Elektrifizierung von Lieferfahrzeugen für die letzte Meile

Der Transportsektor ist ein bedeutender Verursacher von Treibhausgasemissionen. Schwerlastfahrzeuge tragen erheblich zu diesen Emissionen bei, obwohl sie nur einen kleinen Anteil an der Gesamtzahl der Fahrzeuge weltweit ausmachen. Im Jahr 2019 waren Schwerlastfahrzeuge allein für mehr als 5 Prozent der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich, und diese Zahl wird bis 2050 voraussichtlich auf über 11 Prozent steigen, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Erste Bemühungen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen durch die Abschaffung von Verbrennungsmotoren konzentrierten sich auf Personenkraftwagen. Das nächste Transportsegment, das wahrscheinlich auf erneuerbare Energieträger umsteigen wird, sind mittelschwere Nutzfahrzeuge, also Lastwagen, Lieferwagen und Busse, die bei der Zustellung auf der letzten Meile von Lagern und Verteilzentren zu Einzelhändlern und Endkunden zum Einsatz kommen (Bild 1).

Das Marktsegment der mittelschweren Nutzfahrzeuge hat eine Modernisierung nötig, da es einen unverhältnismäßig hohen Anteil an schädlichen Emissionen verursacht. Mittelschwere Nutzfahrzeuge und Schwerlastfahrzeuge machen zwar nur 4 Prozent der weltweit zugelassenen Fahrzeuge aus, sind aber zusammen für 40 Prozent aller Emissionen im Straßenverkehr verantwortlich. Allein mittelschwere Nutzfahrzeuge für die letzte Meile sind für bis zur Hälfte aller CO₂-Emissionen von Lieferfahrzeugen verantwortlich.

Innovation bei der Zustellung auf der letzten Meile

Die Elektrifizierung von mittelschweren Nutzfahrzeugen ist ein wichtiger Schritt zur Eindämmung des Klimawandels, bietet aber auch die Möglichkeit, die Zustellung neu zu gestalten. Folgende potenzielle Änderungen werden derzeit bereits erprobt oder sind in der Prüfung:

• Autonomes Fahren auf Autobahnabschnitten
• Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) zur Verbesserung der Zustellrouten
• Einsatz von KI zur Koordinierung der Aktivitäten von Fahrzeugen und menschlichen Mitarbeitern in Lkw-Höfen und Distributionszentren
• Ausstattung der Fahrzeugrahmen von Elektrofahrzeugen mit Halterungen, über die Flottenbetreiber Container untereinander oder sogar mit Fahrgastkabinen austauschen können, wodurch die Rahmen einen doppelten Verwendungszweck erhalten
• Einsatz alternativer mittelschwerer Nutzfahrzeuge, einschließlich Robotern und Drohnen
• Einsatz von leichten Elektrofahrzeugen (LEVs), wie Kleinstwagen, E-Bikes, E-Scooter und E-Rikschas

Diese Maßnahmen sollen den betrieblichen Wirkungsgrad erhöhen und gleichzeitig die Lieferzeiten, Kosten, den Verschleiß von Straßen und anderer Infrastruktur, Verkehrsstaus (insbesondere in städtischen Gebieten) und die CO₂-Emissionen reduzieren. Automatisierte und autonome mittelschwere Nutzfahrzeuge und leichte Elektrofahrzeuge (Bild 2) tragen zur Entlastung des Verkehrs bei, da sie einfach kleiner sind und im Falle von Drohnen den Lieferverkehr vollständig von den Straßen verlagern.

Der Einsatz von Flotten automatisierter und autonomer Lieferfahrzeuge kann auch zur Entwicklung von Smart Cities beitragen. KI kann autonome Lieferfahrzeuge auf Routen leiten, die kommunale Prioritäten berücksichtigen; ein anschauliches Beispiel ist die Steuerung von Lieferplänen und Routen, um Verkehrsstaus zu verringern. Außerdem können Städte die von autonomen Lieferfahrzeugen gesammelten Daten nutzen, um das Verkehrsmanagement zu verbessern, Gefahren wie Straßenhindernisse zu erkennen oder den Zustand der Infrastruktur zu überwachen.

Marktherausforderungen und Technologie elektrischer Nutzfahrzeuge

Unabhängig vom verwendeten Kraftstoff besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Gewicht des angetriebenen Fahrzeugs und der Energiemenge, die erforderlich ist, um es in Bewegung zu setzen und in Bewegung zu halten. Größere Fahrzeuge benötigen einfach mehr Kraftstoff, ganz gleich, ob es sich um Diesel, Benzin oder Strom handelt.

