Im Rahmen dieser Arbeit werden zunächst Grundlagen von Nutzfahrzeugen, alternative Antriebsformen, Marktzahlen- und angebote sowie potenzielle Kostenkomponenten vorgestellt.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wird ein Gesamtkostenmodell auf Basis entsprechender Parameter entwickelt und angewendet. Durch die Erkenntnisse aus dem theoretischen und dem praktischen Teil lässt sich abschließend eine ökonomische Bewertung des batterieelektrischen Antriebskonzepts vornehmen und aufzeigen, wo mögliche Restriktionen oder Potenziale vorhanden sind.
Themen rund um die Elektromobilität rücken bereits seit einigen Jahren insbesondere im Bereich der Automobilbranche in den Fokus. Darüber hinaus zeigen jüngste Entwicklungen in der Nutzfahrzeugbranche, dass jene Themen auch dort bereits angekommen sind. Ein Teil dieses Segments werden durch schwere Nutzfahrzeuge abgedeckt, die unter anderem im Fernverkehr eingesetzt werden.
Im Zusammenhang mit der E-Mobilität fallen jedoch oft die hohen Anschaffungspreise sowie begrenzte Reichweiten. Folgende Forschungsfrage gilt es in diesem Zusammenhang zu beantworten:
Kann ein batterieelektrischer Lkw im Fernverkehr prinzipiell eine Kostenparität oder gar Kostenvorteil gegenüber einem herkömmlichen Lkw erlangen und sich damit nachhaltig im Markt etablieren?
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Formelverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einführung
1.1 Motivation und Einordnung in den wissenschaftlichen Kontext
1.2 Zielsetzung
1.3 Überblick über das methodische Vorgehen
2 Elektromobilität im Nutzfahrzeugsegment
2.1 Nutzfahrzeugsegment im Überblick
2.1.1 Definition und Abgrenzung
2.1.2 Nutzfahrzeugklassen und Einsatzgebiete
2.1.3 Transportformen
2.1.4 Überblick zum Straßengüterverkehr in Deutschland
2.1.5 Motive für den Umstieg auf alternative Antriebsformen
2.2 Ergänzungen zum konventionellen Triebstrang und alternative Antriebskonzepte
2.2.1 Alternative Kraftstoffe
2.2.2 Elektromobile Antriebskonzepte
2.2.3 Wesentliche Komponenten eines batterieelektrischen Nutzfahrzeugs
2.2.3.1 Motor und Getriebe
2.2.3.2 Batterie
2.3 Marktübersicht über batterieelektrische Lkws
2.3.1 Leichte Nutzfahrzeuge
2.3.2 Schwere Nutzfahrzeuge
2.3.3 Lademöglichkeiten und Ladeinfrastruktur
3 Wirtschaftlichkeit von batterieelektrischen Lkws
3.1 Ansätze zur Wirtschaftlichkeitsoptimierung und Kundenkaufkriterien
3.2 Gesamtkostenrechnung
3.2.1 Ziele und Bestandteile der klassischen Kostenkalkulation
3.2.2 Gesamtkosten nach dem TCO-Konzept
3.2.2.1 Ursprung, Definition und Einordnung
3.2.2.2 Integration der Leistungsfähigkeit von Investitionsalternativen
3.3 Herausforderungen für E-Lkws im Fernverkehr
3.4 Bisherige Studienergebnisse zur TCO
4 Gesamtkostenrechnung als Instrument einer ökonomischen Evaluierung
4.1 Anforderungen an das Modell
4.2 Grundsätzliche Annahmen der Modellierung
4.3 Vorstellung eines konventionellen Referenznutzfahrzeuges
4.4 Relevante Kostenbestandteile
4.4.1 Betrachtung der zeitabhängigen Kosten
4.4.1.1 Neupreis des Fahrzeuges
4.4.1.2 Finanzierungskosten
4.4.1.3 Restwert
4.4.1.4 Versicherung und Steuern
4.4.1.5 Ladeinfrastruktur
4.4.2 Betrachtung der leistungsabhängigen Kosten
4.4.2.1 Dieselkosten und AdBlue
4.4.2.2 Stromkosten
4.4.2.3 Stromkosten an externen Ladesäulen
4.4.2.4 Mautkosten
4.4.2.5 Wartungs-, Instandhaltungs- und Schmierstoffkosten
4.4.2.6 Ersatzbatterie
4.5 Ergebnisse des Gesamtkostenmodells
4.5.1 Darstellung und Auswertung
4.5.2 Diskussion und Einordnung der Ergebnisse
5 Nutzenbewertung anhand eines Praxisfalls
5.1 Vorstellung der Bewertungskriterien
5.2 Vorstellung des Anwendungsfalls im gewerblichen Verkehr
5.3 Bewertung
6 Fazit
6.1 Zusammenfassung und Beantwortung der Forschungsfragen
6.2 Ausblick
Literaturverzeichnis
Anhang
Abstract
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Überblick zum methodischen Vorgehen
Abbildung 2: Untergliederung von Nutzfahrzeugen nach Auffassung des Kraftfahrtbundesamtes
Abbildung 3: Transportformen im Straßengüterverkehr
Abbildung 4: Entwicklung der Neuzulassungen von Nutzfahrzeugen nach zulässigem Gesamtgewicht und Zugmaschinen bis 2019 in Deutschland
Abbildung 5: Hauptverkehrsbeziehungen nach Beförderungsleistung in Deutschland (Dezember 2019)
Abbildung 6: Übersicht verschiedener Hybridkonzepte
Abbildung 7: Antriebskomponenten eines batterieelektrischen Lkws am Beispiel des Mercedes-Benz eActros
Abbildung 8: Anzahl der Ladepunkte in Abhängigkeit der Ladeleistung zum 05.11.2020
Abbildung 9: Anwendungsbereiche zum Aufbau und zur Nutzung von Ladeinfrastruktur
Abbildung 10: Verteilung der anfallenden Beförderungsleistung im Fernbereich nach Entfernungsstufen (Km) im 4. Quartal 2019
Abbildung 11: Haushaltsstrompreise im europäischen Vergleich
Abbildung 12: Prognosen zur Preisentwicklung von Batteriezellen in €/kWh
Abbildung 13: Annahmen zur antriebsspezifischen Preisentwicklung von Lkws bis 2030
Abbildung 14: Preiszusammensetzung und Entwicklung des Dieselkraftstoffes in Eurocent/Liter
Abbildung 15: Preiszusammensetzung und Entwicklung des Haushaltsstroms in Eurocent/Kilowattstunde (Stand: Juli 2020)
Abbildung 16: Finale Annahmen zur kundenspezifischen Preisentwicklung des Stroms (exkl. MwSt.) in Eurocent/Kilowattstunde bis 2030
Abbildung 17: Annahmen zur antriebsspezifischen Mautentwicklung (Eurocent/Kilometer) in Deutschland bis 2030
Abbildung 18: Jährliche Gesamtkosten bei einer Laufleistung von 120.000 km/a im Anschaffungsjahr 2021
Abbildung 19: Ergebnisdarstellung bei einer Fahrzeuganschaffung zum 01.01.2021
Abbildung 20: Ergebnisdarstellung bei einer Fahrzeuganschaffung zum 01.01.2022
Abbildung 21: Ergebnisse bei 120.000 km/a in Abhängigkeit des Anschaffungsjahres
Abbildung 22: Ergebnisse bei 130.000 km/a in Abhängigkeit des Anschaffungsjahres
Abbildung 23: Ergebnisse bei 150.000 km/a in Abhängigkeit des Anschaffungsjahres
Abbildung 24: Übersicht zu den Bewertungskriterien
Abbildung 25: Bereitgestellte Daten des Transportauftrages
Abbildung 26: Überblick zur gesamten Transporttour
Abbildung 27: Zusammenfassende Ergebnisse der Nutzenbewertung
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Ausgewählte Fahrzeugkombinationen mit zulässigem Gesamtgewicht nach Richtlinie 96/53/EWG
Tabelle 2: Übersicht der Fahrzeugklassen in Deutschland
Tabelle 3: Vergleich der durchschnittlichen Emissionen einzelner Verkehrsmittel im Güterverkehr
Tabelle 4: Ausgewählte Parameter von Batterien
Tabelle 5: Bestand an Lastkraftwagen und Sattelzugmaschinen am 01.01.2020 nach Nutzlast und Kraftstoffarten
Tabelle 6: Übersicht batterieelektrischer Nutzfahrzeuge im leichten Segment
Tabelle 7: Übersicht batterieelektrischer Nutzfahrzeuge im schweren Segment
Tabelle 8: Anteil der Kostengruppen an den Fahrzeuggesamtkosten
Tabelle 9: Überblick zu TCO-Studien im Kontext schwerer Lkws im Fernverkehr
Tabelle 10: Sattelzüge mit Dieselantrieb und deren Spezifikationen
Tabelle 11: Kostenbestandteile der Gesamtkostenbetrachtung
Tabelle 12: Ergebnismatrix des relativen Restwertes eines Scania R 450 in Abhängigkeit von Alter und Laufleistung
Tabelle 13: Einfluss der CO2-Steuer auf die Dieselpreise
Tabelle 14: Prognose der EEG-Umlage und des Strompreises bis 2030
Tabelle 15: Mautsätze der Emissionsklasse EURO 6
Tabelle 16: Pauschalen für Wartungs- und Instandhaltungskosten (inkl. Pflege) in ct/km
Formelverzeichnis
Formel 1: Aufbau der multiplen linearen Regression
Formel 2: Multiple lineare Regression mit Koeffizienten
Abkürzungsverzeichnis
ABl Amtsblatt
AC Wechselstrom (Alternating Current)
ADAC Allgemeiner Deutscher Automobil-Club
AfA Abnutzung für Abschreibung
ATZ Automobilzeitschrift
BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft
BEV Battery Electric Vehicle
BFstrMG Bundesfernstraßenmautgesetz
BR-Drs Bundesratsdrucksache
BuW Begleit- und Wirkungsforschung
CNG Compressed Natural Gas
CTO Chief Technology Officer
DC Gleichstrom (Direct Current)
EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz
EU Europäische Union
FCEV Fuel Cell Electric Vehicle
GüKG Güterkraftverkehrsgesetz
HDT Heavy-Duty Truck
IfA Institut für Automobilwirtschaft
IFW Institut für Weltwirtschaft
IWF Internationaler Währungsfond
KBA Kraftfahrt-Bundesamt
KraftStG Kraftfahrzeugsteuergesetz
kW Kilowatt
kWh Kilowattstunde
KWKG Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz
LDT Light-Duty Truck
LPG Liquefied Petroleum Gas
MDT Medium-Duty Truck
MIT Massachusetts Institute of Technology
RAP Regulatory Assistance Project
StromNEV Stromnetzentgeltverordnung
StVO Straßenverkehrs-Ordnung
StVZO Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung
StVZOAusnV Ausnahmeverordnung zur Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung
SVAG Schwerverkehrsabgabegesetz
TBO Total Benefit of Ownership
TCBO Total Cost of Benefit and Ownership
UStG Umsatzsteuergesetz
Wh Wattstunde
WtW Well-to-Wheel
zGG zulässiges Gesamtgewicht
1 Einführung
1.1 Motivation und Einordnung in den wissenschaftlichen Kontext
Die vergangenen Jahre der Automobilbranche wurden geprägt von Schlagwörtern wie zum Beispiel „Connectivity“ oder „E-Mobility“. Dabei sorgte insbesondere letzteres Thema für hitzige Diskussionen zwischen klaren Befürwortern und Skeptikern1 dieses Antriebskonzeptes. Zur Debatte stehen dabei bis heute zum einen der CO2-Fußabdruck, der Abbau seltener Erden für die Batterieproduktion sowie der erhöhte Endpreis für den Kunden. Allerdings, so scheint es, zeichnet sich ein Ende des Nischendaseins von E-Autos als Fahrzeug wohlhabender Idealisten ab. Vor allem der gesellschaftliche und öffentliche Druck, der durch Restriktionen sowie Verbote herkömmlicher Antriebstechnologien geschaffen wurde, sorgt für steigende Absatzzahlen.2 Nach der klassischen Produktionstheorie des „Economy of Scale“ lässt sich weiterhin ein stetiger Abwärtstrend bei den Preisen für Lithium-Ionen-Akkus beobachten, die einen erheblichen Teil des batterieelektrischen Fahrzeugpreises ausmachen.3
Nachdem die ersten Hürden der Elektrifizierung des individuellen Verkehrs genommen wurden, richtet sich der Fokus vermehrt auf die Nutzfahrzeugbranche, dessen Bedeutung mit dem Aufstieg des Distanzhandels ebenfalls wuchs. Daher wurde bereits im Juni 2019 eine „ Verordnung über die Änderung der CO2-Emissionsnorm für schwere Nutzfahrzeuge “ vom EU-Parlament erlassen, welche ab dem Jahr 2025 eine Verringerung der Emissionswerte um 15 bzw. ab 2030 um 30 Prozent vorsieht.4 Andernfalls sind für Hersteller hohe Strafzahlungen vorgesehen. Demnach werden Rufe nach alternativen Antriebskonzepten nun auch im schweren Nutzfahrzeugsegment laut. An dieser Stelle finden grundlegende Diskussionen zu alternativen Treibstoffen, Hybrid-Systemen sowie vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen statt, wobei Erstere auf dem Weg hin zur CO2-neutralen Mobilität in weiten Teilen als Übergangslösung kommuniziert werden.5 Demnach betont u. a. der Vorstandsvorsitzende von „Daimler Trucks and Buses“ Martin Daum, dass ein CO2-neutraler Transport „ […] nur mit batterieelektrischem Antrieb oder auf Basis von Wasserstoff […] “ funktionieren kann, weshalb der Konzern sich schon heute dementsprechend ausrichtet.6 In Hinblick auf den elektrischen Antrieb zeichnen sich insgesamt drei unterschiedliche Ansätze ab, die durch die Quelle der Energiebereitstellung voneinander abgegrenzt werden. Neben den bereits genannten batterieelektrischen sowie auf Wasserstoff basierenden Fahrzeugen gibt es weiterhin Nutzfahrzeuge, die ihren Strom hauptsächlich über Oberleitungen beziehen. Zu allen drei Konzepten bestehen bis zum heutigen Zeitpunkt entsprechende Feldversuche und zum Teil erste, auf dem Markt erhältliche Angebote.7
Im Gegensatz zu den Kaufkriterien eines Privatautos, zu denen unter anderem Design und Image zählen, wird ein reines Nutzfahrzeug aus Unternehmenssicht als Investitionsgut zur Gewährleistung des Geschäftsbetriebes und damit gleichzeitig als Kostenfaktor angesehen.8 Insbesondere im Verteilerverkehr, der sich durch kurze, regelmäßige Strecken auszeichnet, werden bereits rein batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge eingesetzt. Umstritten ist allerdings weiterhin der Einsatz derartiger Lastkraftwagen (Lkws) im Bereich des Fernverkehrs, bei dem weitaus höhere Tageslaufleistungen anfallen. So wurde noch 2014 im „Working Paper“ des Öko-Instituts e. V. konstatiert, dass mit „[…] zunehmender Fahrzeuggröße und Fahrleistung […] für die technische Umsetzbarkeit Anforderungen an die Batterietechnologie gestellt […]“ werden, die wiederum „[…] mittelfristig nicht erfüllt werden können “.9 Überdies bestätigte das Beratungshaus Deloitte, dass selbst mit Annahmen neuester Technologien keine Kostenparität zwischen Elektro- und Dieselantrieb bestehen wird und damit die Marktetablierung des alternativen Antriebes mindestens bis zum Jahr 2026 enorm gehemmt wird.10 Um der wirtschaftlichen Diskrepanz entgegenzuwirken, beschloss der Bundestag allerdings entsprechende Maßnahmen in jüngerer Vergangenheit. Daher sind beispielsweise Nutzfahrzeuge mit alternativem Antrieb seit 2019 per Bundesfernstraßenmautgesetz von der Lkw-Maut befreit.11 Gleichzeitig treten vermehrt neue Akteure der Nutzfahrzeugindustrie mit eigenen Produkten am Markt an. Jüngstes Beispiel lieferte der US-amerikanische Autohersteller Tesla mit der Ankündigung des „Semi Truck“. Wider Erwarten einiger Studien ist dieser bereits heute mit einer Reichweite von bis zu 800 Kilometern vorbestellbar.12 Nicht zuletzt aufgrund häufiger Verschiebungen des Produktionsstarts wird diese Ankündigung in der Fachpresse jedoch bis heute belächelt. Dass es auch anders geht, zeigt das Beispiel des schweizerischen Herstellers Designwerk, der bereits Ende des Jahres den ersten E-Lkw mit vergleichbarer Reichweite an den Dienstleister DPD übergibt.13
Wie in den oben aufgeführten Punkten zu sehen, ist dieser Themenbereich nicht nur höchst aktuell, sondern auch einer hohen Dynamik unterlegen. Daher gründet die vorliegende Abschlussarbeit auf der Idee, einen Status Quo zum Markt von alternativen Nutzfahrzeugen einzufangen, wobei vorzugsweise technische Restriktionen und bisherige Absatzzahlen beleuchtet werden. Zusätzlich wird das ökonomische Potenzial des rein batterieelektrischen Antriebskonzepts anhand einer eigens angefertigten Gesamtkostenrechnung bewertet, worin insbesondere Preisentwicklungen einzelner Kostenbausteine berücksichtigt werden. Zur Konkretisierung des Sachverhaltes wird die hergeleitete Gesamtkostenrechnung auf einen Anwendungsfall übertragen. Zusätzlich erfolgt eine qualitative Machbarkeitsbewertung anhand relevanter Kriterien.
