EIN knapp 17 km von Die Autobahn in Deutschland könnte die Antwort auf eines der größten Rätsel der Welt im Verkehrssektor enthalten: Wie können die CO2-Emissionen und die Luftqualität in unseren Straßennetzen reduziert werden?

Das sagt das Projektteam von Costain und Siemens Mobility, das im Auftrag der Autobahn des Bundes (dem deutschen Äquivalent der Bundesstraßen) ein elektrisches Straßensystem (ERS) implementiert hat. Das ERS nutzt Oberleitungstechnologie von Eisenbahnen, um angepasste schwere Nutzfahrzeuge (Lkw) anzutreiben und ihre Batterien aufzuladen, während sie auf der Autobahn A5 fahren.

Die 445 km lange Autobahn A5 verläuft von der deutsch-schweizerischen Grenze bei Basel bis zur Kreuzung des Hattenbach-Dreiecks bei Kirchheim. Sie befördert täglich 135.000 Fahrzeuge, darunter 14.000 Lastkraftwagen, und ist eine der meistbefahrenen und am stärksten verschmutzten Straßen Deutschlands. Ein Teilstück dieser Strecke wird seit Juli 2020 zur Erprobung des ERS genutzt.

Zehn Kilometer der Seitenfahrbahn nahe der A5 südlich von Frankfurt wurden elektrifiziert – 5 km in jede Richtung. Weitere 7 km – alle in Richtung Darmstadt – werden derzeit für die zweite Testphase installiert.

Jseine Technik ist da und wenn man wollte, könnte man morgen das gesamte Straßennetz elektrifizieren

Das ERS besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Oberleitungssystem und Kabeln; LKW- und ERS-kompatible Ladestationen. Das Oberleitungssystem umfasst Stützsäulen, Anker, Spannmasten und Strommasten. Die Säulen sind 12,7 m bis 14,3 m hoch und werden in Abständen von etwa 50 m entlang der Autobahn installiert, um das Oberleitungssystem zu stützen. Sie bestehen aus beschichtetem Stahl und werden von einem 2 m langen Stampffundament getragen.

Die durchschnittliche Höhe der Kabel beträgt 5,1 m über der Straßenoberfläche und die Kabel führen einen Dauerstrom von 670 V. Die Kabel sind an einer Reihe von freitragenden Armen befestigt, die etwa zwei Drittel der Höhe jeder Säule betragen. Der Strom kommt über zwei Umspannwerke aus dem Netz.

Ein ERS-Lkw ist mit einer Lithiumbatterie ausgestattet, die in kleinen Elektro-Lkw verwendet wird. Sie haben auch Stromabnehmer, ähnlich denen, die in elektrifizierten Zügen oder Trolleybussen verwendet werden.

Oberleitungen versorgen Lastkraftwagen, wenn sie sich im ERS befinden. Sie laden auch ihre Batterien auf, damit sie weiterlaufen können, wenn sie es verlassen.

Dynamisch geladene Batterien

Die Batterie des ERS-Lkw wird dynamisch aufgeladen, indem sie über den Stromabnehmer mit einem Oberkabel verbunden wird, das auf der Seitenspur einer Autobahn installiert ist. Der Stromabnehmer wird angehoben, um die Kabel zu berühren, wenn der Fahrer einen Knopf in der Kabine drückt. Er erkennt automatisch das Ende der Oberleitungsstrecke und senkt ab.

Dies ist ein großer Vorteil, um einen längeren Straßenabschnitt oder eine ganze Autobahn zu elektrifizieren. Dies bedeutet, dass nicht überall auf der Autobahn Oberleitungen benötigt werden und Lücken beispielsweise für niedrige Brücken oder Tunnel gelassen werden könnten, obwohl dies nicht ideal ist. Wenn sich ein Fahrer entschließt, die Innenspur zu verlassen, um zu überholen oder an einer Kreuzung auszusteigen, kann sich der Stromabnehmer automatisch absenken, sobald der Blinker eingeschaltet ist oder der Lkw auf eine Seite fährt.

