kann für den Ausbau der Ladeinfrastruktur angenommen werden.
Auf dem Weg dorthin müssen jedoch Lösungen für die folgenden Herausforderungen gefunden werden:
+ + + Herausforderungen für die Umsetzung zukünftiger Tankstellen + + +
Anschlussleistungen vor Ort
Wie in den Tankstellenanforderungen gesehen, werden sehr große Anschlussleistungen für zukünftige Ladeparks benötigt werden. Die NOW-Studie „Einfach Laden an Rastanlagen“ geht davon aus, dass es in den nächsten acht Jahren einen substanziellen Technologiesprung von heutigen Batterie-Lkw geben wird. Dieser wirkt sich wesentlich auf die Annahmen für die Platzbedarfe aus (die Annahmen für eine nähere Zukunft spiegeln sich bei BEV 350 kW, die der Studie in BEV 700 kW).
In den Platzbedarfen sind sowohl die systembedingten Platzbedarfe als auch Exschutzzonen, Warteplätze für die Umläufe der Lkw und die Lkw selbst (70 qm) hinterlegt. Beim gasförmigen Wasserstoff wird nicht zwischen 350 bar und 700 bar in der Technologie unterschieden.
An den x-Achsen der Grafiken werden die Tankstellengrößen für Wasserstofftankstellen und batterieelektrische Ladeparks dargestellt wie bei den Tankstellenanforderungen entwickelt.
Anschlussleistungen vor Ort (MW)
Platzbedarfe
Eine weitere wesentliche Herausforderung bei der Transformation wird in den Platzanforderungen liegen. Dabei unterscheiden sich die systembedingten Bedarfe bei Wasserstofftankstellen darin, dass der ökologische Fußabdruck für sLH2/CcH2 wesentlich geringer sein wird als für 350 bar und 700 bar. Für die Batterie hingegen ist die Anzahl der Lkw vor Ort bestimmend, da sich aufgrund der langen Ladezeiten die Anzahl der jeweils im Ladevorgang befindlichen Lkw substanziell erhöhen wird.
In den Berechnungen der Platzbedarfe in den Grafiken rechts sind sowohl die systembedingten Platzbedarfe als auch Exschutzzonen, Warteplätze für die Umläufe der Lkw und die Lkw selbst (70 qm) hinterlegt.
Die NOW-Studie „Einfach Laden an Rastanlagen“ geht davon aus, dass es in den nächsten acht Jahren einen substanziellen Technologiesprung von heutigen Batterie-Lkw geben wird. Dieser wirkt sich wesentlich auf die Annahmen für die Platzbedarfe aus (die Annahmen für eine nähere Zukunft spiegeln sich bei BEV 350 kW, die der Studie in BEV 700 kW).
Platzbedarfe nach Technologie (qm)
Sollten sich straßengebundene Mobilitätskonzepte jedoch nicht substanziell ändern, kann sich die Anzahl der Lkw vor Ort bei batterieelektrischen Lkw abhängig von der Ladekapazität nahezu vervierfachen, da die Batterien derzeit nicht so viel Energie aufnehmen können wie Diesel- bzw. H2-Tanksysteme. Das bedeutet nicht notwendigerweise, dass auch die Gesamtzahl der Lkw ansteigt, nur, dass BEV-Lkw häufiger Energie aufnehmen müssen.
Zukünftige Batteriekonzepte gehen von bis zu 960 kWh Batteriekapazität aus, was dann auch Auswirkungen auf die Anzahl der Lkw vor Ort haben wird, so dass sich deren Anzahl verringern kann. Für die weitere Diskussion ist wichtig zu verstehen, welche Lkw-Klassen heute an Tankstellen betankt werden – da die durchschnittliche Dieselbetankungsmenge bei 250 l Diesel liegt, werden möglicherweise auch nicht die langen Ladezeiten benötigt.
Anzahl der Lkw vor Ort (d)
+ + + Herausforderungen durch Energiebedarfe + + +
Die zunehmende Verbreitung von Alternativen Antrieben stellt zukünftige Tankstellen vor unterschiedliche Anforderungen, die bereits heute antizipiert werden müssen. Die Herausforderung dabei ist jedoch, dass es hinsichtlich der Anforderungen an die Infrastruktur hinsichtlich der Energiemengen große Unsicherheiten gibt – sowohl für die Batterielektrische Mobilität, wie für die Wasserstoffmobilität auf der Straße.