1.2 Zielsetzung
Ziel dieser Masterthesis ist es, einen aktuellen Stand als auch zukünftigen Ausblick zum Einsatz batterieelektrischer Nutzfahrzeuge unter ökonomischen Gesichtspunkten zu geben. Einleitend wird dazu eine Übersicht zur Elektromobilität im Nutzfahrzeugbereich gegeben, aus der u. a. alle Fahrzeugklassen und Antriebskonzepte hervorgehen. Im Anschluss werden die generellen Kostenfaktoren von Nutzfahrzeugen vorgestellt. Der Kern der Arbeit bildet eine Kostenrechnung anhand des TCO-Konzepts (Total Cost of Ownership), mithilfe derer eine wirtschaftliche Bewertung vorgenommen wird. Basis bildet ein konventionelles, dieselbetriebenes Referenzfahrzeug, dessen Gesamtkosten im späteren Verlauf mit denen eines batterieelektrischen Pendants verglichen werden. Zur Berechnung der einzelnen Kostenbestandteile schaffen besonders aktuelle, öffentlich zugängliche Daten die Grundlage hierfür. Dazu erfolgt eine Diskussion von Berechnungsansätzen sowie Annahmen vorheriger Studien, die mitunter in dieser Arbeit Anwendung finden. Die für das Jahr 2020 ermittelten Ergebnisse dienen als Aufsatzpunkt für entsprechende Prognosen bis 2030, welche ebenfalls auf eine Vielzahl veröffentlichter Prognosen gestützt werden. Zukünftige Unsicherheiten finden gleichzeitig durch entsprechende Sensitivitätsanalysen in Form von Szenarien Berücksichtigung. Anhand der Ergebnisse soll die folgende Hauptforschungsfrage beantwortet werden:
Kann ein batterieelektrischer Lkw im Fernverkehr prinzipiell eine Kostenparität oder gar einen Kostenvorteil gegenüber einem herkömmlichen Lkw erlangen und sich damit nachhaltig im Markt etablieren?
Auf Grundlage dieser Hauptforschungsfrage werden im Laufe der Untersuchung dieser Abschlussarbeit folgende Teilforschungsfragen beantwortet:
Welche alternativen Antriebskonzepte gibt es im Nutzfahrzeugsektor?
Welche dieser Konzepte konnten sich bereits am Markt etablieren?
Was sind die speziellen Herausforderungen im Fernverkehr?
Welche Kostenfaktoren sind entscheidungsrelevant?
Welche Entwicklungen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisse?
Welche technischen Restriktionen sind zu erwarten?
Um die Haupt- und Teilforschungsfragen beantworten zu können, werden im Rahmen dieser Abschlussarbeit unterschiedliche Forschungsmethoden angewendet. Bei den Forschungsmethoden handelt es sich um eine systematische Literatur- und Internetrecherche und um eine quantitative Gesamtkostenrechnung. Die systematische Literatur- und Internetrecherche wird im ersten Teil der Abschlussarbeit genutzt, um ein grundlegendes Verständnis für Elektromobilität und Nutzfahrzeuge zu schaffen, was zum einen für die inhaltliche Abgrenzung sowie für weitere Ausführungen zur technischen Entwicklung besonders wichtig ist. Im zweiten Teil der Abschlussarbeit erfolgt die detaillierte Berechnung nach dem klassischen Gesamtkostenprinzip, um Aussagen über die Wirtschaftlichkeit des Antriebskonzepts tätigen zu können.
1.3 Überblick über das methodische Vorgehen
Die Arbeit ist insgesamt in sechs Hauptkapitel unterteilt. Im ersten Kapitel wird der Leser an die grundlegende Zielsetzung sowie an das methodische Vorgehen dieser Arbeit herangeführt, um im späteren Verlauf, dem Ziel entsprechend, aussagekräftige Ergebnisse zu erlangen. Dazu werden im darauffolgenden Kapitel zunächst theoretische Grundlagen vermittelt, aus denen u. a. hervorgeht, wonach Nutzfahrzeuge klassifiziert werden und welche alternativen Antriebskonzepte zur gegenwärtigen Zeit bestehen.
Im dritten Kapitel wird schließlich der Fokus auf die Wirtschaftlichkeit von Nutzfahrzeugen gelegt. Dazu wird zunächst ein Überblick über die generellen Kostenfaktoren gegeben, die insbesondere auf Seiten der Spediteure bzw. Transportunternehmen für den täglichen Gebrauch dieses Investitionsgutes anfallen. Anschließend werden bisherige Expertenmeinungen und Studien herangezogen, um die Brisanz dieses Themas zu verdeutlichen. Demnach gibt es bei Fernverkehr-Lkws Nutzungsanforderungen und Merkmale, die einen batterieelektrischen Betrieb limitieren. Auch diese Herausforderungen werden an dieser Stelle benannt und erläutert.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Überblick zum methodischen Vorgehen
Quelle: Eigene Darstellung
Das vierte Kapitel beinhaltet das Herzstück dieser Arbeit – die Gesamtkostenrechnung. Dabei wird im Vorfeld der Berechnung das grundlegende Prinzip des Instruments dargestellt und weiterhin die Frage geklärt, weshalb sich diese für eine ökonomische Analyse von Investitionsgütern eignet. Im Anschluss wird ein konventionelles Referenzfahrzeug definiert, welches auf der Grundlage marktüblicher Lkws entwickelt wird. Daraufhin erfolgt die sukzessive und detaillierte Berechnung aller zur Gesamtkostenrechnung zugehörigen Kostenfaktoren. Im Zuge dessen wird eine Unterscheidung zwischen fixen (laufleistungsunabhängigen) sowie variablen (laufleistungsabhängigen) Kosten vorgenommen. Die anschließende Ergebnisauswertung basiert auf den erläuterten Kostenkomponenten, welche in Abhängigkeit zur Laufleistung und zum Anschaffungszeitpunkt stehen. Das fünfte Kapitel integriert weitere, vielmehr qualitative Kriterien, anhand derer eine Bewertung für einen konkreten Praxisfall vorgenommen wird.
Den Abschluss dieser Arbeit bildet das Fazit mit einer Zusammenfassung sowie dem Aufzeigen des weiteren Forschungsbedarfs.
2 Elektromobilität im Nutzfahrzeugsegment
Dieses Kapitel vermittelt zunächst einen Überblick zum Nutzfahrzeugsegment, vor allem zur Einordnung dieser Arbeit im Kontext vorliegender Begriffsdefinitionen. Daraufhin wird ein Einblick in die branchenübliche Klassifizierung von Nutzfahrzeugen gegeben, bevor ein Abriss zu den eigentlichen Antriebskonzepten bzw. deren Alternativen erfolgt. Der letzte Teil schließt mit einer Marktübersicht ab, wobei der Schwerpunkt bereits auf dem batterieelektrischen Antrieb liegt.
2.1 Nutzfahrzeugsegment im Überblick
2.1.1 Definition und Abgrenzung
Das Kraftfahrtbundesamt definiert ein Nutzfahrzeug als „ Kraftfahrzeug, das auf Grund seiner Bauart zum Transport von Personen, Gütern und/oder zum Ziehen von Anhängefahrzeugen bestimmt ist.“14 Demnach werden Nutzfahrzeuge gemäß ihres Einsatzzwecks in Kraftomnibusse, Lastkraftwagen und Zugmaschinen unterteilt (siehe Abbildung 2). Während Kraftomnibusse für den Transport von Personen eingesetzt werden, umfasst der Tätigkeitsbereich von Lastkraftwagen und Zugmaschinen hauptsächlich den Transport von Gütern.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Untergliederung von Nutzfahrzeugen nach Auffassung des Kraftfahrtbundesamtes
Quelle: Eigene Darstellung nach Definitionen vom Kraftfahrt-Bundesamt, 2020a, S. 23 f., 36
Wohingegen ein Lkw einen integrierten Aufbau besitzt, in dem Güter verstaut werden, benötigt beispielsweise eine Sattelzugmaschine einen zusätzlichen Sattelanhänger (auch Auflieger genannt), um den Transport von Gütern zu ermöglichen. Aufgrund des Schwerpunktes dieser Arbeit, werden in den weiteren Betrachtungen nur Nutzfahrzeuge des Güterverkehrs herangezogen. Demnach wird der Begriff Nutzfahrzeug grundsätzlich als Sammelbegriff für Lastkraftwagen und Sattelzugmaschinen verwendet. An dieser Stelle sei erwähnt, dass in weiteren Ausführungen die Kurzform „Lkw“ als Synonym zur Sattelzugmaschine fungiert. In Fällen, in der es der konkreten Ansprache der Nutzfahrzeugart bedarf, wird dies an entsprechender Stelle berücksichtigt.
