US-Baumaschinenhersteller entwickeln klimafreundliche Antriebe

Die Entwicklung klimafreundlicher Baumaschinen steht vor gewaltigen Herausforderungen. Schließlich benötigen 98 Prozent von ihnen Dieselkraftstoff als Antriebsenergie. Zudem existiert eine überaus große Typenvielfalt. Diese reicht von Minibaggern bis hin zu schweren Sattelschleppern oder hohen Baukränen, was einheitlichen Lösungen für klimafreundliche Antriebe technische Grenzen setzt.

Eine zusätzliche Herausforderung stellen die geologischen und klimatischen Unterschiede dar, denen Baumaschinen im Flächenland USA ausgesetzt sind - vom dicht besiedelten und verkehrsreichen Midtown Manhattan bis hin zum eisbedeckten hohen Norden Alaskas.

Dieselmotor geht und gleichzeitig wieder nicht

Der Branchenverband Association of Equipment Manufacturers (AEM) hat in diesem Zusammenhang untersucht, in welche Richtung seine Mitgliedsfirmen Antriebstechniken angesichts der laufenden Klimaschutzdebatte entwickeln.

Im Ergebnis haben sich drei Trends herausgeschält:

• Der Dieselmotor wird vollständig durch einen Elektroantrieb ersetzt,

• der Dieselmotor wird auf die Verbrennung schadstoffarmer beziehungsweise nachwachsender Kraftstoffe umgerüstet,

• der Dieselmotor wird auf größtmögliche Effizienz hin weiterentwickelt.

"Was wird kommen? Die Antwort lautet wahrscheinlich: alle drei Varianten", sagt Jeremy Harsin, Construction Market Director beim Baumaschinenhersteller Cummins gegenüber AEM. "Die Kombination aus betriebswirtschaftlich erforderlicher Einsatzdauer einer Baumaschine pro Tag und der verfügbaren Infrastruktur zum Laden beziehungsweise Betanken wird darüber entscheiden, was sich in der Breite durchsetzt. Aber wahrscheinlich werden alle Varianten ihren Platz in der Welt finden."

Elektroantrieb mit Vor- und Nachteilen auf der Baustelle

Den Vorteil des Elektroantriebs sieht die Branche eindeutig darin, dass er kein Treibhausgas emittiert, geräuscharm arbeitet, sofort anspringt und reagiert sowie wenig fehleranfällig ist, besteht er doch aus nur wenigen Bauteilen. Ein Großteil der US-Hersteller konzentriert sich daher auf diese Antriebsart, vor allem im Segment der Kompaktmaschinen.

Hinzu kommt, dass die Leistungsdichte von Batterien stetig zunimmt, wie Ray Gallant, Vice President of Product Management and Productivity bei Volvo Construction Equipment hervorhebt: "Wir sehen daher eine Reihe von Technologien, die mit Batteriestrom immer besser genutzt werden kann."

Die ersten Baumaschinen mit Elektroantrieb sind auch schon auf dem Markt, darunter von Volvo. So hat der Hersteller mit dem Verkauf von elektrischen Kompaktbaggern und Radladern in den USA begonnen. Hierzu zählt der 22-Tonnen-Elektrobagger EC230. Auch Case Construction Equipment und John Deere verkaufen Elektrobagger. Bei den Maschinenhändlern ist zudem der elektrische Kompakt-Raupenlader Bobcat T7X von Doosan Bobcat, weiterhin der 220-Tonnen-Kran LR 1250.1 von Liebherr sowie der Vögele-Asphaltfertiger mit austauschbaren Batteriepaketen erhältlich.

Als Nachteile batteriebetriebener Baumaschinen sehen die Entwicklungsingenieure die im Vergleich zum Dieselmotor begrenzte Einsatzzeit zwischen den Ladezyklen und die relativ lange Ladedauer. Außerdem müssen die Firmen Investitionen in neue Ersatzteillager und Werkstattkapazitäten tätigen. Darüber hinaus lässt sich bei der Finanzierung batteriebetriebener Baumaschinen ihr Rest- und Wiederverkaufswert bislang nicht präzise kalkulieren, liegen für sie doch noch keine diesbezüglichen Erfahrungen vor.

Wasserstoff als Antrieb für schweres Gerät

Als Alternative zum Diesel und Elektroantrieb wird Wasserstoff gesehen, insbesondere für größere und schwere Maschinen. Wasserstoff als Antriebsquelle unterteilt sich hierbei in zwei Anwendungen: die Brennstoffzelle und den Wasserstoffverbrennungsmotor.

Das Interesse am Wasserstoffverbrennungsmotor unter den Mitgliedsfirmen des AEM ist groß. Als Nachteil gilt aber die bislang sehr geringe Zahl an Wasserstofftankstellen. Alle landesweit 70 Wasserstofftankstellen befinden sich zudem in Kalifornien.

Baumaschinen mit Brennstoffzelle oder Wasserstoffverbrennungsmotor befinden sich erst im Testlauf. Der Hersteller JCB arbeitet zum Beispiel am 20-Tonnen-Bagger 220X mit Brennstoffzelle sowie an einem Bagger und einem Gabelstapler mit Wasserstoffverbrennungsmotor. Volvo entwickelt den Transporter HX04, Hyundai einen Bagger und einen Gabelstapler, Sany ein Kipp- und Mischfahrzeug sowie Komatsu einen schweren Lkw, allesamt mit Brennstoffzelle.

Cummins arbeitet nach eigenen Angaben an Motoren, die wahlweise Erdgas, Wasserstoff oder Diesel verbrennen können. Dabei verfügt jede Motorenplattform unterhalb der Zylinderkopfdichtung über ähnliche Komponenten, während die Bauteile oberhalb der Zylinderkopfdichtung angepasst werden, um die verschiedenen Kraftstoffe aufzunehmen. ClearFlame Engine Technologies ist ein weiteres Unternehmen, das Ansätze zur Motormodifikation verfolgt.

Schadstoffarme Dieselmotoren mit Daseinsberechtigung

Der Dieselmotor in seiner heutigen Form gilt aber nicht als abgeschrieben. Cummins wies zum Beispiel darauf hin, dass moderne Motoren, die dem US-Standard Tier-4 entsprechen, im Vergleich zu Tier-1-Motoren eine 96-prozentige Reduzierung der Stickstoffoxide und eine 97-prozentige Reduzierung des Rußpartikelausstoßes aufweisen. Für spezifische Anwendungen in der Bauwirtschaft wird der Dieselmotor nach Ansicht von Cummins unverzichtbar bleiben.

Der Branchenverband AEM hob abschließend hervor, dass die Politik mit dem Infrastructure Investment and Jobs Act vom November 2021 den richtigen Einstieg gefunden habe, um Baumaschinen mit alternativen Antrieben das Laden oder Betanken zu erleichtern. So sieht das Programm 7,5 Milliarden US-Dollar (US$) für den Aufbau eines nationalen Ladenetzes für Elektrofahrzeuge vor. Weitere 8 Milliarden US$ werden für die Einrichtung von vier überregionalen Clustern zur Erzeugung und zum Verbrauch von Wasserstoff bereitgestellt.