Aktuelle Studien zeigen eine hohe Bandbreite an Annahmen auf: Dabei gehen Agora, Dena und BCG mit dem Ziel der Treibhausgasneutralität bereits im Jahr 2045 von einer vergleichsweise geringen Bandbreite von etwa 0,1 bis 0,3 Mt/a (2030) bzw. 0,6 bis 1,8 Mt/a (2045) Wasserstoffbedarf aus. Während die Metastudie von Fraunhofer jedoch eine deutlich höhere Bandbreite zeigt, obwohl die Autoren extreme Ausreißer bereits entfernt haben.
Vor diesem Hintergrund und zur weiteren Präzisierung hat die Nationale Organisation Wasserstoff (NOW) die Studie „Marktentwicklungen klimafreundlicher Technologien im schweren Straßengüterverkehr“ beauftragt, die auch einen Cleanroomprozess mit Lkw-Herstellern durchgeführt hat. Hierin wurden 95 % der Marktteilnehmer (nicht jedoch Lkw-Umrüster) befragt, mit welchen Absatzprognosen sie für ihre Anwendungen rechnen – diese Daten dienen als Grundlage für die Annahmen weiter unten.
Die folgenden Grafiken zeigen den Energiebedarf infolge der Hochlaufszenarien für den Verkauf von Lkw mit Alternativen Antrieben, deren Daten im Zuge eines Cleanroomprozesses im Jahr 2022 von der Nationalen Organisation Wasserstoff erhoben worden und in der Studie “Marktentwicklungen klimafreundlicher Technologien im schweren Straßengüterverkehr“ veröffentlicht worden sind.
Lkw-Bestand mit Alternativen Antrieben auf Basis von Verkaufsszenarien
Quelle: eigene Berechnung auf Grundlage der Daten des Cleanroomprozesses in: Marktentwicklungen klimafreundlicher Technologien im schweren Straßengüterverkehr, S. 10
Die Grafik stellt den kumulativen Anstieg der Zahlen des NOW-Cleanroomprozesses der Studie Marktentwicklungen klimafreundlicher Technologien im schweren Straßengüterverkehr dar, die bis zum Jahr 2030 abgefragt worden sind.
Für die Jahre 2030-2035 ist der Zuwachs auf Grundlage der angenommenen Verkaufszahlen von 2030 zugrunde gelegt – es kommen also ab 2030 immer 57.800 Batterieelektrische Lkw und 17.200 Wasserstoff-Lkw dazu.
Wasserstoffbedarf in Abhängigkeit der Flottengröße im Jahr
Der in der Grafik prognostizierte Wasserstoffbedarf ist abhängig von den Energiebedarfen zukünftiger Lkw, ihrer Antriebseffizienzen und ihrer Laufleistungen.
Deutlich wird, dass wesentliche Wasserstoffproduktions- und ggf. Verflüssigungskapazitäten für die Transformation der Mobilität in Deutschland aufgebaut oder importiert werden müssen, um den Bedarf der Wasserstoff-Lkw-Flotte zu bedienen.
Energiebedarf in Abhängigkeit der BEV-Flottengröße im Jahr
Quelle: eigene Berechnung bezogen auf die Lkw-Flotte (durchschnittliche Jahresfahrleistung: 120.000 km (Quelle: BaST); Verbrauch gemittelt für das Jahr 2030: 143 kWh/100 km (Quelle: ifeu, S. 121))
Wie auch beim Wasserstoffbedarf, ist die Prognose der die Energiebedarfe zukünftiger Lkw, abhängig von ihrer Antriebseffizienz und ihrer Laufleistung.
Eine Elektrifizierung der Lkw-Flotte ,wie im Cleanroom prognostiziert, hätte insgesamt einen Mehrbedarf von 16 % an elektrischer Energie im Verhältnis zum Jahr 2022 zur Folge (Quelle: Umweltbundesamt).