Mit der Verabschiedung des Aktionsprogramms Klimaschutz 2020 hat die Bundesregierung unter anderem beschlossen, einen Feldversuch zur Erprobung elektrischer Antriebe bei schweren Nutzfahrzeugen durchzuführen. Damit sollen die Aktivitäten des Projekts "Elektromobilität bei schweren Nutzfahrzeugen zur Umweltentlastung von Ballungsräumen" (ENUBA) fortgeführt werden, in dessen Rahmen das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu einem im öffentlichen Verkehrsraum einsetzbaren Gesamtsystems zum oberleitungsgebundenen elektrischen Betrieb von schweren Nutzfahrzeugen für den Güterverkehr gefördert hat.

Ziel des Projekts ELISA – "ELektrifizierter, Innovativer Schwerverkehr auf Autobahnen", das innerhalb des Programms "Erneuerbar Mobil" zur Förderung von Vorhaben im Bereich der Elektromobilität durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert wird, war die Realisierung einer Pilotstrecke zur Energieversorgung elektrisch angetriebener schwerer Nutzfahrzeuge via Oberleitung im öffentlichen Straßenraum sowie ein realitätsnaher elektrischer Betrieb dieser Fahrzeuge. Dieses Ziel wurde erreicht. Seit Beginn des Jahres 2021 liegt der Forschungsbetrieb der Pilotstrecke in der Verantwortung der Autobahn GmbH des Bundes. Das Projektkonsortium aus der Autobahn GmbH des Bundes (Leitung), der Technischen Universität Darmstadt, der Siemens Mobility GmbH und der e-netz Südhessen AG erforscht alle relevanten verkehrs- und energietechnischen, ökologischen und ökonomischen Aspekte, die für einen späteren Ausbau des Systems relevant sind. Außerdem soll die Funktionalität und Zuverlässigkeit der neuen Fahrzeug- und Infrastruktursysteme im Realbetrieb untersucht werden.

ELISA ist in zwei Teilprojekte gegliedert: Ziel von ELISA I war zunächst die Errichtung aller notwendigen infrastrukturseitigen Komponenten des eHighway-Systems auf dem A5-Abschnitt zwischen Langen/Mörfelden und Weiterstadt. Ausgeführt wurden die Planung und der Bau der Pilotanlage durch die Siemens AG. Anschließend ging es in den Betrieb der eHighway-Strecke – das Teilprojekt ELISA II. Die Verbundpartner (Die Autobahn GmbH des Bundes, Technische Universität Darmstadt, Siemens Mobility GmbH und e-netz Südhessen AG) sind mit der Begleitforschung zum Bau der Pilotanlage betraut. In ELISA II wird der realitätsnahe Probebetrieb schwerer Nutzfahrzeuge voraussichtlich bis Ende 2022 auf der Teststrecke durchgeführt.

Entlang einer geeigneten Straße wird eine Oberleitungsanlage mit zwei Fahrdrähten (Pluspol und Minuspol) über dem rechten Fahrstreifen errichtet. Wenn ein OH-Lkw unter der Oberleitung entlangfährt und die Sensoren im Dach des OH-Lkw erkennen, dass sich eine Oberleitung über dem Fahrzeug befindet, wird der eingebaute Stromabnehmer ausgefahren, stellt einen Kontakt zur Oberleitung her und versorgt den Elektromotor des OH-Lkw mit Strom. Dabei werden die Batterien des OH-Lkw aufgeladen, so dass beim Verlassen der Teststrecke dem OH-Lkw möglichst viel Reichweite im Batteriemodus zur Verfügung steht. Sobald die Oberleitung endet oder der OH-Lkw zu einem Überholvorgang ansetzt, übernimmt die Batterie die Energieversorgung des Elektromotors. Falls die Batterie leer ist, oder die Batterieladung für die emissionsfreie Belieferung der urbanen Ziele aufgespart werden soll, wird ein Dieselmotor zugeschaltet. Die Geschwindigkeit muss beim Lösen der Stromverbindung nicht verringert werden und erfolgt automatisch im fließenden Verkehr.