2.1.2 Nutzfahrzeugklassen und Einsatzgebiete
Naturgemäß steht der wirtschaftliche Nutzen im Vordergrund eines jeden Nutzfahrzeuges, weshalb Eigenschaften, die diesen beeinflussen können, besonders im Fokus stehen. Grundsätzlich bemisst sich das zulässige Gesamtgewicht (zGG) als Summe aus dem Leergewicht des betriebsfähigen Fahrzeuges und der zulässigen Nutzlast.15 Letztere spielt in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit eine besonders wichtige Rolle. Aufgrund von Vorschriften des deutschen Gesetzgebers, die u. a. die maximale Achslast festlegen, wird die Nutzlast maßgeblich durch die Anzahl der Achsen bestimmt. Auf Basis der europäischen Richtlinie 96/53/EWG aus dem Jahr 1996 gehen in Abhängigkeit der Fahrzeugkombination unterschiedliche Gesamtgewichte hervor. Dabei gibt es unterschiedliche Faktoren, die die jeweilige Achslast beeinflussen. Dazu gehören z. B. die Abstände bei Doppel- oder Dreifachachsen. In der deutschen Gesetzgebung ist die o. g. Richtlinie im § 34 der Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) verankert, in der es vereinzelte Abwandlungen gibt.16
Tabelle 1: Ausgewählte Fahrzeugkombinationen mit zulässigem Gesamtgewicht nach Richtlinie 96/53/EWG
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Hilgers M., 2016b, S. 29
Gemäß Artikel 4 der aktuellen Verordnung 2018/858 des Amtsblattes L 151/1 werden Fahrzeuge mit vordergründigem Einsatz im Güterverkehr auf Basis der zulässigen Gesamtmasse in folgende Klassen unterteilt:
- Klasse N1 bei einem zGG von maximal 3,5 Tonnen,
- Klasse N2 bei einem zGG von mehr als 3,5 Tonnen bis maximal 12 Tonnen und
- Klasse N3 bei einem zGG von mehr als 12 Tonnen.17
In Deutschland hat sich hingegen eine ausführlichere Klassifizierung vor allem aufgrund von gesetzlichen Rahmenbedingungen entwickelt.18 Tabelle 2 zeigt die fünf Gewichtsklassen auf Grundlage der StVZO.19 20 Eine ähnliche Klassifizierung wurde auch für die ab 01.Januar 2019 neu eingeführten Mautsätze herangezogen. Überdies haben sich im allgemeinen Sprachgebrauch die Bezeichnungen „leichte“ und „schwere“ Nutzfahrzeuge etabliert, die ihrer Fahrzeugklasse entsprechend typische Einsatzgebiete abdecken.
Tabelle 2: Übersicht der Fahrzeugklassen in Deutschland
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung
Der aufgrund seiner kastenähnlichen Bauform benannte Kastenwagen ist ein klassisches Beispiel für ein leichtes Nutzfahrzeug, welches u. a. als Baustellen- oder Zustellfahrzeug genutzt wird. Gemäß des Güterkraftverkehrsgesetzes zählen leichte Nutzfahrzeuge unter 3,5 Tonnen allerdings nicht zu den Lastkraftwagen.21 22 23 Dennoch machen sie den mit Abstand größten Anteil von Neuzulassungen im Nutzfahrzeugsektor aus (siehe Kapitel 2.1.4). Zu der Gattung der leichten Lastkraftwagen zählen beispielsweise 2-achsige Pritschenwagen24, die häufig bei der Auslieferung im Nah- und Regionalverkehr eingesetzt werden.
Demgegenüber ist das Einsatzgebiet schwerer Nutzfahrzeuge überwiegend im Güterfernverkehr zu verzeichnen. Dabei kann es sich um einen Solo-Lkw, Solo-Lkw mit Gliederzug oder um eine Fahrzeugkombination in Form eines Sattelzuges handeln. In der Regel liegt das maximale Gesamtgewicht bei 40 Tonnen. Ausnahmen bilden Fahrten im kombinierten Verkehr, die zusätzlich Schienen- oder Binnenschifffahrt einbinden. Hier sind bis zu 44 Tonnen zulässig.25
Einen weltweiten Standard gibt es für die oben genannten Fahrzeugklassen nicht. Im angelsächsischen Raum trifft man an dieser Stelle häufig auf die Bezeichnungen „Light-Duty Truck“ (LDT), „Medium-Duty Truck“ (MDT) sowie „Heavy-Duty Truck“ (HDT), wobei die Gewichtsgrenzen im Ausland zu denen in Deutschland bzw. der EU variieren können.26 Demnach wird in den USA beispielsweise ein Fahrzeug als HDT bzw. schwerer Lkw ab 16 Tonnen bezeichnet.27 Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wird auf die in Tabelle 2 aufgezeigte Klassifizierung zurückgegriffen.
2.1.3 Transportformen
Die Vielzahl von Aufbau- und Aufliegertypen hängt insbesondere mit dem breiten Aufgabenspektrum zusammen, welches Nutzfahrzeuge tagtäglich abdecken müssen. Zu den Aufgabenbereichen von Nutzfahrzeugen zählt u. a. der Transport von Stückgut, Containern, Schüttgut, fossilen Brennstoffen sowie Schwerlasten.28 Diese Ladungen können derweil über verschiedene Transportformen vom Versender (Quelle) zum Empfänger (Senke) bewegt werden.
Eine Transportform stellt die sogenannte Komplettladung dar, bei der die Gütermenge lediglich mit einem Transportmittel ausgeführt wird. In Veröffentlichungen des Kraftfahrt-Bundesamtes (KBA) wird diese Form auch als Einzelfahrt bezeichnet. Da der Dispositionsaufwand verhältnismäßig gering ausfällt, haben zum einen die Wahl der Strecke, zum anderen die Verwendung eines geeigneten Transportmittels den größten Einfluss auf die Kosten.29 Einzelfahrten mit Etappen von 350–400 Kilometer sind vor allem im Fernverkehr üblich.30
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Transportformen im Straßengüterverkehr
Quelle: Dabidian P., Langkau S., 2020, S. 146
Im Gegensatz dazu fallen bei Teilladungen mehrere Umschlagsvorgänge an. Teilladungsverkehre entstehen zumeist dann, wenn ein einzelner Transportauftrag nicht die vollumfängliche Kapazität des Transportmittels auslastet und daher weitere Teilladungen im Quellgebiet aufgenommen und im entsprechenden Gebiet der Senke abgeladen werden. Allerdings steigt mit den zusätzlichen Fahrtwegen insgesamt die Transportdauer je Teilladung. Dazu kommt eine geringere Auslastung des Frachtraumes, was schlussendlich in höhere Transportkosten resultiert. Um den wirtschaftlichen Betrieb aufrecht zu erhalten, empfiehlt es sich, für die Rückfahrt entsprechende Rückladungen im Gebiet der Senke zu organisieren.31
Sammelverkehre ermöglichen hingegen den wirtschaftlichen Transport von kleinteiligeren Ladungen, die z. B. durch Kurier,- Express- und Postdienstleister (KEP-Dienste) im Quellgebiet konsolidiert und für den eigentlichen Fernverkehr als Sammelladung vorbereitet werden. Nach dem umgekehrten Prinzip wird diese Ladung nach Ankunft von den zumeist schweren Nutzfahrzeugen am Zielort wieder verteilt (Verteilerverkehr).32
2.1.4 Überblick zum Straßengüterverkehr in Deutschland
Die Nutzfahrzeugbranche erlebt seit vielen Jahren ein stetiges Wachstum, was sich auch in den zurückliegenden Neuzulassungszahlen des Kraftfahrt-Bundesamtes in Abbildung 4 widerspiegelt. Demnach stieg die Zahl von neuzugelassenen Lkw und Zugmaschinen zwischen den Jahren 2009 und 2019 um circa 92 Prozent. Den größten Vorschub dabei leisteten Nutzfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht von bis zu 3.500 Kilogramm. Unter anderem ist dies auf den wachsenden Markt des Online-Handels und damit auf die steigende Nachfrage von KEP-Dienstleistern nach entsprechenden Fahrzeugen (z. B. Kastenwagen) zurückzuführen.33 Unter den schweren Nutzfahrzeugen kommt die Sattelzugmaschine einem „Standardfahrzeug“ am nächsten, da verschiedenste Auflieger kompatibel sind und die Sattelzugmaschine entsprechend flexibel einsetzbar ist. Daher fällt der Anteil dieser Fahrzeuggattung gemessen an den Neuzulassungen im schweren Lkw-Segment auch am höchsten aus.34
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: Entwicklung der Neuzulassungen von Nutzfahrzeugen nach zulässigem Gesamtgewicht und Zugmaschinen bis 2019 in Deutschland
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten vom Kraftfahrt-Bundesamt, 2020b bzw. Kraftfahrt-Bundesamt, 2021
Deutschlandweit zählen rund 5,9 Millionen Nutzfahrzeuge zum Fahrzeugbestand (Stand: 01.01.2020).35 Im Bereich des Güterverkehrs zählt der Straßengüterverkehr damit zum bedeutendsten Verkehrsträger.36
Aus einer Veröffentlichung des KBA zum Verkehr deutscher Lastkraftfahrzeuge geht die Fahrleistung (bei Fahrten mit Ladung) untergliedert nach Fahrzeugart und Achsenzahl hervor. Dabei wird deutlich, dass die größten Entfernungen je Fahrt mit Lastkraftwagen mit zusätzlichem Anhänger oder Sattelzugmaschinen (mit Anhänger) durchgeführt werden. Mit bedeutendem Abstand wird die höchste Beförderungsleistung37 von zweiachsigen Sattelzugmaschinen mit dreiachsigen Anhängern ausgeführt.38 Dies lässt sich auf das Nutzlastpotenzial und die Option einer durchgängigen Be- und Entladung zurückführen, die insbesondere im Speditions-Fernverkehr als wichtige Attribute gelten.39 So fallen nach Angaben des KBA mit 93.136 Kilometern die durchschnittlich höchsten Jahreslaufleistungen bei Sattelzugmaschinen an. Zum Vergleich: Lastkraftwagen über 7,5 Tonnen legen im Durchschnitt lediglich 38.158 Kilometer im Jahr zurück.40 Auffällig ist der geringe Auslastungsgrad von beladenen Fahrten über alle Fahrzeugarten hinweg, der lediglich 56,4 Prozent beträgt, während der Anteil von Leerfahrten an allen Fahrten insgesamt rund 37 Prozent ausmacht.41 Zu der weitaus größten aller vom KBA definierten Haltergruppen zählt „Verkehr und Lagerei“.42 Dabei fielen rund 57 Prozent aller durchgeführten Beförderungsleistungen an. Auf Halter, die der Gruppe „Herstellung von Waren“ zuzuordnen sind, gingen lediglich 4 Prozent hervor.43
Weiterhin werden vom KBA Zahlen zur Hauptverkehrsbeziehung veröffentlicht. Mit Einzelfahrten, worin u. a. Pendelfahrten und Fahrten im kombinierten Verkehr inbegriffen sind, werden nach eigenen Berechnungen circa 90 Prozent der tatsächlichen Leistung abgedeckt. Dementsprechend entfallen 10 Prozent auf Abschnittsfahrten. Darunter fallen Sammelfahrten, der Verteilerverkehr sowie Sammel- und Verteilerfahrten.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Hauptverkehrsbeziehungen nach Beförderungsleistung in Deutschland (Dezember 2019)
Quelle: Eigene Berechnung und Darstellung mit Daten vom Kraftfahrt-Bundesamt, 2020d, S. 32 f.
2.1.5 Motive für den Umstieg auf alternative Antriebsformen
Auf globaler Ebene sind es vor allem die Abhängigkeit von Ölreserven, daraus entstehende Abhängigkeiten von den Förderländern sowie die Sorge über den Klimawandel und dessen Folgen, die seit jeher Menschen dazu bewegen, nach alternativen Lösungen zum bereits bestehenden Antriebsstrang zu forschen. Heutzutage werden politische Entscheidungen allerdings zumeist mit dem Schutz des Klimas begründet.44 Mit dem Instrument der Steuererhöhung in Form einer sogenannten „CO2-Steuer“ werden so z. B. ab 2021 fossile Energieträger stärker belastet.45 Welche Auswirkungen dies auf die Preise an der Tankstelle für den Endkunden hat, wird in Abschnitt 4.4.2.1 erläutert. Auf diese Weise zielt die Bundesregierung auf eine verursachergerechte Bepreisung ab, um die Etablierung alternativer Energieträger zu fördern. Dies bedeutet zunächst einmal einen höheren Kostendruck auf der Seite von Logistikdienstleistern, schließlich spielt der klassische Verbrenner-Antrieb die dominierende Rolle im Nutzfahrzeugsektor (siehe Abschnitt 2.3). Dabei zeigt das Umweltbundesamt (siehe Tabelle 3), dass Nutzfahrzeuge ab 3,5 Tonnen im Vergleich zu anderen Verkehrsmitteln des Güterverkehrs vor allem in Hinblick auf die Treibhausgase die mit Abstand größten Emittenten sind.
Tabelle 3: Vergleich der durchschnittlichen Emissionen einzelner Verkehrsmittel im Güterverkehr
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Umweltbundesamt, 2020
Nicht zuletzt deshalb rückt nun auch die Nutzfahrzeugbranche ins Visier der Europäischen Union (EU). Diese erließ im Sommer 2019 eine Verordnung für schwere Nutzfahrzeuge, nach der eine sukzessive Verringerung der Emissionswerte46 zwischen 2025 und 2030 um insgesamt 30 Prozent zum Referenzjahr 2019/2020 vorgesehen ist.47 Damit steigt vor allem der Druck auf Herstellerseite im Nutzfahrzeugsegment andere Wege zu gehen, da ihnen bei Nichteinhaltung der Grenzwerte entsprechende Strafzahlungen drohen. Diese sollen laut eines Amtsblatts der Europäischen Union 4.250 Euro pro Gramm an überschrittenem CO2-Ausstoß auf 1.000 Kilometern je neuzugelassenem Fahrzeug betragen. Ab 2030 wird der Satz erhöht und beläuft sich dann auf 6.800 Euro.48 Ob und inwiefern die Hersteller in Hinblick auf ihr Produktportfolio bisher darauf reagiert haben, wird in Kapitel 2.3 mit einer Marktübersicht dargestellt.
Vorrangig alternative Produkte auf den Markt zu bringen, reicht allerdings nicht, um den Auswirkungen des Klimawandels entgegen zu wirken. Letztendlich müssen die Produkte auch von den zumeist gewerblichen Kunden angenommen werden. Um die höheren Preise eines Fahrzeuges mit alternativem Antrieb im Vergleich zu einem gewöhnlichen Fahrzeug abzufangen, wurden unterschiedliche Fördermaßnahmen der Bundesregierung ins Leben gerufen. Dazu gehören die direkte Förderung beim Fahrzeugkauf, das Aussetzen der Kfz-Steuer und der Entfall gebührenpflichtiger Autobahnen, welche allerdings auf bestimmte Zeit angesetzt sind. Welchen Einfluss die soeben aufgeführten Maßnahmen auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ausüben, legt Kapitel 4 in einer ausführlichen Abhandlung dar.
