Schweizer Start-up will mit ambitionierter E-Antriebstechnik geländegängige schwere Nutzfahrzeuge CO2-neutral machen

Mit einem beeindruckenden neuen Höhenrekord für E-Fahrzeuge, den viele als unmöglich anschauten, sorgten drei Schweizer Ingenieure für Aufsehen. Mit dem Peak Evolution-Projekt stellten sie am 3. Dezember 2023, einem wolkenlosen, kalten und windigen Nachmittag, ein neuartiges Fahrzeug auf die Probe. Dabei erklommen sie mit dem selbst entwickelten solarbetriebenen schweren E-Nutzfahrzeug von TERREN den höchsten Vulkan der Welt. Mit diesem Höhenrekord für E-Fahrzeuge setzte das Team von TERREN Electric Drive Systems auch ein Zeichen für die gemeinsame Vision für einen globalen Wandel zu sauberen Energiequellen. Der ultimative Test mit ihrem Prototyp hat gezeigt, wie wichtig die Entwicklung neuer Technologien zum Erreichen von Umweltzielen ist, wobei auch Verbindungstechnik von HUBER+SUHNER einen wichtigen Beitrag geleistet hat.

Blockbusters, die für Veränderung stehen

Aktuell sind die Gesamtkosten von solarbetriebenen E-Fahrzeugen noch nicht wettbewerbsfähig und deshalb nicht zuoberst gelistet auf den Agenden der Hersteller von Gelände-Schwerlastfahrzeugen. Dennoch wollte das Terren Team zeigen, was möglich ist. Für die Tour setzte man auf dachmontierte Solarpaneele, die dies Fahrzeug für das extreme, unwegsame Gelände und die rauen Bedingungen abseits jeglicher Ladeinfrastruktur bereit machen sollten. Experten erwarten, dass der erreichte Rekord Impulse für die Entwicklung im Bereich E-Mobilität setzen wird.

Das ist gerade angesichts globaler Megatrends im Kontext des Klimawandels wichtig. Diese Trends – Konnektivität, Mobilität und Neo-Ökologie – prägen die Gesellschaft schon seit Jahrzehnten und finden sich auch im Radkasten von TERREN Electric Drive Systems. Die Weltbevölkerung wächst: Die Vereinten Nationen (UN) schätzen, dass die Weltbevölkerung bis 2050 auf 9,7 Milliarden Menschen ansteigen wird und zwei Drittel davon in Städten leben werden. Gleichzeitig erwartet die Internationale Energiebehörde (IEA), dass der Gesamt-Energieverbrauch bis 2030 jedes Jahr um 0,7 % zunimmt (etwa halb so schnell wie in den 2010er Jahren) und auch danach bis 2050 weiter ansteigt. Die globale Mittelschicht soll dabei rasant wachsen.

Durch diese Trends werden Branchen, die häufig schwere Nutzfahrzeuge einsetzen, deutlich wachsen, etwas der Bergbau, die Landwirtschaft, das Bauwesen, der Gütertransport oder die Abfallwirtschaft. Gleichzeitig sehen sich Unternehmen aus diesen Branchen mit immer strengeren Umweltauflagen für ihre Fahrzeuge konfrontiert.

Richtig positioniert, um das Geschehen mitzuprägen

Die Modulare E-Fahrzeug-Plattform von TERREN Electric Drive Systems kann für Industriesektoren, die an Lösungen für verschiedene Szenarien aufgrund von Megatrends arbeiten, interessant sein. Ein Beispiel ist etwa der Bergbau: Die unabhängige und gemeinnützige Responsible Minerals Initiative (RMI) fördert die marktgetriebene Anpassung der weltweiten Energiesysteme an die Folgen des globalen Temperaturanstiegs von 1,5 Grad. Sie schätzt, dass heute ca. 28'000 grosse Bergbau-Förderfahrzeuge im Einsatz sind, die praktisch alle mit Diesel betrieben sind und jedes Jahr 900'000 Liter Dieselkraftstoff verbrauchen – 30 bis 50 % des gesamten Energiebedarfs der Bergwerke. Zusammen stossen diese Minenfahrzeuge ca. 63 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr aus. Laut RMI entspricht das dem Treibhausgas-Fussabdruck ganzer Staaten wie Finnland oder Neuseeland. Die RMI empfiehlt Bergbauunternehmen, ihre CO2-Emissionen und Betriebskosten durch Modernisierung oder Erneuerung ihrer Dieselfahrzeugflotten zu senken.

