Internationales Verkehrswesen (67) 2 | 2015 29 Urbane E-Logistik INFRASTRUKTUR Elektrischer Schwerlast verkehr im urbanen Raum Ergebnisse einer Studie am Beispiel des Wirtschaftsraums Mannheim Elektromobilität, Transportlogistik, Güterverkehr Die Diskussion über die Chancen der Elektromobilität im Güterverkehr ist bislang von einer Fokussierung auf leichte Nutzfahrzeuge geprägt. Erkenntnisse zum Einsatz schwerer elektrischer LKW im urbanen Güterverkehr liegen bislang kaum vor. In Mannheim wurde nun über Fallstudien ausführlich untersucht, in-welchem Umfang dies bereits heute möglich wäre. In Verbindung mit einer optimierten Tourenplanung zeigt sich, dass bis zu 75 % des urbanen Schwerlastverkehrs bereits heute mit E-LKW darstellbar wäre. Allerdings ist in aller Regel die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugeinsatzes noch nicht gegeben. Die Autoren: Tobias Bernecker, Stefen Raiber D er Wirtschaftsraum Mannheim und die Metropolregion Rhein- Neckar zählen zu den wirtschafts- und logistikstärksten Regionen in Deutschland. Ein dichtes Netz an Logistikspezialisten vernetzt Produktions- und Lagerstandorte mit Umschlagzentren, regionalen Kunden sowie dem In- und Ausland. Gleichzeitig stellen täglich mehr als 4000 LKW-Fahrten mit großen Nutzfahrzeugen im Stadtgebiet und mehr als 50 000 Fahrzeugkilometer, die dabei mit schweren LKW ≥ - 12 t zul. GG (im sog. „Schwerlastverkehr“) zurückgelegt werden, aber auch eine spürbare Beeinträchtigung der Lebensqualität im urbanen Raum dar. Vor diesem Hintergrund wurden das Fraunhofer IAO und die Hochschule Heilbronn vom Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg, der Stadt Mannheim sowie der Industrie- und Handelskammer Rhein-Neckar Ende 2013 damit beauftragt, in einer Pilotstudie den innerstädtischen Schwerlastverkehr im Raum Mannheim eingehend zu untersuchen und auf Elektriizierbarkeit hin zu prüfen [1]. Auftragsgemäß sollte dabei eine Fokussierung auf die Einsetzbarkeit rein batterieelektrischer - und damit lokal weitestgehend emissionsfreier - Fahrzeuge erfolgen. Elektrifizierbarkeitskriterien Ziel der Studie war eine multiperspektivische Gesamtbeurteilung der Potenziale des elektrischen Schwerlastverkehrs im urbanen Raum auf der Basis bereits verfügbarer Fahrzeugtechnik. Die Ergebnisse sollten neben unternehmerisch-betriebswirtschaftlichen Aspekten auch das öfentliche Interesse an der Elektromobilität berücksichtigen. Kern der Projektarbeiten war eine auf konkrete Einzeltouren, Tagestouren und Wochenprogramme im Schwerlastverkehr bezogene Eignungsprüfung für den Einsatz rein batterieelektrischer LKW. Um hierfür geeignete Anwender zu identiizieren, wurden im Rahmen der Studie zunächst alle Unternehmen mit erkennbarem Aukommen im Schwerlastverkehr auf Mannheimer Stadtgebiet identiiziert und kontaktiert. In der Folge gelang es, mit 14 Unternehmen - die ausnahmslos besonders hohe Sendungsaukommen im Stückgut-, Teilladungs- oder Ladungsverkehr aufweisen - in einen engeren Dialog zu treten, um Informationen über Lieferroutinen, Lieferfenster und den Outsourcing-Grad transportlogistischer Leistungen, aber auch das Interesse an „Grüner Logistik“ zu erfassen. Gleichzeitig eröfnete dieser Dialog den Zugang zu einer größeren Zahl an Spediteuren, die von diesen Unternehmen mit transportlogistischen Dienstleistungen beauftragt werden. Diese wurden im nächsten Schritt kontaktiert und in der Folge drei Logistikdienstleister mit bewusst unterschiedlichen Proilen für Einzelfallstudien ausgewählt. In mehreren Gesprächsrunden wurden gemeinsam mit diesen Unternehmen fünf Leitfragen deiniert, anhand derer die Elektriizierbarkeit von Schwerlastverkehren zu beurteilen ist: • Fahrzeug: Steht ein rein batterieelektrisch angetriebener LKW mit der erforderlichen Zuladefähigkeit und dem benötigten Laderaumvolumen zur Verfügung oder ist die Verfügbarkeit eines solchen Fahrzeugs absehbar? • Einzeltour: Sind die regelmäßig gefahrenen Touren jeweils für sich genommen hinsichtlich Länge, Höhenproil und Zahl der Stopps für einen rein batterieelektrischen Betrieb geeignet? • Tagestour: Sind die Tagestouren, auf denen die Fahrzeuge eingesetzt werden - insbesondere hinsichtlich der Länge - für einen rein batterieelektrischen Betrieb (ggf. auch mit Nachladen oder Batteriewechsel) geeignet? • Standzeiten: Passen die vorgesehenen Standzeiten (Pausen) hinsichtlich Lage und Länge zur eventuellen Notwendigkeit, die Batterie nachzuladen oder einen Batteriewechsel vorzunehmen? • Einsatzflexibilität: Binden die Leistungsmerkmale des rein batterieelektrischen LKW diesen eng an vorgeplante Touren oder besteht kurzfristige Dispositionsfreiheit hinsichtlich zusätzlicher Touren bzw. zur Reaktion auf ungeplante Ereignisse wie Stau, Baustellen, Umleitungen usw.? Alle fünf Kriterien wurden auf einer vierstuigen Skala beurteilt und die Ergebnisse zwischen „problemlos“ und „auch langfristig unrealistisch“ eingestuft. Fahrtenproile, die in Bezug auf das Fahrzeug mit „auch langfristig unrealistisch“ eingestuft wurden, gelten derzeit als nicht elektriizierbar. Bei Fahrtenproilen, die in Bezug auf eines oder Internationales Verkehrswesen (67) 2 | 2015 30 INFRASTRUKTUR Urbane E-Logistik mehrere der restlichen Kriterien nur die niedrigste Bewertung erhielten, wurde jeweils geprüft, ob durch eine dispositive Umplanung der Verkehre eine (Teil-)Elektriizierbarkeit möglich wäre. Um auf ein Referenzfahrzeug Bezug nehmen zu können, wurde eine umfassende Analyse der Verfügbarkeit rein batterieelektrischer Fahrzeuge > 12 t zul. GG vorgenommen. Aus dieser Vorauswahl wurde schließlich ein Fahrzeug des Schweizer Herstellers „E-Force“ mit 18 t zul. GG und einer Nutzlast von 10 t (52 m 3 ) aufgrund der hohen garantierten Reichweite von 300 bis 350 km im Regional- und Stadtverkehr ausgewählt [2]. Weiterer ausschlaggebender Faktor war das verwendete Batteriewechselsystem mit einer Wechselzeit von nur fünf Minuten (siehe Bild 1). Definition von Fahrtenprofilen In Gesprächen mit Spediteuren, Frachtführern und der verladenden Wirtschaft konnten drei grundsätzliche Fahrtenproile für eine eingehendere Untersuchung identiiziert werden. Diese Fahrtenproile beschreiben Anwendungsfälle, in denen aus Sicht der Frachtführer eine Elektriizierung für besonders sinnvoll gehalten wird: • Urbane und regionale Verteilverkehre, v. a. in der Konsumgüterindustrie und in der Handelslogistik, die mit LKW ab 12 t bzw. ab 18 t zul. GG bis hin zu Sattelzügen bzw. Fahrzeugkombinationen bis 40 t zul. GG gefahren werden. • Zustellung und Abholung von Sattelaufliegern auf der letzten Meile mit einer batterieelektrischen Zugmaschine in Kombination mit logistischen Mehrwertdienstleistungen, die im Rahmen des Umspannens auf einem „E-Logistik- Hub“ erbracht werden. • Vor- und Nachlauf im Kombinierten Verkehr Straße/ Schiene und Straße/ Binnenschif mit Sattel- oder Gliederzügen. Rasch wurde bei der Analyse des Fahrzeugmarktes deutlich, dass nur ein Teil dieser Fahrtenproile mit den derzeit zur Verfügung stehenden Fahrzeugen rein batterieelektrisch darstellbar ist. Insbesondere steht derzeit keine geeignete Sattelzugmaschine mit allgemeiner Straßenzulassung für Sattelzüge mit 40 t bzw. 44 t zul. GG zur Verfügung. Damit entiel im Rahmen der Studie auch die Möglichkeit, die Eignung rein batterieelektrischer LKW im Vor- und Nachlauf des Kombinierten Verkehrs anhand eines tatsächlich verfügbaren Fahrzeugs zu untersuchen. Um in den Fallstudien dennoch eine multimodale Transportkette betrachten zu können, wurde der Bereich Luftfrachtspedition im Vor- und Nachlauf zum rund 75 km entfernten Flughafen Frankfurt näher untersucht. In Bezug auf eine Eignung des Umspannkonzeptes erwies sich zudem die räumliche Lage eines möglichen E-Logistik-Hub als Herausforderung. Eine umfassende Verkehrsdatenanalyse auf Basis aktueller Verkehrsdaten [4] gelangte zu dem Ergebnis, dass der Schwerlastverkehr Mannheim etwa hälftig aus Richtung Süden und aus Richtung Norden anfährt. Die mit einer Konzentration dieser Verkehre auf einen - z. B. im Norden gelegenen - E-Logistik-Hub verbundenen Umwegfahrten wirken den im innerstädtischen Betrieb mit E-LKW erzielbaren Emissionsreduzierungen entgegen. Bei den Klimagasemissionen wurden in Modellrechnungen teilweise sogar steigende Gesamtemissionen nachgewiesen. Hingegen proitiert der urbane Raum beim reinelektrischen Betrieb von einer Reduzierung der Luftschadstof- und Lärmemis sionen [5]. Fallstudien zur Elektrifizierbarkeit Basis für die insgesamt sechs erhobenen Fallstudien sind drei Mannheimer Logistikunternehmen, die im Rahmen der Studie ein grundsätzliches Interesse an dem Thema Elektromobilität im Schwerlastverkehr gezeigt haben, und die mindestens eines der drei deinierten Fahrtenproile abdecken. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen hinweg wurden bei diesen Unternehmen im Rahmen der Studie Touren dokumentiert, um diese anschließend hinsichtlich ihrer Elektriizierbarkeit auszuwerten. Betrachtet wurden unter anderem: • Regionale Shuttleverkehre mit Sattelzügen für den Transport von Komplettladungen (Konsumgüter) zwischen unterschiedlichen Produktionsstandorten und Lagern • Urbane und regionale Sammel- und Verteilerverkehre mit Solo-LKW und Sattelzügen für den Transport von allgemeinem Sammelgut, Stückgut und von Teilladungspartien • Auslieferung von Konsumgütern zum Endkunden mit Solo-LKW für ein großes Handelsunternehmen • Sammel- und Verteilerverkehre im Luftfrachtbereich mit Solo-LKW • Shuttleverkehre mit Gliederzügen für den Transport von Luftfracht zwischen (bekanntem) Versender, Reglementiertem Beauftragten und dem Flughafen Frankfurt (Cargo City Süd) Bild 2 zeigt beispielhaft und in Auszügen eine der erhobenen Fallstudien. Dargestellt sind Transporte von Luftfracht. Die Luftfracht (bis zu 15 t bzw. 70 m 3 pro Tour) wird dabei in maximal drei Touren täglich bei einem Bekannten Versender in der Region Rhein-Neckar mit einem Gliederzug abgeholt, am Sitz des Reglementierten Beauftragten in Mannheim zwischengelagert und nachts in zwei Touren zum Flughafen Frankfurt weiterbefördert. Die beiden Tourenproile zeigen deutlich die Möglichkeiten, aber auch die Grenzen der Elektriizierbarkeit. Die Länge der bis zu drei Tagestouren mit zusammen maximal 190 km kann problemlos mit dem ausgewählten Fahrzeug ohne Nachladen oder Batteriewechsel bewältigt werden. Allerdings verfügt das Fahrzeug mit 10 t Nutzlast über deutlich weniger Kapazität als der derzeit eingesetzte Gliederzug, so dass weitere Bild 1: Der elektrische LKW „E-Force“ vor dem Rathaus in Mannheim (Foto: Thomas Tröster) Internationales Verkehrswesen (67) 2 | 2015 31 Urbane E-Logistik Infrastruktur Touren (ggf. mit einem zweiten Fahrzeug) erforderlich werden. Die auf den beiden Nachttouren zurückzulegenden insgesamt 290 (Autobahn-)Kilometer machen hingegen ein Nachladen der Batterien zumindest bei einem der geplanten Stopps erforderlich. Sollte zudem ein und dasselbe Fahrzeug - wie es derzeit der Fall ist - auf Tages- und Nachttour eingesetzt werden, reichen die zwischen Tages- und Nachttouren nur einstündigen Standzeiten nicht aus, um - auch mit Nachladen - über den gesamten Tag hinweg eine ausreichende Batteriekapazität sicherzustellen. Es ist zusätzlich ein Batteriewechsel vorzusehen, um die gewechselte Batterie in sechs Stunden wieder vollständig nachladen zu können. Im Ergebnis ist das Tagesprogramm damit dem Grunde nach elektriizierbar. Es müssen allerdings Einschränkungen in Kauf genommen werden, weil ein kleineres Fahrzeug als im konventionellen Dieselbetrieb eingesetzt werden muss, und es sind zusätzliche Investitionen für das Vorhalten eines Batteriewechselsatzes sowie gegebenenfalls sogar eines zusätzlichen Fahrzeuges zu berücksichtigen. Erkenntnisse