2.2 Ergänzungen zum konventionellen Triebstrang und alternative Antriebskonzepte
Die Geschichte des serienreifen Dieselmotors im Nutzfahrzeugbereich begann in den 1920er Jahren als der Lastkraftwagen mit der Bezeichnung OB 2 von Benz & Cie. erstmals vom Band lief. Bis dahin galt diese Motorengattung, die auf Direkteinspritzung beruht, als zu schwer und groß, um in leichte Lkws eingebaut zu werden.49 Darin lassen sich Parallelen zu den heutigen Herausforderungen batterieelektrischer Antriebe ziehen (siehe Abschnitt 3.3).
Bis heute gilt der Dieselmotor als weltweit bevorzugte Antriebsquelle in Nutzfahrzeugen, da dieser trotz stetigen Anstieges der Motorleistungen seine Effizienz in der Vergangenheit verbessern konnte. Dies liegt nicht zuletzt an der weiterentwickelten Getriebe- und Motorentechnik sowie verbesserter Aerodynamik.50 Schließlich gelten in diesem Segment seit jeher Effizienz steigernde Maßnahmen als obligatorisch im Lastenheft der Produzenten, da zu ihren Abnehmern hauptsächlich kostensensible Kunden zählen. Dennoch ist die Forschung laufend auf der Suche nach Ergänzungen zum konventionellen Triebstrang bzw. vollständig alternativen Antriebskonzepten.
Entsprechende Ergänzungen zum Dieselaggregat (z. B. der Hybridantrieb) dienen hauptsächlich der Effizienzsteigerung und sind daher im Kontext des Klimawandels als Zwischenlösung anzusiedeln. Demgegenüber könnten grundlegende Alternativen bzw. elektromobile Antriebskonzepte die in Abschnitt 2.1.5 genannten Probleme in Zukunft lösen.51 Sowohl die Übergangslösungen als auch langfristigen Alternativen werden nun in den folgenden Abschnitten erläutert.
2.2.1 Alternative Kraftstoffe
Als eine mögliche Ergänzung des herkömmlichen Dieselmotors gelten alternative Kraftstoffe, mit dem Ziel, den Anteil des fossilen Diesels zu verringern. Demnach kann es sich um eine Beimischung oder auch einen gänzlichen Austausch des Dieselkraftstoffes handeln. Zu den bekannten Vertretern alternativer Energieträger gehören Biodiesel und Erdgas, die beide einen geringeren CO2-Ausstoß verursachen. Ersterer ist zudem biologisch abbaubar und wird zum Beispiel durch ölhaltige Pflanzen, Fette oder biologische Reststoffe gewonnen.52 Allerdings bestehen weitläufige Vorbehalte u. a. gegenüber der durchgehenden Qualitätsgewährleistung. Erdgas findet hingegen vor allem aufgrund günstiger Preise Anklang im Nutzfahrzeugsegment, nicht zuletzt angesichts gesetzlicher Vorteile durch den Bund.53 Laut Berechnungen des Erdgas e.V. auf Basis von Zahlen des KBA wuchs zum 1.1.2020 der Bestand von Erdgas-Lkws über 12 Tonnen um 72%, bei Zugmaschinen gar um 287% gegenüber dem Vorjahreszeitraum.54 Weiterhin finden Erprobungen mit Wasserstoff in Verbrennungsmotoren statt, die den Diesel gänzlich ersetzen sollen.55
2.2.2 Elektromobile Antriebskonzepte
Unter den Begriff „Elektromobile Antriebskonzepte“ fallen sämtliche Fortbewegungsmittel, die teilweise oder gänzlich elektrisch angetrieben werden. Dabei spielt es keine Rolle, aus welcher Quelle die Energie bezogen wird.56 In den folgenden Abschnitten werden einzelne Antriebskonzepte in einem allgemeingültigen Überblick dargestellt, die zum heutigen Zeitpunkt auch als potenzielle Nachfolger des herkömmlichen Dieselaggregats in Nutzfahrzeugen diskutiert bzw. erprobt werden.
Mit dem Terminus „Hybride“ verbindet man in der Biologie unter anderem ein, aus der „ […] Kreuzung verschiedener Rassen hervorgegangenes Tier“.57 Anders als in der Tierwelt, wird diese Bezeichnung in der Automobilindustrie als Vereinigung zweier Antriebskonzepte verstanden. Dabei besitzt ein Hybridfahrzeug mindestens zwei Energiewandler in Form eines Elektro- und Verbrennungsmotors sowie zwei Energiespeicher in Form eines Tanks und einer Batterie. Aus Abbildung 6 gehen unterschiedliche Integrationsstufen bzw. Elektrifizierungsgrade des Antriebskonzeptes hervor. So besitzt ein „Plug-In-Hybrid“ (PHEV) im Vergleich zu einem „parallelen Hybrid“ eine am Netz aufladbare Batterie, welche i. d. R. eine höhere Kapazität aufweist und damit rein elektrisches Fahren auch auf längeren Distanzen ermöglicht. Demgegenüber bietet der parallele Hybrid hauptsächlich eine Unterstützungsfunktion für den Verbrennungsmotor an, um insgesamt einen effizienteren Betrieb zu ermöglichen. Diese Hybridkonzept wird bislang im Lkw-Segment favorisiert.58
Eine wesentliche Funktion des Hybridkonzepts im Allgemeinen als auch bei den folgenden elektrischen Antriebskonzepten stellt die Energierückgewinnung bei Bremsmanövern dar. Demzufolge sind im Fernverkehr aufgrund der wenigen Unterbrechungen lediglich geringe Kraftstoffeinsparungen von 4-7 Prozent möglich, wohingegen sich das Potenzial zum Beispiel bei Linienbussen im Stadtverkehr bei bis zu 30 Prozent bewegt.59
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Übersicht verschiedener Hybridkonzepte
Quelle: Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg, et al., 2010, S. 8
Dennoch weist diese Technologie die bislang geringste Akzeptanz im Nutzfahrzeugbereich auf. Maßgebend dafür sind höhere Kosten durch mehrfach installierter Antriebsleistung.60 Eine besondere Art des Hybridantriebes stellen Oberleitung-Lkws dar, die ihren Strom während der Autobahnfahrt über entsprechende Oberleitungen beziehen und damit längere Strecken vollelektrisch fahren können. Allerdings werden hier ähnliche Nachteile wie jene des reinen Hybridfahrzeuges angeführt.61
Beim Wasserstoff- und Brennstoffzellenantrieb wird der Wasserstoff nicht als Kraftstoff herangezogen, sondern als Energieträger für die Brennstoffzelle, mithilfe derer elektrischer Strom erzeugt wird, um schlussendlich den Elektromotor anzutreiben.62
Ein herkömmlicher Antriebsstrang fällt demnach weg, was ein lokal emissionsfreies Fahren ermöglicht. Die unter der angelsächsischen Abkürzung „FCEV“63 bekannten Fahrzeuge verfügen über eine Batterie, in die u. a. zurückgewonnene Energie durch Rekuperation eingespeist wird.64 Allerdings gibt es auch bei diesem Antriebskonzept Markthemmnisse wie z. B. die bisher hohen Herstellungskosten oder die fehlende bzw. teure Infrastruktur.65 Jedoch existieren bereits einige Leuchtturmprojekte, in denen Kleinserien-Nutzfahrzeuge erprobt werden.66
Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit liegt auf dem batterieelektrischen Antrieb (BEV),67 der sich vornehmlich durch seinen relativ einfachen Aufbau auszeichnet (siehe Abschnitt 2.2.3). Wie der Brennstoffzellenantrieb, erlaubt auch dieses Antriebskonzept lokal emissionsfreies Fahren.68 Allerdings besteht hierbei der Vorteil, dass Strom an nahezu allen Orten in Form eines engmaschigen Stromnetzes vorhanden ist, wohingegen Wasserstofftankstellen nicht nur errichtet, sondern auch regelmäßig beliefert werden müssen. Überdies entfallen die bei der Wasserstoffgewinnung und Kompression entstehenden Verluste. Demnach kann der
batterieelektrische Antrieb mit 66 bis 75 Prozent den besten Wirkungsgrad vorweisen – ausgehend von der Stromproduktion bis zur Umsetzung der Energie auf das Fahrzeugrad (auch Well-to-Wheel-Wirkungsgrad bzw. WtW genannt).69
Ein Vergleich unterschiedlicher Antriebe im Automobilbereich zeigt außerdem, dass die durchschnittlichen CO2-Emissionen in einer WtW-Betrachtung beim rein elektrischen Antrieb mit 10,0 kgCO2/100km am niedrigsten liegen. Angesetzt wurde hierzu der deutsche Strom-Mix. Ein Diesel-Äquivalent stößt hingegen 21,6 kgCO2/100km aus.70
2.2.3 Wesentliche Komponenten eines batterieelektrischen Nutzfahrzeugs
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, liegt ein bedeutender Vorteil des batterieelektrischen Antriebskonzepts in seinem relativ einfachen Aufbau. Aus Abbildung 7 gehen unterschiedlichste Bestandteile hervor, wie z. B. der Kühler und die Ladesteuerung.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7: Antriebskomponenten eines batterieelektrischen Lkws am Beispiel des Mercedes-Benz eActros
Quelle: Daimler, 2018a
Zu den größeren Teilen gehören hingegen der Motor mit Getriebe und die Batteriemodule, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Fahrzeuges haben und daher in den folgenden Abschnitten einer gezielten Betrachtung unterliegen.
2.2.3.1 Motor und Getriebe
Mithilfe des Elektromotors (auch E-Maschine genannt) wird Strom in Bewegungsenergie umgesetzt. Daher bildet er eines der zentralen Bauteile eines elektrischen Antriebsstrangs. Der Motor kann in unterschiedlichen Bauformen in Erscheinung treten. Dennoch bleibt das Grundprinzip des elektromagnetischen Wandlers, bei dem elektrische in mechanische Energie umgewandelt wird, stets gleich.71 Doch auch in umgekehrter Form findet die E-Maschine ihren Einsatz als Generator, bei dem überflüssige Bewegungsenergie (z. B. bei einem Bremsvorgang) in elektrische Energie transformiert wird.72 Darüber hinaus weisen sie eine hohe Lebensdauer auf und zeichnen sich im Vergleich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor durch geringere Wartungskosten aus (mehr dazu siehe Abschnitt 4.4.2.5). Als konstruktive Vorteile werden u. a. die grundsätzlich geringeren Abmessungen, Gewichte und die überwiegende Vereinfachung bzw. der gänzliche Wegfall von Kupplung und Getriebe angeführt. Insgesamt kommt ein Elektromotor so auf einen Wirkungsgrad zwischen aufgenommener und abgegebener Leistung von nahezu 100 Prozent, während ein konventioneller Dieselmotor etwa 40 Prozent erreicht.73
2.2.3.2 Batterie
Um elektrische Energie umwandeln zu können, benötigt der Motor einen entsprechenden Energiespeicher in Form einer Batterie, der den Strom bereitstellt. Grundsätzlich besteht ein Batteriesystem aus mehreren Modulen, die wiederum aus vielen einzelnen Zellen zusammengesetzt sind, um die gewünschte Spannung bzw. Kapazität zu erzeugen.74 Zu den Anforderungen einer Batterie gehört vor allem eine hohe Gesamtenergie sowie Zyklenfestigkeit, welche die Häufigkeit von Lade- und Entladevorgängen beziffert und damit auch die Lebensdauer entscheidend beeinflusst.75 Doch auch im unbenutzten Zustand besteht eine fortwährende sog. kalendarische Alterung der Batterie, die sich mit zunehmender Temperatur beschleunigt.76 Darüber hinaus müssen Batterien in der Lage sein, hohe Leistungen aufzunehmen bzw. abzugeben, was u. a. für die Rekuperation eine wichtige Voraussetzung darstellt.77 Aus der Tabelle 4 gehen weiterhin die sogenannten gravimetrischen und volumetrischen Energiedichten hervor, die die Reichweite rein elektrischer Fahrzeuge entscheidend beeinflussen.78
Tabelle 4: Ausgewählte Parameter von Batterien
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten von Doppelbauer M., 2020, S. 131 f.
Inwiefern die genannten Anforderungen durch Batteriesysteme erfüllt werden können, hängt insbesondere von der eingesetzten Batterietechnologie ab. Aktuelle und serienreife Fahrzeuge sind zumeist mit sogenannten Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet (siehe Abschnitt 2.3), welche ihren Siegeszug bereits Anfang der 1990er Jahre im Consumerbereich der mobilen PCs und Telefone starteten. Damals kommerzialisierte das Unternehmen SONY diese Batterietechnologie. Aufgrund ihrer hohen Zyklenfestigkeit und einer Energiedichte von bis zu 250 Wh/kg hat sich die Lithium-Ionen-Batterie seitdem als Primus im Markt etabliert.79
Die für den Einsatz in batterieelektrischen Fahrzeugen besonders wichtige Energiedichte wird laut Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) in den kommenden Jahren weitere Evolutionsstufen durch Post-Lithium-Ionen-Technologien erfahren. So sollen mithilfe der Lithium-Schwefel-Batterie bis zu 400 Wh/kg möglich sein. Der ab dem Jahr 2030 zur Verfügung stehende Lithium-Luft-Batterie wird sogar ein Potenzial von über 800 Wh/kg zugeschrieben. Allerdings wird bis dahin die aktuell bestehende Lithium-Ionen-Technologie die dominierende Rolle spielen.80 In einem Interview mit der Automobiltechnischen Zeitschrift (ATZ) äußerte der Leiter der Antriebsforschung des VW-Konzerns:
„ Die Möglichkeiten und Varianten von Lithium-Ionen-Batterien lassen sich weit fassen. Hier stecken enorme Potenziale, die uns noch nach 2030 beschäftigen werden.“81
Dies bekräftigt abermals, dass die Lithium-Ionen-Technologie auch längerfristig noch in Fahrzeugen aller Art vorzufinden sein wird.