Ein rekordbrechender Aufstieg

Die Gründer von TERREN Electric Drive Systems – Chief Financial Officer Patrik Koller, Chief Operations Officer David Pröschel und Chief Technology Officer David Koller – sind bereit ihren Beitrag zu diesem Wandel leisten. Eindrucksvoll unter Beweis gestellt haben sie das nun mit dem Rekordaufstieg zum ruhenden Vulkan Nevado Ojos del Salado in Chile – 6'510 Meter über Meereshöhe bei widrigen Konditionen wie starkem Wind und täglichen Tiefsttemperaturen zwischen –5 °C und –15 °C . Dabei wollte das Team nicht nur einen Weltrekord aufstellen, sondern auch die Welt auf den dringenden Handlungsbedarf aufmerksam machen, den Umstieg zu nachhaltigen Energiequellen voranzutreiben. Dass Technologie dabei eine Schlüsselrolle spielt, sollte der Prototyp des vollelektrischen schweren Gelände-Nutzfahrzeugs TERREN zeigen 

Der TERREN ist ein umgerüsteter Aebi VT450, ein Allrad-Transportfahrzeug, mit Verbrennungsmotor, der für dieses Projekt stattdessen mit zwei elektrischen Synchronmotoren von Bosch à 120 kW und 12'000 U/Min ausgestattet wurde. Die drei parallelen 300-Volt-Lithium-Ionen-Batteriepakete von Eco Volta des Expeditionsfahrzeug wurden allein durch die mobile Photovoltaikanlage geladen. 

Laut David Koller, einem Maschinenbauingenieur, war TERREN mit Herausforderungen bei der Expedition konfrontiert, die Sandstürme oder Steigungen von 30 Grad auf unbefestigten Wegen mit einer Mischung aus grossen Steinen, Kieselsteinen und Sand beinhalteten. 

„Die enorm grosse Steigung allein war schon eine Herausforderung», wie er sagt. «Wir wussten aber, dass unser TERREN mit dieser umzugehen wusste.“

Eine erfolgsorientierte Partnerschaft

Seine Robustheit hat das Fahrzeug auch verschiedenen Bauteilen von HUBER+SUHNER zu verdanken. Diese häufig nicht auf den ersten Blick zu sehenden, aber entscheidenden Komponenten sind von grösster Wichtigkeit für eine funktionierende Kommunikation und wurden als Sachspende für das TERREN Projekt offeriert: 

• RADOX® Hochspannungskabel für Elektrofahrzeuge gewährleisten äusserst zuverlässige und stabile Stromübertragung im gesamten TERREN vom Ladeanschluss bis zur Batterie und leiten Strom von der Batterie zum Elektromotor – frei von elektromagnetischen Störungen.
• RADOX® EV-C Verbindungssysteme für eine stabile Verbindung mit Schutz vor elektromagnetischen Störungen – vom Kabel bis hin zu den elektronischen Bordgeräten des TERREN
• Zwei modulare Hochleistungs-Stromverteilungseinheiten (mHVDUs) schützen die Batterie vor Überlast im Falle von Störungen bei der Leistungsbereitstellung oder Unfällen im Gelände.

  
  

„Diese Verbindungstechniken waren sehr wichtig, weil sie den gesamten Leistungsstrang des Fahrzeugs verbinden. Hätte eines der Kabel versagt, hätte das Fahrzeug einfach angehalten», sagt Koller. „Gleichzeitig kann ein Kabelschaden angesichts der 300-Volt-Baterien ein echtes Sicherheitsrisiko darstellen.“

Die Hochleistungskabel von HUBER+SUHNER enttäuschten nicht.