Nein, das ist weder vorgesehen noch notwendig. Die Vorzüge der Technologie kommen auf den vielfrequentierten Strecken mit hohem Anteil an Gütertransport im Nah- und Regionalverkehr besonders gut zur Entfaltung. Somit liegt der Fokus zunächst auf solchen Strecken, die in Deutschland in vielen Bereichen vorhanden sind und nicht auf der Ausstattung des gesamten Autobahnnetzes. Aber auch langfristig wäre ein Vollausbau der Technologie auf Autobahnen nicht zielführend. Laut einer Studie, die im Auftrag vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr durchgeführt wurde, würden bei einer Ausstattung von rund 30 Prozent des deutschen Autobahnnetzes mit Oberleitungsinfrastruktur rund 80 Prozent der in Deutschland zugelassenen schweren Lkw mit dieser Technologie elektrifiziert fahren können.

Der Güterverkehr nimmt insgesamt weiter zu. Dabei kann die Zunahme nicht allein durch eine forcierte Verlagerung des Transports auf die Schiene bewältigt werden. Die vom Umweltbundesamt in Auftrag gegebene Studie „Klimaschutzbeitrag des Verkehrs bis 2050“ zeigt, dass bis 2050 die Verkehrsleistung der Schiene im Vergleich zu heute zwar auf mehr als das Zweieinhalbfache gesteigert werden kann. Selbst dann verblieben 2050 jedoch noch 60% der Gütertransportleistung auf der Straße. Der Einsatz von OH-Lkw stellt demnach keine Konkurrenz zum Transport mit der Bahn dar, sondern ist eine notwendige Ergänzung zur Sicherstellung der Transportleistung vor dem Hintergrund der Herausforderungen des Klimaschutzes.

Die Gesamtprojektkosten im Teilprojekt ELISA I belaufen sich auf 14,6 Mio. €. Die Mittel stellt das BMWK zur Verfügung. Das Projekt ist gefördert vom BMWK.

Die hessische Landesregierung hat im Jahr 2015 das langfristige Klimaschutzziel der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050 beschlossen. Der Integrierte Klimaschutzplan 2025 ist hierfür das zentrale Instrument; die darin beschriebenen Maßnahmen für den Sektor Verkehr umfassen u.a. die Förderung emissionsarmer und effizienter Antriebe sowie den klimafreundlichen Güterverkehr durch die Elektrifizierung von Flotten. Auch die Maßnahmen des Aktionsplans „Mobiles Hessen 2020“ stehen unter der Maßgabe, eine nachhaltige und umweltverträgliche Mobilität zu gewährleisten. Daher hat sich das Land Hessen um die Durchführung eines Feldversuchs zur Erprobung elektrisch angetriebener Lkw per Oberleitung beworben. Das durch das BMWK geförderte Projekt ELISA - eHighway Hessen knüpft an die ambitionierten Ziele der Landesregierung an. Das Projekt ELISA leistet einen entscheidenden Beitrag, die Vision eines weitgehend emissionsfreien Straßengüterverkehrs bereits in naher Zukunft Wirklichkeit werden zu lassen.

Bauvorbereitende Maßnahmen liefen seit Oktober 2017 ohne Einfluss auf den Verkehr vom Seitenstreifen aus. Die Bauarbeiten zur Errichtung der Systembestandteile haben am 5. März 2018 mit der Einrichtung der Baustellenverkehrsführung begonnen. Die Anlage war am 30.11.2018 fertig errichtet.

Die Teststrecke befindet sich auf der Bundesautobahn A5 zwischen den Anschlussstellen Langen/Mörfelden und Darmstadt/Weiterstadt. In diesem Abschnitt werden je Fahrtrichtung 5km Autobahn elektrifiziert. Die maßgeblichen Kriterien für die Auswahl der Teststrecke waren die Repräsentanz der Strecke in Bezug auf die Übertragbarkeit der Forschungsergebnisse auf weitere Autobahnabschnitte, die Minimierung von Beeinträchtigungen des Verkehrsablaufs auf der Teststrecke beim Bau und während des Betriebs der Anlage sowie die Lage der Teststrecke hinsichtlich des Potenzials zur Abwicklung möglichst zahlreicher Fahrten im Rahmen bereits existierender Transportketten.