Neben den technischen Anforderungen spielen außerdem die Herstellungskosten der Batterie eine wichtige Rolle, die in der Einheit €/kWh angegeben werden. Hierzu werden die Kosten anhand der Leistung, in diesem Fall eine Kilowattstunde (kWh), bemessen.82 Die Batterie gilt insgesamt als größte Kostenstelle bei der Herstellung eines Elektrofahrzeuges, wobei die Herstellungskosten in den vergangenen Jahren signifikant fielen.83 Weitere Einzelheiten dazu folgen im vierten Kapitel dieser Arbeit.
2.3 Marktübersicht über batterieelektrische Lkws
Grundsätzlich zeigen die aktuellen Bestandszahlen aus Tabelle 5, dass der Nutzfahrzeugmarkt im Bereich alternativer Antriebe weitestgehend unerschlossen ist.
Tabelle 5: Bestand an Lastkraftwagen und Sattelzugmaschinen am 01.01.2020 nach Nutzlast und Kraftstoffarten
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten vom Kraftfahrt-Bundesamt, 2020 f., S. 9, 30
Dabei wird deutlich, dass mit zunehmender Nutzlast der Anteil alternativer Antriebe am Gesamtvolumen je Nutzlastklasse von rund 2,7 auf lediglich 0,1 Prozent fällt. Zum Vergleich: Der Anteil alternativ angetriebener Personenkraftwagen (Pkw) macht rund 2,0 Prozent am Gesamtbestand der in Deutschland zugelassenen Pkw aus. Darin fallen 0,2 Prozent des Gesamtvolumens auf die elektromobilen Antriebskonzepte. Allerdings ist hier der größte Zuwachs zu konstatieren.84 Ein ähnliches Bild zeigt sich bei Betrachtung der Lastkraftwagen. Hier wuchs die Anzahl batterieelektrischer Lkws zum Vorjahr um 38,5 Prozent. Demgegenüber werden von den circa 220.000 Sattelzugmaschinen lediglich 18 Einheiten batterieelektrisch betrieben.
Dennoch zeigt sich vornehmlich in der leichtesten Gewichtsklasse bis 999 kg Nutzlast, dass elektromobile Fahrzeugkonzepte bereits großen Anklang im Bereich der alternativen Antriebe finden. Welche Nutzfahrzeuge an dieser Stelle aktuell auf dem Markt sind bzw. mit welchen Fahrzeugen zukünftig zu rechnen ist, beantworten die nachfolgenden Abschnitte, aus denen auch die technischen Spezifikationen hervorgehen.
2.3.1 Leichte Nutzfahrzeuge
Im Bereich der leichten Nutzfahrzeuge gibt es bereits heute eine Vielzahl von Fahrzeugen unterschiedlichster Hersteller, die in Serie produziert werden. Hierbei handelt es sich um bereits etablierte Hersteller wie z. B. Mercedes Benz als auch um jüngere Vertreter wie das Tochterunternehmen StreetScooter der Deutschen Post DHL Group. Das Unternehmen hat nach eigenen Angaben hierzu rund 5.000 im täglichen Einsatz befindliche E-Transporter.85 86 87 88 89 Aus der Tabelle 6 geht eine Auswahl von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Merkmalsausprägungen hervor.
Tabelle 6: Übersicht batterieelektrischer Nutzfahrzeuge im leichten Segment
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten von Mercedes-Benz AG, 2020; Hoffmann J., 2020 S. 43 ff.
Mit Reichweiten zwischen 150 und 300 Kilometern zeigt sich, dass die Fahrzeuge hauptsächlich für den urbanen Einsatz geeignet sind. In Hinblick auf die Wahl des Batterietyps wird wiederum deutlich, dass die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien in dieser Fahrzeugkategorie favorisiert wird.
2.3.2 Schwere Nutzfahrzeuge
Im Gegensatz zur Klasse der leichten Nutzfahrzeuge fällt die Auswahl batterieelektrischer Fahrzeuge der schweren Klasse, die für einen Einsatz im Fernverkehr in Frage kommen, bisher gering aus. Doch auch in diesem Segment arbeiten unterschiedlichste Hersteller an elektrifizierten Lkws und Sattelschleppern (siehe Tabelle 7). Neben den bereits etablierten Marken waren es von Anfang an vor allem neugegründete Unternehmen, die mit elektrifizierten Umbauten am Markt antraten.90 Mit dem Fahrzeugmodell „eActros“ befindet sich bis zum Jahr 2020 ein Lkw von Mercedes in Feldversuchen bei verschiedenen Unternehmen und wird voraussichtlich 2021 in Serie gehen.91 92 93 94 95 96 Aufgrund seiner geringen Reichweite ist dieser jedoch hauptsächlich für den Einsatz im urbanen Raum konzipiert.
Tabelle 7: Übersicht batterieelektrischer Nutzfahrzeuge im schweren Segment
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten von Hoffmann J., 2020, S. 48; Tesla, 2020a; Designwerk Products AG, 2020, S. 16 f.
Währenddessen werden die ersten Fahrzeuge der jungen Marke Futuricum mit bis zu 760 Kilometern Reichweite bereits an Kunden ausgeliefert. Inwiefern die angegebenen Reichweiten auf die Realität übertragbar sind, wird in späteren Abschnitten ausführlich diskutiert.
Als privater Express- und Paketdienstleister bestellte beispielsweise die DPD Schweiz einen Futuricum-Lkw mit 18 Tonnen zulässigem Gesamtgewicht für den Praxiseinsatz zwischen Depot und Verteilzentrum. Der Lkw soll im Nutzungszeitraum eine jährliche Laufleistung von mindestens 80.000 Kilometern zurücklegen.97
Darüber hinaus arbeitet der für seine batterieelektrischen Fahrzeuge im Automobilsektor bekannte Hersteller Tesla an einer schweren Sattelzugmaschine, die zum jetzigen Zeitpunkt lediglich vorbestellbar ist. Mit den steigenden Reichweiten von aktuell bis zu 800 Kilometern wächst zugleich die Einsatzflexibilität der Lkws. In Anbetracht der gewöhnlichen Reichweiten, die ein Lkw im Fernverkehr zurücklegt, rückt die potenzielle Nutzung eines batterieelektrischen Pendants immer näher (mehr dazu in Abschnitt 3.3).
2.3.3 Lademöglichkeiten und Ladeinfrastruktur
Von zentraler Bedeutung für den Erfolg batterieelektrischer Nutzfahrzeuge wird trotz stetigen Zuwachses der Reichweite auch künftig der Ausbau einer dichten Ladeinfrastruktur sein. Aus Erhebungen des BDEW geht hervor, dass zum Dezember 2019 genau 24.840 öffentliche Ladesäulen im sogenannten Ladesäulenregister verbucht waren. Davon entfielen ca. 15 Prozent auf sogenannte Schnellladesäulen. Gegenüber dem Vorjahreszeitraum stieg die Anzahl an Ladesäulen insgesamt um rund 48 Prozent.98 Mithilfe des Masterplans Ladeinfrastruktur der Bundesregierung sollen bis 2022 weitere 50.000 öffentlich zugängliche Ladepunkte errichtet werden. Bis 2030 sind 1 Million Ladepunkte vorgesehen.99
Grundsätzlich liegt der Schwellenwert für die Abgrenzung von Normal- und Schnellladesäule bei 22 kW Ladeleistung. Danach gelten alle Ladepunkte mit Leistungen über 22 kW als Schnellladepunkte.100 In der Regel fließt beim Schnelladen Gleichstrom, das daher auch als DC-Laden bekannt ist. Demgegenüber ist das langsamere Laden mit Wechselstrom (AC) vor allem an der heimischen Steckdose üblich.101
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 8: Anzahl der Ladepunkte in Abhängigkeit der Ladeleistung zum 05.11.2020
Quelle: Eigene Darstellung und Berechnung mit Daten von der Bundesnetzagentur, 2020
Eine Auswertung auf Basis aktuellerer Zahlen, die u. a. für die Ladesäulenkarte der Bundesnetzagentur herangezogen werden, veranschaulicht, dass bis zum heutigen Tage rund 31.000 öffentlich zugängliche Ladesäulen installiert wurden. Die für schwere Lkws besonders wichtigen Schnellladepunkte machen allerdings nur einen Anteil von ca. 9 Prozent aus. Anders Nielsen, CTO der Traton AG, zu der u. a. die Marken MAN und Scania gehören, geht sogar von 500 kW benötigter Ladeleistung für Lkw aus, um die gesetzliche Lenkzeitpause von Fernfahrern optimal ausnutzen zu können.102 Diese beträgt laut EU-Verordnung 561/2006 45 Minuten und ist nach 4,5 Stunden Lenkzeit durchzuführen. Die tägliche Lenkzeit darf dabei 9 Stunden nicht überschreiten.103
Die aktuell maximale Ladeleistung von Ladepunkten über 150 kW beträgt jedoch nur 350 kW. Aus diesem Grund wurde im Februar 2020 u. a. die private „eTruck Charging Initiative“ vom Hersteller Daimler Trucks ins Leben gerufen, um in Zusammenarbeit mit weiteren Akteuren eine weltweit geeignete Ladeinfrastruktur aufzubauen. Zunächst liegt der Schwerpunkt allerdings auf Ladestationen privater Betriebshöfe.104 Auch finanzielle Hilfen des Bundes sollen zukünftig den Ausbau privater Ladestationen beschleunigen, um die CO2-Vorgaben im Bereich des Straßengüterverkehrs zu erreichen (vgl. Abschnitt 2.1.5). So geht aus dem Papier des Masterplans hervor, dass in zukünftigen Förderprogrammen sowohl die Standardisierung als auch die Zusammenarbeit unterschiedlicher Parteien beim Aufbau besonders schneller Nutzfahrzeugladeinfrastruktur (über 150 kW) von zentraler Rolle sein wird. Des Weiteren sind in naher Zukunft Fernverkehrs-Teststrecken geplant, mithilfe derer das Hochleistungsladen von Lkws praktisch erprobt werden soll.105 Aktuell sind Standards mit bis zu 4.500 kW Ladeleistung in der Entwicklung, die das Nachladen einer Batteriekapazität von über 500 kWh in 20 Minuten ermöglichen.106 Anzumerken ist hierbei, dass besonders hohe Ladeleistungen im direkten Zusammenhang mit einer verminderten Lebensdauer stehen.107
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 9: Anwendungsbereiche zum Aufbau und zur Nutzung von Ladeinfrastruktur
Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Bundesregierung, 2019, S. 3
Allgemein bestehen vielfältige Möglichkeiten zum Aufstellen von Ladestationen. Aus Abbildung 9 gehen sieben unterschiedliche Anwendungsbereiche für Ladesäulen hervor, die sich grundsätzlich nach privaten und öffentlich zugänglichen Aufstellorten einteilen lassen. In der Planung zukünftiger Ladestationen wird davon ausgegangen, dass die Mehrheit an Ladevorgängen (60–85 Prozent) auf Privatgrundstücken stattfinden.108 Während die Nutzung privater Aufstellorte überwiegend nachts stattfindet („Overnight Charging“), müssen Ladestationen an öffentlichen Orten schnelle Ladeleistungen ermöglichen, um zwischenzeitlich das Fahrzeug laden zu können (auch als „Opportunity Charging“ bekannt). Der Ausbau auf Raststätten und Autobahnhöfen soll die Langstrecken-Elektromobilität begünstigen.109 Die auch als „In-Route Charging“ bezeichnete Ladung entlang von Transportstrecken spielt demnach insbesondere für Lkws im Fernverkehr eine bedeutende Rolle. Analysen von McKinsey ergaben dazu, dass Ladepunkte in Abständen von bereits 80–100 Kilometern genügen würden, um eine frühe Marktetablierung von schweren Lkws zu gewähren.110
3 Wirtschaftlichkeit von batterieelektrischen Lkws
Nachdem nun die Grundlagen von Nutzfahrzeugen und deren Antriebsformen dargelegt wurden, schließt dieses Kapitel mit einem einführenden Blick auf die wirtschaftliche Ebene von Nutzfahrzeugen an. Dazu wird eingangs Kausalität zwischen Wirtschaftlichkeit und Kundenkaufkriterien erörtert.
3.1 Ansätze zur Wirtschaftlichkeitsoptimierung und Kundenkaufkriterien
Ein Blick auf die allgemeine Gewinn- und Verlustrechnung zeigt, dass der Unternehmer zunächst einmal die Möglichkeit hat, den Umsatz seines Betriebes zu erhöhen.111 In Bezug auf Transportunternehmen wird der Umsatz einzelner Transportleistungen entweder in Ladungsmasse (z. B. bei Baustoffgütern) oder in Volumen (z. B. Handelsgüter) gemessen. Demnach können Maßnahmen zur Maximierung des Transportvolumens einen Beitrag zur Umsatzsteigerung leisten, weshalb u. a. Volumen und Nutzlast wichtige Kundenkaufkriterien darstellen.112 Des Weiteren besteht grundsätzlich das Ziel einer jeden Spedition die Auftragsleistung schnellstens abzuschließen, um möglichst viele Aufträge in einem Zeitraum abzudecken. Um den betrachteten Einsatzzeitraum wiederum zu maximieren, wird eine hohe Verfügbarkeit des Fahrzeuges, u. a. auf Basis von längeren Ölwechselintervallen, angestrebt.113 Daher leisten auch die technischen Eigenschaften des eingesetzten Fahrzeuges, insbesondere in Hinblick auf Motorleistung und Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit, einen wichtigen Beitrag zur Wirtschaftlichkeitsoptimierung.
