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Mobile Maschinen 4/2020

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Architekturen zur CO 2

Architekturen zur CO 2 -Vermeidung BEV H 2 700 bar H 2 LH 2 H 2 LOHC Small MD, HD Small MD, HD Small MD, HD Small MD, HD Bauraum Gewicht Anschaffungspreis Wirkungsgrad Total Cost of Owernship (TCO) Aufladen, Befüllen Service & Wartung Quelle: AVL LH 2 – Liquid Hydrogen; LOHC – Liquid Organic Hydrogen Carriers; Small steht für kleinere Pflegetraktoren, MD für medium-duty, Traktoren des mittleren Leistungsbereichs und HD für heavy-duty, große Traktoren Erdgas als Treibstoff ist in allen Fällen interessant, wobei die Auswirkungen auf das Betanken und den Bauraum eine generelle Empfehlung erschweren. Die Maßnahmen zur vollständigen Vermeidung von CO 2 in der TtW-Betrachtung mit den Optionen batterieelektrisch und Wasserstoff ist ebenfalls abhängig von der Traktorleistungsklasse und dem Einsatzprofil (s. Tabelle „Architekturen zur CO 2 -Vermeidung“). Für Traktoren in kleineren Leistungsklassen können batterieelektrische Antriebe unter der Annahme attraktiv sein, dass Landmaschinenhersteller von großvolumigen Batterielieferungen und damit einhergehenden günstigen Einkaufspreisen profitieren können und der Strompreis in einem Bereich von 20 bis 30 Cent/kWh liegt. IMPRESSUM erscheint 2020 im 13. Jahrgang, ISSN 1865-7028 Redaktion Chefredakteur: Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer (WB), Tel.: 06131/992-321, Fax: 06131/992-340, E-Mail: w.bauer@vfmz.de (verantwortlich für den redaktionellen Inhalt) Redakteure: Ivo Greuloch (Vol.), Tel.: 06131/992-353, E-Mail: i.greuloch@vfmz.de Vanessa Weingärtner (Vol.), Tel.: 06131/992-352, E-Mail: v.weingaertner@vfmz.de Redaktionsassistenz: Angelina Haas, Tel.: 06131/992-361, E-Mail: a.haas@vfmz.de, Doris Buchenau, Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter (Redaktionsadresse siehe Verlag) Herausgeber: Hartmut Rauen, stellvertretender Hauptgeschäftsführer des VDMA Organ: Organ des „Forums Mobile Maschinen“ im VDMA Gestaltung Mario Wüst, Sonja Daniel, Anette Fröder, Anna Schätzlein Chef vom Dienst Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer Sales Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262, E-Mail: o.jennen@vfmz.de Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206, E-Mail: a.zepig@vfmz.de Nevenka Islamovic, Auftragsdisposition Tel.: 06131/992-113, E-Mail: n.islamovic@vfmz.de Anzeigenpreisliste Nr. 13: gültig ab 1. 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Sollten beide Randbedingungen nicht gegeben sein, dann erscheint es in diesem Segment eher als problematisch, einen batterieelektrischen Antrieb in nennenswerten Stückzahlen attraktiv zu platzieren. Eine zukünftige Alternative zum batterieelektrischen Antrieb in dieser Klasse ist Wasserstoff, wobei noch eine Weiterentwicklung der Speicherdichte unerlässlich ist, um Vorteile gegenüber der batterieelektrischen Variante in der Reichweite zu erschließen. Für die untersuchten mittleren und hohen Leistungsklassen kommt zur CO 2 -Vermeidung nur Wasserstoff in Frage. Zu beachten ist hier jedoch, dass selbst bei zukünftig zu erwartenden Tanksystemen, eine Reichweite wie sie mit aktuellen Fahrzeugkonzepten möglich ist, nicht in dem Ausmaß realisiert werden kann. Batterieelektrische Antriebe sind aufgrund der Größe und dem Gewicht keine Option. POTENZIELLE HANDLUNGSFELDER CO 2 -reduzierende Maßnahmen sind einerseits durch eine weitere Verbesserung des Motorwirkungsgrades und andererseits durch