Der gewählte Autobahnabschnitt eignet sich aufgrund seiner Streckencharakteristik mit vier Fahrstreifen je Fahrtrichtung und einer durchschnittlichen täglichen Verkehrsbelastung von 135.000Kfz/Tag mit hohem Schwerverkehrsanteil (ca. 10%) optimal, um die eHighway-Technologie auf einer stark befahrenen Autobahn im Mischverkehr zu erproben. Die hier gesammelten Erkenntnisse werden daher auf den Großteil des Autobahnnetzes in Deutschland übertragbar sein.

Beim Bau der Pilotanlage können aufgrund des vorhandenen 8-streifigen Autobahnquerschnitts alle vier Fahrstreifen je Fahrtrichtung für den Verkehr zur Verfügung gestellt werden. Auch die Lage der Teststrecke zwischen den Oberzentren Frankfurt am Main und Darmstadt war ein wichtiger Faktor bei der Auswahl der Teststrecke. Hier besteht ein hohes Potenzial für den Einsatz von OH-Lkw in bereits vorhandenen Transportprozessen. Darüber hinaus liegt die geplante ELISA-Pilotstrecke im DRIVE-Testfeld, in dem die Autobahn GmbH des Bundes  das vernetzte und automatisierte Fahren gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft erforscht. Die ELISA-Pilotstrecke bietet damit hervorragende Möglichkeiten, die Integration in den kooperativen Systemverbund für die eHighway-Infrastruktur und die Testfahrzeuge zu erproben.

Entlang der 10km langen Teststrecke werden 229 Maste errichtet, um die Fahrdrähte über der rechten Fahrspur aufzunehmen:

• 112 in Fahrtrichtung Frankfurt
• 111 in Fahrtrichtung Darmstadt und
• 6 im Mittelstreifen entlang der T+R Gräfenhausen

Im Rahmen des Forschungsprojekts "Elektromobilität bei schweren Nutzfahrzeugen zur Umweltentlastung von Ballungsräumen" (ENUBA) wurde im Jahr 2011 auf einem ehemaligen Militärflugplatzgelände bei Groß Dölln nahe Berlin eine abgeschlossene Teststrecke für die technische Evaluation und Weiterentwicklung des eHighway-Systems eingerichtet. Seit Mai 2019 ist der eHighway auf der A1 bei Lübeck in Schleswig-Holstein in Betrieb, seit Juni 2021 die Teststrecke auf einer Bundesstraße im Rahmen des Projektes eWayBW. Im öffentlichen Verkehrsraum werden außerhalb Deutschlands zwei wesentlich kürzere Pilotanlagen betrieben. Auf einer ca. 2km lange Teststrecke in Schweden auf der Autobahn E16 in der Nähe von Stockholm verkehren seit 2016 OH-Lkw entlang einer Oberleitung. Im Jahr 2017 wurde in Los Angeles auf der I710 ein 1,6 km langes Oberleitungssystem in Betrieb genommen.

In Deutschland werden im Rahmen des Förderprogramms „Erneuerbar Mobil“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz insgesamt drei Teststrecken zur Durchführung von Feldversuchen mit OH-Lkw betrieben:

1. der eHighway Hessen auf der A5 zwischen Frankfurt und Darmstadt
2. auf der A 1 bei Lübeck in Schleswig-Holstein
3. auf der B 462 bei Kuppenheim in Baden-Württemberg

Die Pilotanlagen wurden auf Teststrecken errichtet, die jeweils eigene Verkehrs- und Streckencharakteristika aufweisen. Hinzu kommt, dass jeder Feldversuch mit unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten betrieben wird. Damit weist jedes Projekt eigene Alleinstellungsmerkmale auf.

Es wurden zu Beginn des Projekts mehrere potenzielle Gefährdungen betrachtet, die von einer Oberleitungsanlage entlang der Bundesautobahn ausgehen könnten. Gegen Gefahren, die vom elektrischen Strom ausgehen, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen. Die Fahrdrähte werden ca. einen Meter über der zulässigen Fahrzeughöhe von vier Metern geführt. Zusätzlich erfolgt eine Sicherung durch den Einsatz von Schutzvorkehrungen, die aus dem Bahn-Oberleitungsbau bekannt sind. Hierfür kann daher etablierte Technik eingesetzt werden. Um zu verhindern, dass bei einem Fahrdrahtriss elektrisch leitende Teile in den Verkehrsraum ragen, wurde ein System installiert, das den Fahrdrahtriss erkennt und die Pilotanlage automatisch und unverzüglich stromlos schaltet. Außerdem ist die Oberleitungsanlage so konstruiert, dass ein gerissener Fahrdraht nicht in den Verkehrsraum ragen kann. Hinzu kommt, dass die Pilotanlage rund um die Uhr von der Verkehrszentrale Deutschland überwacht wird und im Notfall von dort aus manuell stromlos geschaltet und geerdet werden kann.