Ein Nachteil batteriebetriebener Fahrzeuge besteht darin, dass das Laden einer Batterie wesentlich länger dauern kann als das Auffüllen eines Kraftstofftanks. Die Hersteller von Ladegeräten sind bestrebt, die Ladezeiten zu verkürzen, indem sie Silizium-Leistungs-ICs durch ähnliche Bauteile auf Basis von Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) ersetzen. Diese Ladegeräte sind zwar sehr teuer, aber deutlich schneller, und ihr Einsatz macht den Betrieb von mittelschweren Nutzfahrzeugen und größeren Fahrzeugen wesentlich praktikabler.

Das stetige Ziel der Batterieindustrie ist es, immer mehr Leistung in Batterien mit immer geringerer Größe und Gewicht bereitzustellen. Festkörperbatteriezellen können theoretisch 11 kWh/kg erreichen, aber die heutigen Batterien liefern nur etwa 3 Prozent davon. Die Industrie möchte eine Leistung von 1 kWh/kg realisieren. Dies wird als realistisches Ziel angesehen, und wenn es erreicht wird, könnte das Gewicht einer Batterie bei gleicher Kapazität um bis zu 30 Prozent reduziert werden.

Eine Möglichkeit, lange Ladezeiten für Elektrofahrzeuge zu vermeiden, ist die Einrichtung von Stationen, an denen leere Batterien schnell gegen geladene ausgetauscht werden können. Das Fahrzeug fährt weiter und die ausgetauschte leere Batterie wird separat aufgeladen. Dieser Vorschlag ist für Elektrofahrzeuge im Personenverkehr nicht praktikabel, könnte aber für Unternehmen sinnvoll sein, die Flotten von mittelschweren Nutzfahrzeugen und leichten Elektrofahrzeugen betreiben.

Einer der heute am weitesten verbreiteten Batterietypen ist die Lithium-Ionen-Batterie. Weltweit gibt es Bemühungen, neue Quellen für Lithium zu finden. Mit dem Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge für den Personenverkehr und der Entwicklung des Marktes für öffentliche Verkehrsmittel wird die Suche nach neuen Quellen angesichts der stetig wachsenden Nachfrage jedoch zu einer immer größeren Herausforderung.

Neben der Ausweitung des Betriebs von Bergwerken zur Gewinnung der grundlegenden Rohstoffe erfordert die Elektrifizierung erhebliche Investitionen in die Infrastruktur, unter anderem in folgende Bereiche:

• Fahrzeugfabriken
• Batteriefabriken
• Fabriken für Ladegeräte
• Installation von mehr Ladestationen
• Kraftwerke
• Umrüstung und/oder Erweiterung von Stromverteilungsnetzen

Zustellung auf der letzten Meile

Je größer die Batterie, desto größer die Komplexität. Daher ist es sinnvoller, Fahrzeugtypen in der Reihenfolge ihrer Größe (Bild 3) zu elektrifizieren, von klein bis groß, beginnend mit Personenkraftwagen über mittelschwere Nutzfahrzeuge und leichte Elektrofahrzeuge bis hin zu schweren Nutzfahrzeugen.

Kein Glied in der Lieferkette ist wichtiger oder weniger wichtig als ein anderes, aber die letzte Meile weist mehrere Besonderheiten auf, die dieses Segment zu einem sinnvollen Kandidaten für eine Elektrifizierung und Automatisierung machen, sobald dies praktikabel ist:

• In dieser Phase kann ein Mehrwert geschaffen werden (beispielsweise durch die Lieferung innerhalb eines Tages).
• Durch den direkten Kontakt mit den Kunden hat eine Zustellung auf der letzten Meile einen stärkeren Einfluss auf die Wahrnehmung des Kundenservice.
• Die Logistik kann komplexer sein; Faktoren wie Kraftstoffpreise und lokaler Verkehr sind tendenziell variabler.
• Die Zustellung auf der letzten Meile macht im Durchschnitt 40 Prozent der gesamten Zustellungskosten aus, manchmal sogar mehr als die Hälfte.

Was ist der nächste Schritt bei der Elektrifizierung?

Um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, müssen Lieferfahrzeuge elektrifiziert und automatisiert werden. In der Praxis wird dieser Prozess wahrscheinlich auch grundlegende Änderungen im Lieferprozess selbst mit sich bringen, da Unternehmen damit beginnen, die Größe einiger mittelschwerer Lieferfahrzeuge zu reduzieren und gleichzeitig weniger auf mittelgroße Lieferfahrzeuge zu setzen und stattdessen kleinere Elektrofahrzeuge zu verwenden. Dabei bietet sich die Möglichkeit, die von automatisierten Lieferfahrzeugen gesammelten Daten für andere Zwecke zu nutzen, beispielsweise für Smart-City-Applikationen. Innovationen bei Leistungs-ICs, der Batteriechemie, Batteriemanagement-Systemen, Sensoren, KI und anderen Technologien werden dazu beitragen, dass all dies möglich wird.