E-Autos bei der Fahrt laden: Magnetischer Beton sorgt für Revolution
Geringe Reichweite und nötige Ladestopps sind immer noch ein Gegenargument für den Einsatz von Elektroautos oder E-Trucks auf Langstrecken. Doch dieses Material könnte alle Bedenken wegwischen.
Teststrecke mit Oberleitung in Groß Dölln in Brandenburg: Mit Hybrid-Lkw will Siemens zusammen mit Volvo auf dem Interstate-Highway 710 in den USA zwischen den Häfen an der kalifornischen Küste und dem 30 km entfernten Eisenbahn-Umschlagzentrum einen emissionsfreien Shuttleverkehr mit E-Trucks aufbauen.
Foto: Siemens
Fahren und Laden: Klingt nach einem idealen 2-in-1-Vorgang. Magnetischer Beton soll Elektroautos und E-Lkws drahtlos während der Fahrt laden.
Auf deutschen Autobahnen suchen Fahrende die magnetische Leitfähigkeit noch vergebens. Das Material wird zunächst im US-Bundesstaat Indiana im Labor getestet. Im Anschluss soll ein 400 Meter langer Straßenabschnitt entstehen, auf dem E-Trucks mit mehr als 200 Kilowatt laden können. Gelingt auch diese Projektphase, wird Indiana einen Teil des öffentlichen Interstate-Highways mit dem innovativen Ladesystem ausstatten.
Zement vom deutschen Start-up
Doch ganz ohne deutsche Beteiligung geht es doch nicht. Der Zement stammt vom Oberhachinger Start-up Magment GmbH. Das Material ersetzt keine kompletten Magnetspulen, sondern nur deren Kerne aus weichmagnetischem Ferrit. Diese formen und verstärken das Magnetfeld. Ferrite bestehen in der Regel aus spröder Keramik und sind mechanisch wenig belastbar. Das deutsche Start-up mischt zermahlene Ferrit-Kerne aus Recycling-Material in einen Zement, um die Spulen noch widerstandsfähiger zu machen. Kupferspulen und -Kabel werden mit eingegossen.
Magment hat bereits drahtlose Ladestationen für Elektroroller entwickelt. Die E-Roller werden direkt in einer Mulde im Beton abgestellt. Die Speisung erfolgt bei 85 Kilohertz aus 10 bis 15 Zentimeter Entfernung mit fünf bis zehn Kilowatt.
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Das kann das magnetisierbare Betonprodukt
Magment bietet ein magnetisierbare Betonprodukt an, das aus Zement und recycelten magnetischen Partikeln namens Ferrit besteht. Sowohl spezialisierte Zementhersteller als auch Betonfertiger können das Produkt herstellen. Die Mischung aus Beton und Magnetpartikeln lässt sich laut Hersteller leicht in bestehende Bauprozesse integrieren.
Laden während der Fahrt: Prinzip funktioniert auch bei Elektroautos
Lässt sich das Prinzip der E-Roller auch auf Elektroautos übertragen? „Grundsätzlich schon“, so Produktmanager Jonas Friedel. Zudem bestehen für das „dynamische Laden“ Pilotprojekte mit Flurförderzeugen.
„Aber da sehe ich den Anwendungsfall weiter in der Zukunft. Bei der Logistik bringen kürzere Ladepausen deutlich mehr“, sagt Friedel.
Drahtlose Ladesysteme für Autos sind nicht neu: Bereits 2017 hat das US-Unternehmen Qualcomm ein solches System vorgestellt. Bei 120 km/h konnten Autos mit 20 kW l geladen werden. Es haperte am Wirkungsgrad, denn dieser lag bei 80 %. Das Ergebnis kommt nicht gegen stationäre Ladesäulen an, die einen Wirkungsgrade ab 90 % vermelden. Magment macht selbst keine Angaben mehr zum Wirkungsgrad. Das sei laut Friedel eine „bewusste“ Entscheidung, weil diese von vielen Faktoren abhänge – unabhängig vom Zement.
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Magnetischer Beton: Wie sieht der Ressourcenverbrauch aus?
Stationäres Laden eines E-Autos bedarf einer geringen Fläche. Für das Laden eines E-Trucks oder Elektroautos während einer Fahrt müssten jedoch kilometerweise Kupferspulen verbaut werden. Laut einer Untersuchung des Fraunhofer ISI im Auftrag des Bundesverkehrsministeriums von 2017, wären Oberleitungen für LKW eine sinnvolle Investition. Hier bestehen auch schon einige Versuchsabschnitte, beispielsweise ein E-Highway an der A5 in Hessen, A1 in Schleswig-Holstein oder an der B462 in Baden-Württemberg. Siemens und Continental wollen sich für solch ein Projekt zusammenschließen.
Zwei Autobahnen bekommen Oberleitungen für Hybrid-Lkw
Laut ISI rentiere sich der Ausbau schon, wenn nur die meistbefahrenen 4.000 des insgesamt 13.000 Kilometer langen Autobahnnetzes elektrifiziert werden würde. So ließen sich zwei Drittel des Dieselverbrauchs vermeiden. Auf der weiteren Strecke könnten LKWs dann mit Batterie oder Brennstoffzelle fahren.
„Auf der Basis von Wirtschaftlichkeitsberechnungen könnten langfristig circa 80 Prozent der in Deutschland zugelassenen schweren Nutzfahrzeuge als Hybrid-Oberleitungs-Lkw umgerüstet werden“, heißt es in der Studie.
„Der Kostenvorteil des Oberleitungssystems gegenüber Stromschienen beträgt – je nach betrachteter Variante – rund 33 bis 80 Prozent“, heißt es bei ISI weiter.
„Die Kosten für die straßenseitige Infrastruktur des induktiven Ladungssystems liegen in allen Varianten um mehr als 100 Prozent über den Kosten für die Oberleitungsinfrastruktur.“
Wie bewertet die Studie den Ressourcenverbrauch – einschließlich Umrüstung der Lkw, Aufbau der Masten und Umspannwerke und Verschleiß des Fahrdrahts? Die Forschenden haben die erwarteten Spriteinsparungen gegenübergestellt. Sie kommen zu dem Ergebnis, dass 2,2 Millionen Tonnen CO2-Äquivalenten pro Jahr gegenüber konventionellen Diesel-LKW vermieden werden können. Sofern das System komplett ausgebaut wird.
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