„Die Kabel sind harschen Umweltbedingungen wie dem Wetter und Vibrationen viel stärker ausgesetzt als etwa Batterien und Wechselrichter, die gut geschützt im Fahrzeug sitzen", erklärt Koller“. “Die Kabel sind stellenweise direkt den Umgebungsbedingungen ausgesetzt und müssen ihre Leistung unter allen Bedingungen erbringen.“

Koller, der alle von HUBER+SUHNER stammenden Bauteile selbst installierte, weist auch auf deren integrieren Schutz vor elektromagnetischen Störungen hin, der eine wichtige Voraussetzung dafür war, dass der TERREN vor dem Rekordversuch in Chile seine Strassenzulassung bekam.

Für die Strassenzulassung war eine EMV-Prüfung vorgeschrieben, die das Fahrzeug ohne weiteres bestand. Das spricht für die Qualität der Produkte sowie der Kabel.“

Modularität und Robustheit als Schlüssel zum Erfolg

Koller stattete die mHVDUs zudem mit widerstandsfähigen Sicherungen aus, die sämtliche elektrischen Elemente im Fahrzeug vor Überlast schützen, etwa die Batterie.

Die Experten bringen sich ein

Laut Copernicus, dem Erdbeobachtungsprogramm der Europäischen Union, war 2023 das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen. Die gemäss Pariser Klimaabkommen bestimmte Obergrenze der Erderwärmung von 1,5 °C war fast erreicht. Besonders alarmierend war das Ergebnis einer Studie im Magazin Nature, wonach der Sommer 2023 der wärmste war in der nördlichen Hemisphäre seit 2'000 Jahren. Angesichts dieser Entwicklungen ist es nicht überraschend, dass die Internationale Energieagentur (IEA) von einer steigenden Nachfrage nach E-Fahrzeugen in den nächsten zehn Jahren ausgeht, was den Ölverbrauch senken soll.

Laut dem IEA Energie-Modellierer Apostolos Petropoulos zeichne sich in Schlüsselmärkten wie China und Europa ab, dass die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen auf dem Vormarsch sei.

„Zum einen werden Batterien immer günstiger, zum andern gibt es in der EU, den USA und China signifikante Infrastruktur-Projekte», berichtet Petropoulos. «Es liegt daher nahe, dass der Trend zur Elektrifizierung, den wir im Personenverkehr beobachten konnten, auch bei schweren Nutzfahrzeugen Einzug hält.“

Trucks and buses account for fewer than 8 % of vehicles (excluding two- and three-wheelers) but are responsible for 35 % of direct CO2 emissions from road transports as claimed by the IEA. Heavy-duty vehicle emissions, the agency said, must rapidly peak and must begin to decline in the next decade in order to reach net-zero milestones. While the TERREN’s solar charging capability was developed exclusively for the Nevado Ojos del Salado expedition, Petropoulos was intrigued by its potential.

›Sehr innovativ‹

„Es ist ein sehr innovativer und interessanter Ansatz, denn der Strombedarf von E-Schwerlastfahrzeugen und die Belastung für das Stromnetz beim Laden ist eine Schlüsselfrage für solche Systeme. Für mich ist die Kostenfrage zentral, wobei die Preise für Solarpaneele schon stark gefallen sind. Wie lässt sich also diese Innovation in einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt umwandeln?“, fragt Petropoulos.

 Alles ist noch ›sehr, sehr offen‹

Professor Kari Tammi, D.Sc. und Dekan der Aalto University School of Engineering in Espoo in Finnland und Co-Autor der Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Entwicklung von schweren E-Nutzfahrzeugen Heavy-Duty Electric Vehicles: From Concept to Reality, sieht die Zukunft in der Elektrifikation von schweren Nutzfahrzeugen. Neben der Reduktion der klimaschädlichen CO2-Emissionen und deren Auswirkungen auf die Umwelt, nennt er noch weitere überraschende Vorteile.