Das Onroad-System wird durch ein Netz strategisch platzierter Ladepunkte in Depots und Logistikzentren unterstützt, sodass der ERS-Lkw auch beladen oder außer Betrieb aufgeladen werden kann.

Der Versuch wurde von der Bundesautobahn als voller Erfolg gewertet, da die Elektro-Lkw wie geplant hochgefahren wurden. Es wird erweitert, um die Belastbarkeit auf einer längeren Autobahnstrecke zu testen.

Durch die zusätzlichen 7 km Oberleitungskabel, die auf der Autobahn A5 in Hessen hinzukommen, kommen in Richtung Darmstadt 12 km und in Richtung Frankfurt 5 km hinzu. Die Erweiterung soll im Frühjahr nächsten Jahres in Betrieb gehen.

Das langfristige Ziel des Projektteams ist es, den A5 vollständig mit ERS auszustatten. Für zukünftige Projekte möchte das Team die maximale Spannung, die von den Drähten getragen wird, auf 1200 V erhöhen, um die Batterien effizienter zu laden.

Schema A5 ist einer von drei Versuchen, die in Deutschland von demselben Projektteam durchgeführt werden. Eine 5 km lange Teststrecke wurde bei Lübeck in Schleswig-Holstein (A1) eröffnet, außerdem gibt es einen 4 km langen Abschnitt der B462 in Baden-Württemberg. Auf diesen drei Teststrecken sind insgesamt 22 Lkw im Einsatz.

Prozess in Großbritannien

Im vergangenen Jahr hat das Electric Road Consortium – bestehend aus Costain, Siemens Mobility und dem Centre for Sustainable Road Freight – eine Machbarkeitsstudie zur Installation eines ERS in Großbritannien durchgeführt.

Lastkraftwagen machen weniger als 6 % aller Straßenbewegungen im Vereinigten Königreich aus, sind aber für 19 % aller Straßenverkehrsemissionen verantwortlich.

Eine vollständige Elektrifizierung der britischen Lkw-Flotte würde daher rund 18,6 Mt CO einsparen₂ der Atmosphäre jedes Jahr.

Das Konsortium hat Gespräche mit dem Verkehrsministerium (DfT) und National Motorways über die Durchführung eines Versuchs auf der M180 in der Region Humber geführt, und Vertreter beider Organisationen besuchten kürzlich den Versuch in Frankfurt.

Der vorgeschlagene Versuch in Großbritannien umfasst die Installation des ERS auf zwei 10 km langen Abschnitten der M180. Die britischen Vorschriften bedeuten, dass einige zusätzliche Herausforderungen bewältigt werden müssen.

Das ERS-Konsortium muss nicht nur die von nationalen Autobahnen und Rettungsdiensten festgelegten Sicherheitsstandards erfüllen, sondern auch eine Lösung entwickeln, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die zulässige Höhe für Lkw unter Brücken in Großbritannien um 450 mm höher ist als in Europa . Dadurch bleibt weniger Platz für die Aufnahme von Elektrifizierungskabeln.

Während das Fahrzeug seinen Stromabnehmer absenken und anheben kann, um bestimmte Strukturen zu überwinden, ist das Konsortium bestrebt, dies auf ein Minimum zu beschränken, um eine maximale Ladezeit zu gewährleisten.

Costain schätzt, dass es zwischen 20 und 30 Milliarden Pfund kosten würde, das gesamte 5.500 km lange strategische britische Straßennetz zu elektrifizieren. Es wird geschätzt, dass dies die gesamten Treibhausgasemissionen des Vereinigten Königreichs reduzieren würde 5 % und 7 %, d. h. bis zu 29,7 Mio. t CO₂e.

Die Entscheidung, ob der Prozess gegen den M180 fortgesetzt wird oder nicht, wird letztlich von der Politik getroffen. Aber die Verantwortlichen des Frankfurter Prozesses sind bereit zu gehen, wenn sie grünes Licht bekommen.

„Diese Technologie ist da und wenn Sie wollten, könnten Sie ab morgen das gesamte Straßennetz elektrifizieren“, sagte Matthew Higham, Chief Digital Officer von Costain. „Es ist keine Wunderwaffe, aber es ist eine Lösung, die jetzt da und bereit ist.“

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