Forschungsprojekt HANNAe

Diese Ziele sehen vor, dass Nutzfahrzeughersteller – basierend auf den Werten einer Vergleichsflotte von 2019/20 – die durchschnittlichen spezifischen CO2-Emissionen ihrer Fahrzeuge ab 2025 um min. 15 Prozent, und ab 2030 um mindestens 30 Prozent reduzieren müssen. In Summe werden effizientere Antriebssysteme für eine klimaschonende und wirtschaftliche Nutzung der Nutzfahrzeuge gefordert, die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konzeptionell untersucht werden.

Serieller Hybridantrieb mit regenerativem Methan für 12-Tonnen-Lkw

Die mittelschweren Nutzfahrzeuge bilden das Rückgrat des heutigen Verteilerverkehrs zur Beförderung von Gütern aller Art auf der Straße. Die Transporte erfolgen vorwiegend im Nah- und Regionalverkehr und umfassen die Versorgung von Einzel handelsunternehmen, Lieferungen direkt zu Privatpersonen oder das Verteilen von Briefen und Paketen. Die typischen Fahrstrecken umfassen große Anteile von Stadt- und Außerortsverkehr mit häufigen Leerlauf- und Beschleunigungsphasen. Im städtischen und regionalen Verteilerverkehr werden überwiegend Transporter und mittelschwere Nutzfahrzeuge bis 12 Tonnen eingesetzt. Speziell beim Volumentransport schöpfen diese Fahrzeuge ihre Nutzlastkapazität vergleichsweise gering aus. Je nach Transportaufgabe und Verkehrssituation können die dabei eingesetzten Fahrzeuge einen spezifischen Emissionsausstoß von bis zu 300 Gramm CO₂ pro Tonnenkilometer aufweisen.

Zur Bestimmung von Energie- und Leistungsbedarf eines Antriebsstrangs für 12-Tonnen-Nutzfahrzeuge wurde im Rahmen dieses Teilprojekts eine Vielzahl von Strecken- und Geschwindigkeitsszenarien mit Hilfe von Fahrzeugsimulationen untersucht.

Die Analyse von Fahrstrecken, zugehörigen Geschwindigkeitsprofilen und daraus resultierenden Fahrwiderständen ergab einen reinen, spezifischen Traktionsenergiebedarf von 0,9 bis 1,1 kWh je Kilometer für das betrachtete Nutzfahrzeug.

Die Kriterien zur Definition und Ausgestaltung des Antriebsstrangs wurden durch den Fokus auf einen energie effizienten, lokal emissionsfreien und klimafreundlichen Operations betrieb in den untersuchten Einsatzszenarien erheblich bestimmt. Als zielführendes Antriebskonzept wurde hierfür ein seriell-hybrider Antriebsstrang definiert, in dem der Verbrennungsmotor mit regenerativ-synthetischem Methan betrieben wird.

Projektziele und Partnerkonsortium

Durch den Gasmotor eröffnen sich dem konzipierten Hybridfahrzeug die Fahrleistungen heutiger konventioneller Fahrzeuge mit der Kraftstoffverfüg barkeit der etablierten Infrastruktur. Aufgrund seines günstigen Kohlenstoff-Wasserstoff-Verhältnisses bietet selbst fossiles Methan verbrennungstechnisch ca. 25 Prozent CO₂-Emissionsvorteil gegenüber momentan eingesetzten flüssigen fossilen Kraftstoffen. Daher kann dieser bis zu einer Marktdurchdringung erneuerbarer Kraftstoffe bereits heute als Brückentechnologie im Verkehrssektor zur Klimaschonung beitragen. Der elektrische Traktionsteil ermöglicht zudem einen geräuscharmen und lokal emissionsfreien Antrieb sowie die Re kuperation der kinetischen Energie durch regeneratives Bremsen. Weitere Vorteile im Zusammenspiel von Elektroantrieb und Verbrennungsmotor ergeben sich aus dem unter schiedlichen dynamischen Verhalten und prinzipbedingt unterschiedlichen Betriebswirkungsgradkennfeldern der beiden Antriebe. Dementsprechend wurden die Forschungsschwerpunkte im Teilprojekt auf die Kraftstoffvorkette bei der Produktion von Biogas (Fraunhofer IMM), den Konzept eines effizienten Verbrennungsmotors (Fraunhofer ICT) mit Abgasnachbehandlungssystem (Fraunhofer ISE) und den Energiespeicher (Fraunhofer LBF) zur vollständigen Integration der Traktions- und Rekuperationsenergie ausgerichtet. Diese Ergebnisse sind Teil der Arbeiten im Forschungsprojekt »Hocheffizienter Antriebsstrang für Nutzfahrzeuge unter Berücksichtigung der nationalen Mobilitäts­ und Wasserstoff­ strategie HANNAe«, das mit dem Ziel eines wirksamen Innovationsimpulses im Rahmen des von der Bundesregierung beschlossenen Konjunktur- und Krisenbewältigungspakets »Corona­ Folgen bekämpfen, Wohlstand sichern, Zukunftsfähigkeit stärken« im Zeitraum August bis Dezember 2020 bearbeitet wurde.