Dennoch besteht weiterhin das Problem der Leerfahrten (vgl. Abschnitt 2.1.4), weshalb der Transport von Rückfrachten nach Abschluss eines vorausgegangenen Transportes angestrebt wird. Voraussetzung dafür sind flexibel einsetzbare Aufbauten bzw. Auflieger, um den sogenannten „paarigen Verkehr“ zu ermöglichen.114
Das Erzielen von Umsätzen bedingt i. d. R. einen entsprechenden Kapitaleinsatz (Kosten) im Vorlauf, womit gleichzeitig ein weiterer Hebel zur Wirtschaftlichkeitsoptimierung besteht. Daher zählen zu den Kundenkaufkriterien eines Lkw vor allem
- Kraftstoffverbrauch,
- Kaufpreis und prognostizierter Wiederverkaufswert sowie
- Reparatur- und Wartungskosten.
Darüber hinaus wirken auch sogenannte weiche Faktoren wie die Bindung an eine Marke aufgrund bestimmter Erfahrungswerte beeinflussend,115 die allerdings keine weitere Relevanz im Kontext dieser Arbeit haben.
3.2 Gesamtkostenrechnung
Neben den bereits aufgezeigten Kostenfaktoren gibt es noch eine Vielzahl weiterer Bestandteile, die in ihrer Gesamtheit die sogenannte Fahrzeugkostenrechnung bilden. Diese wiederum ist ein wichtiges Instrument des Controllings und wird in den folgenden Abschnitten einer genaueren Betrachtung unterzogen.
3.2.1 Ziele und Bestandteile der klassischen Kostenkalkulation
Die klassische Kostenkalkulation bildet die Grundlage für die Berechnung des Entgelts, das der Kunde nach Vertragsabschluss zu entrichten hat. Demnach können die Ergebnisse der Kalkulation zur Entscheidungsfindung bezüglich „Make or Buy“ herangezogen werden. Überdies hilft eine Fahrzeugkostenkalkulation bei Entscheidungsprozessen rund um Investitionsgüter wie z. B. bei Ersatzbeschaffung für ein Altfahrzeug. Daher müssen die einzelnen Kostenbestandteile detailliert und zuverlässig ermittelt werden.116
Die Kostenbestandteile lassen sich in vier Hauptkostengruppen unterteilen, wie es aus der Tabelle 8 hervorgeht. Die variablen Kosten, alternativ als kilometerabhängige Kosten bezeichnet, können u. a. in Form von Reifen-, Diesel oder Werkstattkosten auftreten. Auf der anderen Seite stehen die fixen oder auch als zeitabhängig bekannten Kosten, die losgelöst von der Einsatzintensität des Fahrzeuges anfallen. Dazu zählen u. a. Steuern, Versicherungen, Abschreibungen und Zinsen. Darüber hinaus entstehen neben den Kosten für das Fahrpersonal (Personalkosten), auch für hintergründige Verwaltungsprozesse entsprechende Aufwendungen, die als Gemeinkosten zusammengefasst werden.117
Die Bedeutung der einzelnen Kostengruppen hängt derweil insbesondere von der Fahrzeugklasse bzw. Transportform ab. Demzufolge zeigt sich, dass gegenüber anderen Fahrzeugklassen die variablen Kosten bei schweren Nutzfahrzeugen, die vornehmlich im Fernverkehr zum Einsatz kommen, besonders ins Gewicht fallen.
Tabelle 8: Anteil der Kostengruppen an den Fahrzeuggesamtkosten
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Fiedler J., 2007, S. 74
Wie der Aufbau einer Fahrzeugkalkulation bei einer Fernverkehrsspedition im Detail aussehen kann, zeigt die exemplarische Auflistung von Hilgers, in der neben Straßenbenutzungsgebühren auch beispielsweise Stellplatzkosten herangezogen werden (siehe Anhang 1). Insgesamt können somit bis zu 26 Kostenbausteine (zuzüglich kalkulatorischem Unternehmerlohn) für die Kalkulation in Frage kommen.118
3.2.2 Gesamtkosten nach dem TCO-Konzept
Wie im vorausgegangenen Abschnitt 3.2.1 bereits erwähnt wurde, dient eine Kostenkalkulation u. a. dem Vergleich von Investitionsalternativen. Besonders bei der Nebeneinanderstellung von Fahrzeugen unterschiedlicher Antriebskonzepte trifft man in der Literatur allerdings häufig auf den angelsächsischen TCO-Begriff, der abkürzend für „Total Cost of Ownership“ steht. Ein Beispiel hierzu liefern M. Zapf et al., die in einem Kostenvergleich von Personenkraftwagen die TCO verwenden.119 Auch die in Kapitel 4 hergeleitete Gesamtkostenrechnung basiert auf dieser Methode. Aus diesem Grund behandeln die folgenden Teilabschnitte eine kurze Einführung zu diesem Konzept.
3.2.2.1 Ursprung, Definition und Einordnung
Größere Bekanntheit erlangte die Total Cost of Ownership bereits im Jahr 1987 durch das IT-Unternehmen Gartner Group, welches zur damaligen Zeit feststellte, dass bis dato lediglich die Beschaffungskosten von Soft- und Hardware bei der Kostenkalkulation betrachtet wurden. Daraufhin entwickelte das Unternehmen mit der TCO eine Methode zur ganzheitlichen Erfassung. Demnach fielen von nun an auch Betreuungskosten sowie die entsprechende Wartung der IT-Infrastruktur an.120 Seitdem wird dieses Konzept vor allem in der Informatik bei der Quantifizierung der Kosten von IT-Systemen verwendet.121
Im Zusammenhang mit dem Beschaffungsmanagements wird die TCO von P. M. Bremen als „ […] Konzept zur vollständigen Erfassung der Kosten, die in Zusammenhang mit dem Erwerb eines Guts stehen […] “ definiert, mit dem vordergründigen Ziel „ […] alternative Bezugsquellen miteinander vergleichen zu können“.122 Eine im Kontext dieser Arbeit schlüssigere Definition liefert S. Krämer:
„ Das Konzept dient dazu, alle Kosten, die vom Kauf eines Produktes über dessen Nutzung bis hin zur Außerbetriebnahme anfallen, zu ermitteln und damit eine Kennzahl zu liefern, auf deren Basis das Management fundierte und objektive Entscheidungen treffen kann.“ 123
Unterdessen ist dieser Begriff u. a. für Kostenanalysen im Bereich alternativer Antriebe als bedeutungsgleicher Terminus für eine holistische Kostenbetrachtung anerkannt.124 Anders als bei einer klassischen Kostenkalkulation müssen je nach Zielstellung hierbei allerdings nicht alle bestehenden Kostenbestandteile integriert werden. Beispiele hierzu werden in Abschnitt 3.4 genannt.
3.2.2.2 Integration der Leistungsfähigkeit von Investitionsalternativen
Da der Kern der TCO eine monetäre Bewertung von Investitionsentscheidungen beinhaltet, wird seit Jahren die Kritik an einer einseitigen Betrachtung innerhalb des Konzeptes lauter. Gründe hierfür liefern potenzielle Differenzen in der Leistungsfähigkeit von Investitionsalternativen, die mit geminderten Kundennutzen einhergehen. Letzteres findet in der klassischen TCO jedoch keine Berücksichtigung.125 Aufgrund dessen wurde am Institut für Weltwirtschaft (IFW) das Konzept um den Baustein „Benefit“ (englisch für „Nutzen“) zur sogenannten „Total Cost and Benefit of Ownership“ (TCBO) erweitert. Am Beispiel der Bewertung von Werkzeugmaschinen als Investitionsobjekt in einem Fertigungsunternehmen verdeutlichen B. Denkena et al., dass neben den direkt einer Technologie zugehörigen Zahlungsströmen zusätzlich auch technologiespezifische Unterschiede wie z. B. Maschinenleistungen, Rüst- und Fehlerbehebungszeiten berücksichtigt werden müssen. Mit der TCBO werden TCO und die innerhalb der TBO identifizierten qualitativen Technologiemerkmale gegenübergestellt, um im späteren Verlauf eine Evaluierung zur Wirtschaftlichkeit der betrachteten Investitionsalternativen vornehmen zu können.126
Die Idee eines erweiterten TCO-Konzepts wird in dieser Arbeit in Kapitel 5 anhand eines Nutzenvergleiches zwischen konventionellem und elektrisch angetriebenem Lkw wieder aufgegriffen.
3.3 Herausforderungen für E-Lkws im Fernverkehr
Die Herausforderungen im Kontext der Wirtschaftlichkeit für batterieelektrisch betriebene Lkws im Fernverkehrseinsatz lassen sich aus dem spezifischen Anforderungsprofil ableiten. Zum Fernbereich zählen laut Statistiken des KBA Fahrten ab einer Strecke von 151 Kilometern.127 Allerdings macht Abbildung 10 deutlich, dass auch weitaus höhere Distanzen zurückgelegt werden können. Danach sind zurückzulegende Strecken von 1.000 Kilometern und mehr möglich, die damit auch Grenzüberschreitungen beinhalten und somit zum internationalen Fernverkehr zählen. Insgesamt beziffert M. Hilgers die Jahresfahrleistung mit 150.000 Kilometern bei einer Gesamtfahrleistung von 1,2 Millionen Kilometern im Fahrzeugleben. Dabei beträgt die Durchschnittsgeschwindigkeit 60 km/h128. Zum Vergleich: Ein Lkw im Verteilerverkehr legt lediglich 500.000 Kilometer bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 33 km/h zurück.129
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 10: Verteilung der anfallenden Beförderungsleistung im Fernbereich nach Entfernungsstufen (Km) im 4. Quartal 2019
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten vom Kraftfahrt-Bundesamt, 2020d, S. 32 f.
Um die Tankintervalle trotz der hohen Fahrleistungen möglichst gering zu halten, werden heutzutage vielfach Dieseltanks mit 1.200 Litern verbaut.130 Übertragen auf das batterieelektrische Pendant bedeutet das ein entsprechendes Mehrgewicht aufgrund der vielen Batteriezellen, die zusätzlich untergebracht werden müssten. Hohe Batteriekapazitäten gehen demzufolge mit eingeschränkter Nutzlast einher.131 Aus diesen Gründen sind schnelle Lademöglichkeiten intern als auch extern essenziell für den Einsatz von E-Lkws. Erschwerend kommt hinzu, dass bei kälteren Tagen die Reichweite sinkt. Aus einem Test des norwegischen Automobilverbandes (NAF) mit 20 bekannten Elektrofahrzeugen geht hervor, dass mit Reichenweitenverlusten von durchschnittlich 18,5 Prozent unter norwegischen Winterbedingungen zu rechnen ist.132 Um wiederrum dem bereits erwähnten Problem des Nutzlastverlustes entgegenzuwirken, wurde eine Verordnung zur Änderung straßenverkehrsrechtlicher Vorschriften erlassen, mithilfe derer es gestattet ist, das zGG bei batterieelektrischen Lkws um bis zu 2 Tonnen zu überschreiten.133 Ob damit die Nutzlast-Anforderungen im täglichen Einsatz bereits erfüllt werden, unterliegt in Kapitel 5 einer genaueren Betrachtung.
Mit steigender Nutzlast bzw. zulässigem Gesamtgewicht wachsen darüber hinaus die Anforderungen an die Motorleistung. Die im Fernverkehr bevorzugten Sattelzüge mit 40 Tonnen zGG haben i. d. R. eine Motorleistung von 330–400 kW, wohingegen im internationalen Fernverkehr (vorwiegend im Schwerlastbereich) sogar bis zu 550 kW bevorzugt werden.134 Aufgrund des relativ gleichmäßigen Fahrprofils können Dieselaggregate besonders hier einen hohen Wirkungsgrad erreichen. Demgegenüber spielen batterieelektrische Antriebssysteme ihren Vorteil vornehmlich im Verteilerverkehr mit überwiegendem Start-Stopp Verkehr aus, was auf die in Kapitel 2 erläuterte Rekuperation zurückzuführen ist.135 Dementsprechend fällt die Verbrauchsdifferenz zwischen den beiden Antriebssträngen auf Autobahnen am geringsten aus.136 Weitere Ausführungen zu den antriebsspezifischen Verbräuchen werden in den Abschnitten 4.4.2.1 und 4.4.2.2. gegeben.
Ungeachtet dessen sind batterieelektrische Nutzfahrzeuge aufgrund der kostspieligen Batterien weitaus teurer als ihr herkömmliches Gegenstück (siehe hierzu auch Abschnitt 4.4.1.1).137 Diese Mehrkosten in der Anschaffung müssen folglich durch geringere variable Kosten im Nutzungszeitraum kompensiert werden. In Bezug auf die Wirtschaftlichkeit des von der DPD Schweiz beschafften E-Lkws führte derweil der Vorstandsvorsitzende Tilmann Schultze an, dass „ […] die wegfallenden Dieselkosten und die noch gültige Befreiung des LKW von der Schwerverkehrsabgabe […] elementar“ sind, „ […] um dieses Projekt auch aus wirtschaftlicher Perspektive umzusetzen.“ 138 Dies verdeutlicht, dass die Wirtschaftlichkeit u. a. vom Wegfall relevanter Abgaben139 abhängt.
