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Mobile Maschinen 4/2020

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Architekturen zur CO 2

Architekturen zur CO 2 -Verminderung Erdgas Hocheff. VKM Hybrid Stöchio metrisch HPDI Bauraum Gewicht Anschaffungspreis Wirkungsgrad TCO Aufladen, Befüllen Service & Wartung Quelle: AVL Kleinere Traktoren Mittlere Traktoren Große Traktoren Architekturen zur CO 2 -Verminderung für alle Traktorklassen Hocheffiziente VKM Je kleiner der Hubraum, desto geringer der Wirkungsgrad (Wärmeverluste) Möglichkeiten, Entwicklungen vom Lkw-Bereich zu übernehmen (hocheffiziente Lösungen) Hybrid Typischerweise sehr dynamisches Lastprofil Eher eingeschränkte Verbesserung durch „relativ stationären“ Betrieb Stöchiometr. Erdgasmotor Durch Kraftstoffeigenschaften in allen Anwendungen CO 2 -Reduktionen realisierbar Herausforderung: Reichweite und Betanke HPDI Gasmotor Hohe Anfangsinvestitionen, Verluste während Standzeiten (boil off) Prinzipiell attraktiv aufgrund hoher Wirkungsgrade Herausforderung: Reichweite und Betanken Quelle: AVL Bevorzugte Lösung Alternative Nicht empfehlenswert Attraktiv (CO 2 -Reduktion und Kosten) verbunden mit Nachteilen wie Reichweite und Betanken VKM – Verbrennungskraftmaschine; HPDI – High Pressure Direct Injection, TCO – Total Cost of Owernship Zur CO 2 -Verminderung stehen drei Möglichkeiten zur Verfügung, die sich auch miteinander kombinieren lassen, um das Reduktionspotenzial noch weiter zu erhöhen: n Die Erhöhung der Effizienz des konventionellen Antriebs sowie n das Potenzial durch Hybridisierung und n der Einsatz von alternativen Kraftstoffen. Der Verbrennungsmotor bietet innerhalb des konventionellen Antriebs ein beachtliches Potenzial zur Effizienzverbesserung. Vor allem für hubraumgrößere Aggregate sind nach aktuellem Forschungsstand 50 % Wirkungsgrad im Bestpunkt erreichbar. Möglich wird dies durch eine Optimierung der Aufladungsgruppe, einer weiteren stetigen Verbesserung der Verbrennung, eine höhere Verdichtung und eine Minimierung der Wärmeverluste. Dadurch bedingt steigt aber auch die Spitzendruckanforderung, womit eine notwendige Reibungsminimierung einhergeht, damit sich die Verbesserung des Verbrauchs auch einstellt. Dies würde einer CO 2 -Reduktion im niederen zweistelligen Prozentbereich entsprechen, abhängig vom Lastprofil und der Effizienz des Vergleichsmotors. Hybridarchitekturen können durch Rekuperation oder durch Load Point Shifting den Wirkungsgrad erhöhen. Vor allem bei Traktoren, die aufgrund vielfältiger Einsatzzwecke ein breit gefächertes Betriebsprofil aufweisen, können solche Maßnahmen zu CO 2 -Reduktionen im niedrigen zweistelligen Prozentbereich führen. Elektrifizierte Getriebe (z. B. das e-CVT) sind bei der Hybridisierung eine vielversprechende Lösung. Der Einsatz von Erdgasmotoren ist ebenfalls eine wirksame Maßnahme zur CO 2 -Reduktion. Unter Berücksichtigung desselben Antriebswirkungsgrades, z. B. durch den 14 Mobile Maschinen 2020/04 www.mobile-maschinen.info