Hybridisierung möglich und umsetzbar. Sofern eine Reichweitenreduktion eine geringe Rolle spielt sowie das Errichten einer Gasversorgung auf der landwirtschaftlichen Betriebsstätte möglich ist, ist Erdgas eine attraktive Alternative. Das CO 2 -Reduktionspotenzial variiert je nach Maßnahme und ist abhängig von der Ausgangssituation, also welcher Antriebsstrang mit welchem Wirkungsgrad sowie welchem Einsatzprofil zugrunde gelegt wird, kann aber schon deutlich wahrnehmbare Ausmaße annehmen, z. B. im niedrigen zweistelligen Prozentbereich durch Hybridisierung bei Traktoren mit dynamischen Lastprofilen. CO 2 -freie Traktoren sind in ökonomischer und technischer Hinsicht eine größere Herausforderung. Auch mit erhöhten Leistungsdichten von Batterien bzw. Wasserstoffspeicherdichten im Jahr 2030 ist der Bauraum de facto nicht verfügbar, um gegenwärtige Reichweiten zu realisieren. Batterieelektrische Antriebe scheinen kurzfristig der einzig gangbare Weg für Traktoren mit geringer Antriebsleistung. Um jedoch eine wettbewerbsfähige Lösung offerieren zu können, scheint eine Kooperation mit Fahrzeugherstellern aus dem Volumenmarkt zwingend notwendig. Nur so lassen sich attraktive Einkaufskonditionen für die Hauptkomponenten verwirklichen. Für mittlere und schwere Traktoren ist auch langfristig mit stärkeren Einschränkungen in der Reichweite zu rechnen. Synthetische Kraftstoffe, die per Strom aus Wasser und Kohlenstoffdioxid hergestellt werden, scheinen aus heutiger Sicht die einzige Möglichkeit, CO 2 zu vermeiden ohne Abstriche in puncto Einsatz- Autonomie machen zu müssen. Bei diesen auch E-Fuels genannten Kraftstoffen ist nicht nur der Aspekt der Verfügbarkeit sowie des Preises zu berücksichtigen, sondern auch die Gesetzgebung, weil auch bei E-Fuels in der TtW-Betrachtung CO 2 emittiert wird. AUSWEITUNG DER UNTERSUCHUNG AUF CRADLE-TO-GRAVE-BETRACHTUNGEN Um die Nachhaltigkeit von Elektrifizierung und alternativen Antrieben vollumfänglich zu beurteilen, ist nicht nur eine TtW-, sondern auch eine Cradle-to-Grave-Betrachtung notwendig. Unter Berücksichtigung der kompletten Kette von Produktion über Betrieb bis hin zur Entsorgung lässt sich der Antriebsstrang unter Berücksichtigung des Einsatzgebiets und der Produktlebensdauer holistisch in puncto CO 2 -Emissionen optimieren. So muss z. B. vor allem im Agrarbereich die Infrastruktur mit in die Überlegungen einbezogen werden. Nutzt ein landwirtschaftlicher Betrieb z. B. erneuerbare Energien, wirkt sich dies positiv auf solch eine Lebenszyklusbetrachtung aus. Im Systemengineering und in der Architekturentwicklung der landwirtschaftlichen Maschinen ist ein Umdenken notwendig. Letztendlich wird dies zu einer Koexistenz von verschiedenen Antriebstechnologien führen, abhängig von Einsatz und Anwendungsfall. Bilder: AVL www.avl.com DIREKTER KONTAKT Ronald Kruth Business Field Leader Off-Road ronald.kruth@avl.com Integration in vorhandene Systeme einfach möglich Systemlieferant Pfanzelt Neben der Entwicklung und Produktion von Land-, Forst-, und Sondermaschinen hat sich Pfanzelt auch als Lieferant für Systemkomponenten einen Namen gemacht. • Radantrieb powerDRIVE • Stufenloses leistungsverzweigtes Getriebe variaDRIVE • Einzelkomponenten im Kranbau powerDRIVE | Radantrieb • Maximale Schubkraft 6.1 t • Proportionaler Fahrantrieb für Vor- und Rückwärtsfahrten • Alle Bremsanlagen möglich • Freilauf für verschleißfreie Straßenfahrten www.pfanzelt.com www.mobile-maschinen.info Mobile Maschinen 2020/04 17

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