3.4 Bisherige Studienergebnisse zur TCO
Mit Förderung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie wurde bereits 2015 ein Abschlussbericht zur „Wirtschaftlichkeit von Elektromobilität in gewerblichen Anwendungen“ veröffentlicht, der einen TCO-Vergleich von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebssystemen umfasst. Auch Nutzfahrzeuge wurden im Laufe der Untersuchungen entsprechend ihrer Parameter berücksichtigt. Allerdings schloss man schwere Nutzfahrzeuge aus der Betrachtung kategorisch aus, da „ der Einsatz von alternativen Antrieben […] aufgrund der hohen Leistungsanforderungen und der hohen Fahrleistungen eine besondere Herausforderung […]“ und damit „ […] keine realistische Antriebsoption […]“ darstellt.140 Doch selbst bei Betrachtung eines lediglich mittelschweren Lkws im städtischen Lieferverkehr konnte keine Kostenparität erzielt werden.141
Zu einem anderen Ergebnis kommt eine Studie des Beratungshauses McKinsey aus dem Jahr 2017, nach der eine Kostengleichheit von Diesel-Lkws und rein batterieelektrischen Lkws bereits ab 2023 möglich sei. Allerdings müssten Fahrzeuge dazu häufiger genutzt werden (mind. 300 Tage pro Jahr), zwischentägliches Laden möglich sein sowie geringere Ansprüche an die Nutzlast bestehen. Demnach können in allen anderen Fällen E-Lkws erst ab 2030 mit den Kosten eines herkömmlichen Lkws konkurrieren.142 143 144
Tabelle 9: Überblick zu TCO-Studien im Kontext schwerer Lkws im Fernverkehr
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten von Earl T., et al., 2018, S. 4, 13 f.; Neuhausen J., et al, 2020, S. 22
Neuere Studienergebnisse gehen aus der Tabelle 9 hervor. Dabei fällt auf, dass nach wie vor unterschiedliche Ergebnisse erzielt werden. Während die Studie von Transport & Environment (T&E) einen Kostenvorsprung des E-Lkws von rund 5–10 Eurocent je gefahrenem Kilometer darlegt, attestiert das Beratungshaus PwC dem alternativen Antriebssystem auch weiterhin einen Kostennachteil von 11 Eurocent. Allerdings werden nicht nur unterschiedliche Nutzungsparameter wie z. B. Haltedauer angenommen, sondern auch unterschiedliche Kostenbestandteile in Bezug auf Anzahl und Art herangezogen. Darüber hinaus fließen in keiner dieser Studien staatliche Subventionen in die Analysen mit ein, da diese sich u. a. auf europäische Ebene beziehen. Insbesondere in Hinblick auf den Standort Deutschland haben die Studien damit eine lediglich geringe Aussagekraft, da hierzulande weitaus höhere Stromkosten einzubeziehen sind als im europäischen Durchschnitt. Deutlich wird dies bei Betrachtung der durchschnittlichen Haushaltsstrompreise ausgewählter Länder Europas. Hier zeigt sich, dass in Deutschland als einziges Land über 30 Eurocent je Kilowattstunde zu entrichten sind.145 Zwar zeichnet sich mit Blick auf die Industriepreise ein anderes Bild ab, dennoch liegen auch hier die Preise über dem europäischen Durchschnitt.146
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 11: Haushaltsstrompreise im europäischen Vergleich
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten von Eurostat, 2021
4 Gesamtkostenrechnung als Instrument einer ökonomischen Evaluierung
Dieses Kapitel beinhaltet mit der Modellierung eines Gesamtkostenmodells den praktischen Teil der vorliegenden Arbeit. Zu Beginn werden dazu die Anforderungen an das Modell, der daraus resultierende Modellaufbau sowie die Grundannahmen genannt und erläutert. Nachdem das Referenzfahrzeug vorgestellt wird, erfolgt die sukzessive Betrachtung der modellrelevanten Kostenbestandteile.
4.1 Anforderungen an das Modell
Das Gesamtkostenmodell basiert auf der Idee des TCO-Konzepts. Damit liegt der Fokus auf den wesentlichen Kostenbestandteilen, welche einer detaillierten Abhandlung unterliegen. Mit den Ergebnissen sollen wirtschaftliche Potenziale als auch verbleibende Kostenunterschiede gegenüber dem herkömmlichen Dieselaggregat quantifiziert werden. Das betriebswirtschaftlich ausgerichtete Modell kann demzufolge als Instrument und Aufsatzpunkt für weitere unternehmensspezifische Bewertungen dienen.
Da der Fokus auf schweren Lkws im Fernverkehr liegt, gilt es, die jeweiligen Fahrzeugeigenschaften und Anforderungen entsprechend zu beachten. Weiterhin soll eine Sensitivitätsanalyse hinsichtlich der im Fernverkehr beträchtlichen variablen Kosten erfolgen. Demnach werden nicht nur unterschiedliche Laufleistungen betrachtet, sondern auch mögliche Preisspannen bezüglich der Stromkosten. Insgesamt ist das Modell dynamisch aufgebaut, sodass individuelle Anpassungen möglich sind.
Die Anschaffung des Lkws geht stets vom ersten Tag des jeweiligen Jahres aus. Das Modell und die darin enthaltenden Kosten fokussieren sich derweil auf den Zeitraum 01.01.2021 bis 31.12.2030. Aus der in folgendem Abschnitt unterstellten Nutzungsdauer, resultiert daher ein Anschaffungszeitraum bis einschließlich 01.01.2026.
In dieser bildet Deutschland den örtlichen Bezugsraum, womit vor allem die spezifischen Energiekosten als auch staatlichen Unterstützungen einbezogen werden.
4.2 Grundsätzliche Annahmen der Modellierung
Auf Basis der oben genannten Anforderungen muss zunächst eine typische Nutzungsdauer unterstellt werden. In zuvor vorgestellten TCO-Studien beschränkt sich die Nutzungsdauer auf 4 bzw. 5 Jahre. Das Bundesfinanzministerium gibt für Lkws und Sattelzugmaschinen ab 7,5 Tonnen eine fünfjährige Nutzungsdauer an.147 Mit 4 bis 6 Jahren bewegen sich auch die Annahmen der DEKRA zum kostenseitigen Vergleich von Fernverkehrs-Sattelzugmaschinen in diesem Bereich.148 In dem Modell wird daher standardmäßig eine Nutzungsdauer von 5 Jahren angenommen. Lediglich im fünften Kapitel wird darüber hinaus eine alternative Nutzungsdauer herangezogen.
In der einschlägigen Literatur wird sich unterschiedlicher Autobahnanteile zur Kalkulation der Mautkosten bedient. Während z. B. das Ökoinstitut von durchschnittlich 68 Prozent ausgeht,149 setzen andere Musterkalkulationen bis zu 85 Prozent voraus.150 Die DEKRA geht in ihren Berechnungsgrundlagen beim Fernverkehr von 70 Prozent aus.151 Dieser Wert wird auch für dieses Modell bezüglich des durchschnittlichen Autobahnanteils verwendet.
Weiterhin ist es für die Betrachtung des batterieelektrischen Fahrzeuges erforderlich, eine Annahme bezüglich des Anteils externer Ladungen zu treffen. In der Praxis ist davon auszugehen, dass der Anteil mit Zunahme der Streckenlänge entsprechend steigen wird. Um kostenseitige Einflüsse durch das Laden an externen Ladesäulen berücksichtigen zu können, wird in diesem Modell eine 50 prozentige Nutzung, unabhängig der Laufleistung, unterstellt. Diese Annahme unterliegt wiederrum dem Grundsatz, dass öffentliche Ladesäulen im ausreichenden Maße vorhanden sind.
Prinzipiell können Nutzfahrzeuge auf unterschiedliche Weise beschafft werden. Dazu zählen Barkauf, Finanzierung, Leasing und Dauermiete.152 Im Rahmen dieser Modellierung wird eine hundertprozentige Fremdfinanzierung angenommen. Doch auch mit einem Barkauf entstehen Kosten in Form von sogenannten Opportunitätskosten, weshalb das vorgestellte Modell auch diese Form des Kaufs einbezieht (mehr dazu siehe Abschnitt 4.4.1.2).
Alle eingehenden Kostenparameter werden darüber hinaus abzüglich der Mehrwertsteuer betrachtet, da es sich aus unternehmerischer Sicht um einen Durchlaufposten handelt.153
Die Annahmen bezüglich der Kosten beruhen in der Regel auf Informationen unterschiedlicher Quellen zu unterschiedlichen Zeiten. Daher sind aufgrund von Preisinflationen und Währungsschwankungen lediglich ungefähre Kostenschätzungen möglich. Um einen einheitlichen Bezugszeitpunkt für alle Kostenparameter herstellen zu können, werden Vergangenheitswerte entsprechend der Inflationsraten aufgezinst. Bei Betrachtung der zukünftigen Preisentwicklungen in den Jahren 2021 bis 2030 handelt es sich hingegen um nominale Preise, d.h. es erfolgt keine Berücksichtigung einer möglichen Inflation.
4.3 Vorstellung eines konventionellen Referenznutzfahrzeuges
Mit den vorausgegangenen Erkenntnissen bezüglich der Nutzfahrzeugcharakteristika im Fernverkehr bildet eine Auswahl typischer Sattelzüge die Grundlage für ein Diesel-Referenzfahrzeug. Hierzu zeigt Tabelle 10 fünf Beispielexemplare bekannter Hersteller. Diese besitzen zwei Achsen und weisen demnach ein zGG von 18 Tonnen auf. Zusammen mit einem dreiachsigen Auflieger beträgt das zGG insgesamt 40 Tonnen. Die Motorleistungen liegen bei 331–382 kW, was in etwa 450–520 PS entsprechen.
Tabelle 10: Sattelzüge mit Dieselantrieb und deren Spezifikationen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung mit Daten der DEKRA Automobil GmbH, 2018, S. 285 ff.
Dabei handelt es sich durchweg um Fahrzeuge der neuesten Emissionsnorm Euro 6. Auf Basis dieser fünf Beispielfahrzeuge resultiert ein durchschnittlicher Verbrauch von 33,92 Litern Diesel auf 100 Kilometern. Bei den Angaben zum Fahrzeugpreis handelt es sich um Marktpreise, die mögliche Ausstattungslinien bereits beinhalten. Der durchschnittliche Preis für eine zweiachsige Sattelzugmaschine beträgt demnach 97.540 Euro ohne Mehrwertsteuer. Diese Werte dienen als Referenzwerte für alle nachfolgenden Kostenvergleiche mit dem batterieelektrischen Pendant.
4.4 Relevante Kostenbestandteile
Wie eingangs bereits erwähnt, findet das TCO-Konzept mit dem Fokus auf die wesentlichen Parameter zur Beurteilung der Antriebskonzepte Anwendung. Einerseits werden hierzu antriebsspezifische Differenzen berücksichtigt wie beispielsweise bei den Anschaffungskosten der Nutzfahrzeuge. Zum anderen werden auch jene Kostenfaktoren herangezogen, bei denen man von einer staatlichen Förderung ausgehen kann. Detailliertere Ausführungen dazu erfolgen in den einzelnen Kostenbetrachtungen.
Tabelle 11: Kostenbestandteile der Gesamtkostenbetrachtung
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Eigene Darstellung
Daraus resultieren die in der Tabelle 11 gelisteten Kostenparameter, welche einer gezielten Betrachtung und Kalkulation innerhalb des Gesamtkostenmodells unterliegen. Folglich werden u. a. Personalkosten, Umlaufvermögen, Gemeinkosten (z. B. Verwaltungskosten) und alle mit einem Anhänger verbundenen Kosten in dieser Arbeit ausgeschlossen. Dennoch können Unternehmen diese Kosten im Nachgang für eigene Zwecke vervollständigen.
4.4.1 Betrachtung der zeitabhängigen Kosten
In den folgenden Abschnitten werden zunächst die zeitabhängigen Kosten einer genaueren Betrachtung unterzogen, zu denen u. a. der Fahrzeugneupreis, Restwert und Fremdkapitalzinsen gehören. Der Neupreis bildet dabei die zentrale Ausgangsgröße für die Höhe des Wertverlustes bzw. des Abschreibungsbetrages154 als auch für die Höhe der Zinslast. 155
4.4.1.1 Neupreis des Fahrzeuges
Während J. Fiedler den tatsächlichen Neupreis des Fahrzeuges zur Berechnung des Abschreibungswertes heranzieht, gehen H. Bruhn et al. vom Wiederbeschaffungswert aus.156 Mit letzterem Wert soll insbesondere der technische Vorsprung im Nutzungszeitraum und damit die einhergehende Teuerungsrate kostenseitig berücksichtigt werden.157 Im Gegensatz zur Methode von J. Fiedler werden hier nicht nur die Reifenkosten vom Kaufpreis abgezogen, sondern auch der eingehende Restwerterlös am Ende der Nutzungszeit. Die Quantifizierung des Wiederbeschaffungspreises hängt stark von den gegebenen Anforderungen und der Evaluierung der Marktlage durch das Unternehmen ab.158 Da vor allem in Bezug auf die batterieelektrische Variante eine Einschätzung zur Teuerungsrate nicht möglich ist, wird der Abschreibungswert anhand des derzeitigen Kaufpreises (abzüglich des Restwertes und Reifenkosten) definiert. Wie hoch die einzelnen Faktoren ausfallen, erörtern die folgenden Abschnitte.