„Der Kampf gegen den Klimawandel ist vielleicht der grösste Treiber für die Elektrifizierung, es gibt jedoch auch noch andere Emissionen wie Stickoxide, die in Verbrennungsmotoren entstehen und die Arbeiter vor Ort belasten wenn sie eingeatmet werden,“ meint er.

Zwar sind solarbetriebene schwere Nutzfahrzeuge wie das von der TERREN-Expedition angesichts des hohen Leistungsbedarfs und der Schwierigkeiten in Verbindung mit der direkten Nutzung von Sonnenenergie noch weit davon entfernt, in der Breite eingesetzt zu werden. Dennoch ebnen Vordenker wie das Team von TERREN mit ihrer Forschung den Weg für neue Durchbrüche auf dem Gebiet.

Die Träume der Kunden erfüllen

Peter Affolter, Professor für Fahrzeugelektronik im Departement für Automobil- und Fahrzeugtechnik an der Berner Fachhochschule in Biel und Vauffelin und Leiter des Instituts für Energie- und Mobilitätsforschung IEM, ist überzeugt, dass die Zukunft der schweren Nutzfahrzeuge elektrisch ist – unter bestimmten Voraussetzungen.

„E-Mobilität ohne Abgase bei Offroad-Nutzfahrzeugen könnte einen entscheidenden Vorteil bieten: Aufgrund der hohen Effizienz des Antriebsstrangs gibt es nur sehr geringe oder gar keine Wärmeemissionen. Ausserdem gibt es ein grosses Potenzial für Rekuperation, da Nutzfahrzeuge viel Energie beim häufigen Bremsen verlieren.“ Dabei sei die Rückgewinnung von Energie beim regenerativen Bremsen eine einzigartige Technik von Elektrofahrzeugen, so der Professor.

Affolter nannte Energiedichte als eine weitere Herausforderung. Hochspannungsbatterien sind essentiell in der Elektrifizierung und Dekarbonisierung von E-Fahrzeuge. Die spezifische Energie und die begrenzte Energiedichten der derzeitigen Batterietechnologie stellen jedoch eine Herausforderung dar. So müssen elektrisch betriebene Schwerlastkraftwagen und andere Langstreckenfahrzeuge hunderte Kilowattstunden an gespeicherter Energie mit sich führen, während die meisten Lithium-Ionen-Batterien nicht mehr als 400 Wh/kg speichern können.

Ein weiterer Knackpunkt für die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen ist die Wirtschaftlichkeit für die Kunden. Damit Bewegung in die Bemühungen zur Elektrifizierung kommt, ist oft der Eingriff und die Unterstützung von staatlicher Seite nötig. Doch Start-ups wie TERREN Electric Drive Systems und Partnerschaften wie die von Volvo und Designwerk Technologies können es sich erlauben, mit neuen Technologien Risiken einzugehen, wie er sagt.

Dabei könnte der erste Auftrag für TERREN Electric Drive Systems schon bald kommen: Laut Koller hat TERREN aktuell keine direkten Konkurrenten. Es wird jedoch Partnerschaften brauchen, um die Technologie auf den Markt bringen zu können.

„Es sind bereits kleinere Fahrzeuge erhältlich, die aber nicht alle Anforderungen erfüllen. Es gibt große elektrische Lastkraftwagen, der Offroad-Sektor ist jedoch sehr überschaubar», so Koller. «Wann genau wir in Produktion gehen können, ist noch nicht abzusehen, schliesslich sind wir nur ein kleines Team von drei Leuten und wir brauchen Partner. Ich würde aber voraussagen, dass es innert der nächsten fünf Jahre so weit ist.“

Nach diesem grossen Abenteuer und einem erfolgreichen Weltrekord ist man bei TERREN Electric Drive Systems auf die Zukunft fokussiert – für das Unternehmen und die Umwelt.