EXTREM? KEIN PROBLEM! FÜR JEDEN HÄRTEFALL DEN RICHTIGEN WD-40® PROBLEMLÖSER IM SYSTEMENGINEERING UND IN DER ARCHITEKTURENTWICKLUNG DER LANDWIRTSCHAFTLICHEN MASCHINEN IST EIN UMDENKEN NOTWENDIG Einsatz eines „High Pressure Direct Injection“-Verbrennungskonzepts (HPDI-Verbrennungskonzepts), würde der Einsatz von Erdgas als Treibstoff zu einer CO 2 -Verminderung von rd. 23 % führen. Dieser Wert verringert sich auf ca. 10 % bei heute üblichen Motoren mit stöchiometrischen Verbrennungsverfahren durch den schlechteren Motorwirkungsgrad. Das CO 2 -Reduktionspotenzial durch den Einsatz von Erdgas ist unabhängig vom Anwendungsszenario des Traktors und vom Lastprofil. Neben Erdgas sind alternative Kraftstoffe in der Diskussion, deren Anwendbarkeit und Verfügbarkeit aber kurz- und mittelfristig eher eingeschränkt ist. Für eine gänzliche CO 2 -Vermeidung in der TtW-Betrachtung kommen aktuell primär batterieelektrische Antriebe sowie Wasserstoff als Treibstoff für eine Brennstoffzelle oder in einem Verbrennungsmotor in Frage. Bei einem Wasserstoffverbrennungsmotor bleibt der konventionelle Antriebsstrang mit Motor und Getriebe unangetastet, was vorteilhaft in Bezug auf die Modularität ist. Neuere Untersuchungen zeigen, dass Leistungen und Wirkungsgrade vergleichbar sind zu denen, mit dieselkraftstoffbetriebenen Antriebsaggregaten. In Kombination mit der langjährigen Erfahrung dieser Antriebe im Feld eröffnet sich durchaus eine vielversprechende Option. Im Landmaschinenbereich wird zur CO 2 -Vermeidung aktuell eindeutig auf batterieelektrische Konzepte gesetzt. Das ist nicht zuletzt auf die gute Verfügbarkeit sowie den hohen Technologiereifegrad zurückzuführen. Wasserstoff wird für schwere Anwendungen vermehrt als zielführend angesehen. Im schweren Lkw laufen zurzeit von einigen Herstellern Testflotten mit Wasserstoffbrennstoffzellen unter realen Einsatzbedingungen. Ebenfalls in der Entwicklung befinden sich Komponenten für Wasserstoffverbrennungsmotoren. Für die Bewertung der Technologien werden die Traktorapplikationen in drei Gruppen unterteilt. Dies geschieht vor dem Hintergrund, dass die einzelnen Anwendungen große Unterschiede in ihrem Lastprofil aufweisen und auch hinsichtlich Bauraummöglichkeiten jeweils unterschiedlich zu beurteilen sind: n Kleinere Pflegetraktoren mit einer Antriebsleistung von rd. 50 kW und einer Betriebsdauer von 500 bis 800 Stunden pro Jahr sowie n mittlere Traktoren mit einer Antriebsleistung von ca. 150 kW und einer Betriebsdauer von 800 bis 1 000 Stunden pro Jahr und n schwere Traktoren mit einer Antriebsleistung von 300 kW und mehr als 1 000 Betriebsstunden pro Jahr. Die Dieselantriebe punkten hinsichtlich Bauraum und der spezifischen Eigenschaften der Kraftstoffe und dem Betanken (s. Tabelle „Architekturen zur CO 2 -Verminderung“). Ursächlich hierfür sind die Ausgangssituation mit verfügbaren Kraftstofftankstellen auf dem Hof des Landwirts und die problemlose Wartbarkeit. Die Wartung kann vor allem beim HPDI- Gaskonzept aufgrund des Tanksystems eine Herausforderung sein. Vor allem Traktoren mit dynamischen Lastzyklen bieten gute Chancen zur Hybridisierung, wohingegen Traktoren im höheren Leistungs segment mit eher stationären Betriebspunkten durchaus von konventionellen Systemen mit gesteigerter Effizienz profitieren könnten (s. Tabelle „Architekturen zur CO 2 -Verminderung für alle Traktorklassen“). Der Einsatz von WD-40® FLEXIBLE erreicht Unerreichbares. WD-40® SPECIALIST Rostlöser durchdringt schnell und löst festsitzende Teile. Weitere WD-40® Problemlöser auf wd40.de

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