Bei Bremsvorgängen oder Bergabfahrten kann der Elektromotor des Fahrzeugs als Generator zur Energiegewinnung genutzt werden. Die damit gewonnene Energie wird in erster Linie zum Laden der mitgeführten Batterie verwendet. Wenn die Batterie keine Energie mehr aufnehmen kann, ist es möglich, die Energie auch über Oberleitung in das System einzuspeisen.

Die Oberleitung muss an Schildern oder Brücken nicht unterbrochen werden. Der Fahrdraht wird in diesen Bereichen abgesenkt, damit die OH-Lkw auf der Strecke durchgehend mit Strom versorgt werden können.

Zur Pilotanlage gehören zwei Gleichrichterunterwerke, die den Strom aus dem Mittelspannungsnetz beziehen und auf 670V Gleichstrom wandeln. Die Gleichrichterunterwerke stehen auf dem Parkplatz Bornbruch West und auf der T+R Gräfenhausen West und versorgen über unterirdische Kabel die Pilotanlage mit Strom.

Der Strom für die Pilotanlage wird zu 100% aus erneuerbaren Energien bereitgestellt, damit die Fahrzeuge im Bereich der Oberleitungsanlage klimaneutral fahren können.

Sämtliche Fahrstreifen werden nach der Errichtung der Pilotanlage auf der A5 uneingeschränkt nutzbar sein.

Die eHighway-Technologie ist darauf ausgelegt, im Vergleich zum Betrieb konventioneller Lkw keine Einschränkungen mit sich zu bringen. Auch das Überholen von Fahrzeugen auf der rechten Fahrspur wird für einen OH-Lkw möglich sein, weil in der Zeit ohne Kontakt zur Oberleitung der Elektromotor aus der Batterie mit Strom versorgt wird.

Witterungsbedingte Einschränkungen in Form von Eis oder Schnee im Zusammenhang mit der Oberleitung werden durch eine an der Pilotanlage installierte Enteisungsanlage ausgeschlossen.

Durch die drei Feldversuche in Hessen, Schleswig-Holstein und Baden-Württemberg werden Erfahrungen und Erkenntnisse gesammelt und im Rahmen einer wissenschaftlichen Begleitung ausgewertet. Hierfür werden die Feldversuche wissenschaftlich begleitet. Mögliche Szenarien zum Ausbau bzw. zur weiteren Nutzung der Technologie werden aktuell in weiteren Forschungsprojekten untersucht. Die Feldversuche können in diesem Zusammenhang Initialzündung für einen entsprechenden Diskussionsprozess sein.

Alle straßenseitigen Komponenten werden sicher und qualitativ gebaut und können über die Testphase hinaus genutzt werden. Eine betriebliche Wartung ist zu jeder Zeit gewährleistet. Falls in Zukunft wesentlich mehr OH-Lkw auf der Pilotanlage verkehren werden, kann die Strecke dafür durch das Errichten weiterer Gleichrichterunterwerke ertüchtigt werden. Eines der Kernziele von ELISA ist die Evaluation, ob und in welcher Form es einen Regelbetrieb des eHighway auf deutschen Autobahnen einmal geben kann.

Die Transportpartner werden sind als assoziierte Partner im Teilprojekt ELISA II beteiligt. Sie binden jeweils einen OH-Lkw in ihre alltäglichen Touren ein, um das eHighway-System auf die Alltagstauglichkeit zu untersuchen. Insgesamt wird eine große Bandbreite wichtiger logistischer Marktsegmente im Feldversuch abgedeckt. Dabei nehmen folgende Transportpartner am Feldversuch mit einem Fahrzeug teil:

• Spedition Hans Adam Schanz GmbH & Co. KG
• Ludwig Meyer GmbH & Co. KG
• Contargo GmbH & Co. KG
• Knauf Gips KG
• Merck KGaA

Es sind zunächst fünf OH-Lkw für den Feldversuch in Hessen im Einsatz.