Auf Basis des in Abschnitt 4.3 hergeleiteten Referenzfahrzeugpreises kostet ein Diesel-Sattelschlepper zu Beginn des Jahres 2020 inflationsbereinigt bereits rund 102.500 Euro. Als Aufzinsungsfaktoren dienen hierzu die historischen Verbraucherpreisindizes der Jahre 2017 bis 2019.159 Die Reifenkosten pro Satz betragen inflationsbereinigt rund 3.760 Euro und haben eine Laufleistung von 147.000 Km.160 Anders als bei herkömmlichen Nutzfahrzeugen sind Preise für rein elektrische Lkws weiterhin schwer einzuschätzen, da sich Hersteller und Umbauhersteller bisher in diesem relativ jungen Marktumfeld bedeckt halten. Lediglich Tesla kündigt seinen für den Fernverkehr ausgelegten Lkw mit der Bezeichnung „Semi“ mit einem Basispreis von 180.000 Dollar an, was in etwa 147.581 Euro161 entspricht. Der erwartete „Founders Series“-Preis beträgt wiederum 20.000 Dollar mehr, womit rund 163.979 Euro im Schengen-Raum zustande kommen.162 Allerdings können aufgrund der Einfuhrgebühren sowie Zölle weitaus höhere Preise für den europäischen Markt entstehen. Während ein Tesla Model 3 beispielsweise im US-amerikanischen Raum 37.990 Dollar kostet163, werden in Deutschland 42.900 Euro für ein baugleiches Fahrzeug verlangt.164
Um trotz unzureichender Informationen Einschätzungen über die Wirtschaftlichkeit von elektrischen gegenüber herkömmlichen Nutzfahrzeugen treffen zu können, wurde in der Vergangenheit die Preisbildung beispielsweise auf Basis eines Dieselnutzfahrzeuges zuzüglich anfallender Batteriekosten vorgenommen.165
Im besonderen Maße bestimmen die Batteriekosten die Verbraucherpreise für batterieelektrische Fahrzeuge. Zwar konnten die Herstellungskosten bis 2019 mit 139 €/kWh auf lediglich ein Viertel gegenüber dem Jahr 2010 gesenkt werden166, dennoch stellen sie weiterhin einen bedeutenden Mehrpreis in Hinblick auf die Fahrzeuganschaffungskosten dar. Zukünftig erwarten wissenschaftliche Institute sowie Beratungshäuser allerdings weitere Kostendegressionen. So zeigt die Prognose von Frost & Sullivan, dass bis 2030 mit einem weiterhin fallenden Trend zu rechnen ist.167 Mit Batteriekosten i. H. v. rund 100 €/kWh geht das Massachusetts Institute of Technology (MIT) für das Jahr 2030 von einer eher konservativen Schätzung aus.168 BloombergNEF hingegen prognostiziert für 2025 einen Preis von 101 Dollar, und 2030 sogar von lediglich 58 Dollar.169 Die neueste Einschätzung von Horváth & Partner für das nun zurückliegende Jahr 2020 geht bereits von 111 €/kWh aus.170 Mit Annahmen von 137 $/kWh (112,3 €/kWh, Stand: Dezember 2020) wird dies von BloombergNEF bestätigt.171 Abbildung 12 zeigt zusammenfassend die ausgewählten Studienergebnisse in Euro umgerechnet und im Zeitverlauf linear interpoliert.
[...]
1 Aus Gründen der leichteren Lesbarkeit wird innerhalb der Arbeit durchgehend das generische Maskulinum verwendet und bezieht jeweils das andere Geschlecht in vollem Umfang ein.
2 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2019
3 Vgl. Goldie-Scot L., 2019
4 Vgl. ABl L 198/2020 vom 25.7.2019, Art. 1
5 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 3 ff.
6 Vgl. Hoffmann J., 2020, S. 6
7 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 3 ff.
8 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 9
9 Vgl. Hülsmann F., et al., 2014, S. 56
10 Vgl. Schiller T., et al., 2017, S. 28
11 Vgl. § 1 Abs. 2 BFStrMG
12 Vgl. Tesla, 2020a
13 Vgl. DPD Schweiz, 2020
14 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020a, S. 24
15 Vgl. Burger, H.-J., 2016, S. 161
16 Vgl. § 34 Abs. 1 bis 11 StVZO
17 Vgl. ABl L 151/1 vom 14.6.2018, Art. 4, Abs. 1
18 Vgl. Lenz B., et al., 2010, S. 18 ff.
19 Vgl. Anlage VIII § 29 Abs. 1 bis 4, 7, 9, 11 und 13 StVZO
20 Vgl. Lenz B., et al., 2010, S. 18 f.
21 Vgl. Anlage VIII (§ 29 Abs. 1 bis 4, 7, 9, 11 und 13) StVZO
22 Vgl. Lenz B., et al., 2010, S. 18 f.
23 Vgl. § 3 Abs. 1 GüKG
24 Pritschenwagen besitzen meist offene oder mit Plane abgedeckte Laderäume. (Vgl. Burger H.-J., 2016, S. 145)
25 Vgl. § 1 StVZOAusnV 53
26 Vgl. Frost & Sullivan, 2018, S. 54
27 Vgl. Heid B., et al., 2017, S. 3
28 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 10
29 Vgl. Fleischmann B., 2008, S. 13
30 Vgl. Kampker A., Vallée D., 2018, S. 41
31 Vgl. Bretzke W.-R., 2020, S. 233
32 Vgl. Clausen U., et al., 2013, S. 147
33 Vgl. Bundesverband Paket und Expresslogistik e.V., et al., 2020, S. 13
34 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 10 ff.
35 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020c
36 Vgl. Statistisches Bundesamt, 2020
37 Kennzahl [tkm] im Transportwesen als Produkt aus Transportgewicht [t] und Entfernung [km]. (Vgl. Herrmann C., 2010, S. 38)
38 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020d, S. 12 f.
39 Vgl. Burger H.-J., 2016, S. 139
40 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020e
41 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020d, S. 12 f.
42 Standardisierte Klassifikation, die u. a. KEP-Dienstleister enthält. (Vgl. Statistische Ämter des Bundes und der Länder, 2008)
43 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020d, S. 20 f.
44 Vgl. Hilgers, M., 2016a, S. 3
45 Vgl. Deutsche Emissionshandelsstelle (DEHSt) im Umweltbundesamt, 2020, S. 10
46 Hierbei handelt es sich um den mittleren CO2-Ausstoß pro Kilometer bei Nutzfahrzeugen über 16 Tonnen.
47 Vgl. ABl L 198/2020 vom 25.7.2019, Art. 1
48 Vgl. ebd., Art. 8
49 Vgl. Daimler, 2008
50 Vgl. Hoepke E., 2016, S. 1
51 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 3 ff.
52 Vgl. Witzke L., 2016, S. 8 ff.
53 Vgl. § 1 Abs. 2 S. 8 BFStrMG
54 Vgl. Erdgas e.V., 2020
55 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 4
56 Vgl. Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg, et al., 2010, S. 8
57 Vgl. Dudenredaktion, o. J.
58 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 31
59 Vgl. ebd., S. 41
60 Vgl. Hilgers M., 2016, S. 32
61 Vgl. ebd., S. 17
62 Vgl. Achleitner A., et al., 2016, S. 173
63 Abkürzung für Fuel Cell Electric Vehicle. (Vgl. Plath A., 2016, S. 603)
64 Vgl. Kampker A., 2018, S. 61
65 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 8
66 Vgl. Wilms O., 2020, S. 24 ff.
67 Abkürzung für Battery Electric Vehicle. (Vgl. Plath A., 2016, S. 603)
68 Vgl. Achleitner A., et al., 2016, S. 173
69 Vgl. Fournier G., et al., 2015, S. 121
70 Vgl. Doppelbauer M., 2020, S. 368 ff.
71 Vgl. Schwerlastverkehr, S. 28
72 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 9
73 Vgl. Raiber S., et al., 2014, S. 28
74 Vgl. Hilgers M., 2016a, S. 10
75 Vgl. Doppelbauer M., 2020, S. 132
76 Vgl. Lamp P, 2013, S. 401 ff.
77 Vgl. ebd., S. 410
78 Vgl. Doppelbauer M., 2020, S. 131
79 Vgl. Möller K.-C., 2013, S. 8
80 Vgl. Thielmann A., et al., 2012, S. 7
81 Vgl. Schöttle M., 2015, S. 21
82 Vgl. Doppelbauer M., 2020, S. 16
83 Vgl. ebd., S. 411 ff.
84 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020g
85 Vgl. Deutsche Post DHL Group, 2017
86 Vgl. Mercedes-Benz AG, 2020
87 Vgl. Hoffmann J., 2020, S. 45
88 Vgl. ebd., S. 43
89 Vgl. ebd., S. 44
90 Vgl. Raiber S., et al., 2014, S. 31
91 Vgl. Daimler, 2018b, S. 2 ff.
92 Vgl. Hoffmann J., 2020, S. 48
93 Vgl. ebd.
94 Vgl. ebd.
95 Vgl. Tesla, 2020a
96 Vgl. Designwerk Products AG, 2020, S. 16 f.
97 Vgl. DPD Schweiz, 2020
98 Vgl. BDEW, 2020a
99 Vgl. Bundesregierung, 2019, S. 1
100 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2016, S. 4
101 Vgl. Doppelbauer M., 2020, S. 291 f.
102 Vgl. Ziegler M., 2019, S. 27
103 Vgl. ABl L 102/1 vom 11.4. 2006 Art. 6, 7
104 Vgl. Daimler, 2020
105 Vgl. Bundesregierung, 2019, S. 13
106 Vgl. Doppelbauer M., 2020, S. 293
107 Vgl. ebd., S. 132
108 Vgl. Bundesregierung, 2019, S. 3
109 Vgl. Nationale Plattform Elektromobilität, 2015, S. 15 f.
110 Vgl. Heid B., et al., 2017, S. 7
111 Vgl. Heesen B., 2020, S. 2
112 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 19 f.
113 Vgl. Hoepke E., Breuer S., 2016, S. 3 f.
114 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 11 f.
115 Vgl. ebd., S. 19
116 Vgl. Fiedler J., 2007, S. 74
117 Vgl. ebd.
118 Vgl. Hilgers M., 2016, S. 13
119 Vgl. Zapf M., et al., 2019, S. 41
120 Vgl. Wild M., Herges S., 2000, S. 3 f.
121 Vgl. ebd.
122 Vgl. P.M. Bremen, 2010, S. 26
123 Vgl. Krämer S., 2007, S. 6
124 Vgl. Kreyenberg, D., 2016, S. 69
125 Vgl. Denkena B., et al., 2010, S. 638
126 Vgl. Denkena B., et al., 2010, S. 639
127 Vgl. Kraftfahrt-Bundesamt, 2020d, S. 28
128 Das Tempolimit für Lkw ab 3,5 t beträgt auf Autobahnen 80 km/h. (Vgl. § 3 StVO)
129 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 26 f.
130 Vgl. Ziegler M., 2019, S. 27
131 Vgl. Neuhausen J., et al., 2020, S. 11 f.
132 Vgl. NAF, 2020
133 Vgl. BR-Drs. 397/20, S. 8
134 Vgl. Hoepke E., Breuer S., 2016, S. 3
135 Vgl. Hilgers M., 2016b, S. 16
136 Vgl. Schneider S., 2014, S. 12
137 Vgl. Witte C., Marner T., 2015, S. 29 f.
138 Vgl. DPD Schweiz, 2020
139 In diesem Beispiel handelt es sich um die schweizerische Schwerverkehrsabgabe, die vergleichbar mit dem deutschen Mautsystem ist. (Vgl. Art.1 SVAG)
140 Vgl. Hacker F., et al., 2015, S. 101
141 Vgl. ebd., S. 106
142 Vgl. Heid B., et al., 2017, S. 5, 9, 12
143 Vgl. Earl T., et al., 2018, S. 4, 13 f.
144 Vgl. Neuhausen J., et al., 2020, S. 22
145 Vgl. Eurostat, 2021
146 Vgl. Eurostat, 2021
147 Vgl. Bundesministerium der Finanzen, 1998, S. 3
148 Vgl. DEKRA Automobil GmbH, 2018, S. 292 ff.
149 Vgl. Hülsmann F., et al., 2014, S. 50
150 Vgl. Wittenbrink P., 2014, S. 132
151 Vgl. DEKRA Automobil GmbH, 2018, S. 285
152 Vgl. Grandjot, H.-H., 2007, S. 57
153 Vgl. § 10 Abs. 1 UStG
154 Der Abschreibungsbetrag bestimmt die finale Abschreibung (AfA), indem der Abschreibungsbetrag durch die Nutzungsdauer dividiert und anschließend in variable und fixe Kosten aufgeteilt wird. In den meisten Fällen wird hier eine 50:50 Aufteilung angewendet. (Vgl. Fiedler J., 2007, S. 76 f.)
155 Vgl. Fiedler J., 2007, S. 75
156 Vgl. Fiedler J., 2007, S. 75 bzw. Vgl., Bruhn H., et al., 2014, S. 216
157 Vgl. Bruhn H., et al., 2014, S. 216
158 Vgl. Wittenbrink P., 2014, S. 78
159 Vgl. Statistisches Bundesamt, 2021
160 Vgl. DEKRA Automobil GmbH, 2018, S. 291 ff.
161 Alle Umrechnungen erfolgen auf Basis eines Wechselkurses von 1 USD = 0,8198 EUR (Stand: 17.12.2020).
162 Vgl. Tesla, 2020a
163 Vgl. Tesla, 2020b
164 Vgl. Tesla, 2020c
165 Vgl. Hacker F., et al., 2015, S. 25 f.
166 Vgl. Greiner, O., et al., 2020, S. 16
167 Vgl. Frost & Sullivan, 2018, S. 40
168 Vgl. MIT Energy Initiative, 2019, S. 16
169 Vgl. Henze V., 2020
170 Vgl. Greiner, O., et al., 2020, S. 15
171 Vgl. Henze V., 2020
- Quote paper
- Dennis Klingbeil (Author), 2021, Die ökonomische Evaluierung von batterieelektrischen Lkws im Fernverkehr bis 2030. Ein Ansatz auf Gesamtkostenbasis, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1037341
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