Bei den ausgewählten Unternehmen lag die technisch mögliche Elektriizierbarkeitsrate über alle Fallstudien hinweg bei 25 % bis 75 % der untersuchten Tagestouren. Die Studie konnte am Beispiel realer Fahrten in einem deinierten Wirtschaftsraum also zeigen, dass mit der heute verfügbaren Fahrzeugtechnik bereits eine Vielzahl realistischer Elektriizierungsszenarien im Schwerlastverkehr gegeben ist. Gleichzeitig hat sich aber auch gezeigt, dass ein wirtschaftlicher Einsatz von batterielektrischen LKW unter den derzeitigen Rahmenbedingungen in der Regel bislang nicht möglich ist. Erfahrungen zum Energiebedarf eines reinelektrischen 18-t-LKW, die in der Nordwestschweiz mit dem hier betrachteten Fahrzeug gemacht wurden, lassen zwar um etwa 55 % niedrigere Energiekosten je km und - bedingt durch den Verbau von weniger mechanischen Verschleißteilen als beim konventionell angetriebenen LKW - auch um rund 35 % niedrigere Wartungskosten erwarten [3]. Diesen sind allerdings die Kosten eines eventuellen Batterietauschs (nach rund 500 000 km) sowie die höheren Anschafungskosten für das Fahrzeug gegenüberzustellen. Um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern, wurden in der Diskussion mit den Frachtführern wiederholt folgende Punkte als erfolgskritisch bezeichnet: • Subventionierung der Anschafungskosten bzw. Gewährung von Benutzungsvorteilen durch die öfentliche Hand zur Unterstützung der Markteinführung innovativer Fahrzeugkonzepte. • Rascher Einstieg in die (Großserien-) Fertigung batterieelektrischer schwerer Nutzfahrzeuge, um über Kostendegressionsefekte die Anschafungskosten zu senken. • Weiterentwicklung der Batterietechnologie, um die damit verbundenen Kosten zu senken und die batteriebedingten Einsatzbeschränkungen der Fahrzeuge weiter zu reduzieren. Gleichzeitig sind weitere Anwendungsfälle zur Validierung und Verstetigung der Ergebnisse und zur Durchführung eingehender Wirtschaftlichkeitsberechnungen geboten. Dabei hat die vorliegend vorgestellte Studie gezeigt, dass der Entwicklung und dem Praxistest einer rein elektrischen Sattelzugmaschine, die in der Lage ist, in Fahrzeugkombinationen von bis zu 44 t Gewicht eingesetzt zu werden, und die über eine allgemeine Straßenverkehrszulassung verfügt, besondere Bedeutung zukommt. ■ Literatur [1] Fraunhofer IAO/ Hochschule Heilbronn [2014]: Elektrischer Schwerlastverkehr im urbanen Raum, online abrufbar unter: http: / / www. muse.iao.fraunhofer.de/ de/ unsere-projekte/ verbundprojekte/ elektrischer-schwerlastverkehr-im-urbanen-raum.html [2] „E-Force“ Produktinformation und Leistungsdaten 2015, online abrufbar unter: www.eforce.ch/ download/ [3] Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigung (IWF) der Eidgenössischen Technische Hochschule (ETH) Zürich: Eizienz- und Wirtschaftlichkeitsanalyse des elektrischen 18 t Lastwagens E-FORCE von Feldschlösschen Getränke AG, Zürich 2014. [4] KIT / INOVAPLAN / STRATA: Integrierte Verkehrsnachfrageanalyse und Prognose der Verkehrsentwicklung in der Metropolregion Rhein-Neckar im Auftrag des Verbands Region Rhein-Neckar (Schlussbericht), Karlsruhe 2009. [5] Pallas, M.A./ Chatagon, R./ Lelong, J.: Noise emission assessment of a hybrid electric mid-size truck, Laboratory of Environmental Acoustics, Lyon 2013. tobias Bernecker, Prof. Dr. Kompetenzzentrum LOGWERT, Hochschule Heilbronn tobias.bernecker@hs-heilbronn.de stefen raiber, Dipl.-Ing. Kompetenzzentrum LOGWERT, Fraunhofer IAO, Stuttgart stefen.raiber@iao.fraunhofer.de Bild 2: Beispiel für ein untersuchtes Fahrtenprofil Quelle: Fraunhofer IAO Tag (08: 00 - 17: 00) Nacht (18: 00 - 07: 00) Bewertung der Elektrifizierbarkeit unrealistisch problemlos Fahrzeug Einzeltour Tagestour Einsatzflexibilität Standzeiten 31 km 2-3 Touren Verlader (Bekannter Versender) Logistikdienstleister (Reg. Beauftragter) 73 km 1-2 Touren Flughafen Frankfurt (Cargo City Süd) Logistikdienstleister (Reg. Beauftragter)