Bauma zeigt Ansätze für nachhaltigen Baumaschinenpark

Firmen, die nach der Energiemanagementnorm ISO 50001 zertifiziert sind, müssen dafür Sorge tragen, die Energieeffizienz systematisch und kontinuierlich zu erhöhen. Das bedeutet Handlungsbedarf. So wie viele Wege nach Rom führen, so existiert nicht nur eine Maßnahme allein, nachhaltig Baumaschinen zu betreiben. An welchen Hebeln können Bauunternehmen ansetzen, den CO₂-Fußabdruck im Maschinenpark zu senken und damit Emissionen zu reduzieren? Antworten auf diese Fragen lieferte die Bauma, die Nachhaltigkeit als Leitthema in den Mittelpunkt rückte. Welche Lösungen Caterpillar und Zeppelin anbieten, zeigten die beiden Aussteller in der Halle B6 und im angrenzenden Freigelände.

Massive Veränderungen an Motorentechnik und Abgasanlagen

Dabei präsentierten sie sich grundsätzlich technologieoffen, wie Staale Hansen, bei Zeppelin konzernweit als Direktor für die Bereiche Technologie und Elektrisierung verantwortlich, unterstreicht. Der erste Schritt führt über einen Maschinenpark, der dem neuesten Stand der Technik entspricht. Die Entwicklung neuer Baumaschinen in den letzten Jahren wurde getrieben durch die mehrfache Verschärfung der Abgasvorschriften, was massive Veränderungen an Motorentechnik und Abgasanlagen mit sich brachte. Damit sanken sukzessive die Emissionsgrenzwerte. 2018 und 2019 läutete Caterpillar mit den Kettenbaggern der Serie 300 eine neue Baumaschinen-Generation ein.

Additive Fertigung

Technik

3D-Druck live für Cat-Baumaschinen

Die Zeppelin Service-Technik-Schulung (STS) zeigte auf der Bauma, wie mit 3D-Druck additiv gefertigte Bauteile für Cat-Baumaschinen entstehen und sofort einsatzbereit sind. Ein Blick in die Zukunft der Fertigung von Werkzeugen und Komponenten.Lesen Sie hier.

Neuer Smart-Modus bei 300er-Bagger senkt Kraftstoffverbrauch

Auf der Bauma war beispielsweise ein Cat 323 mit 3D-Steuerung zu sehen. Er punktet mit 45 Prozent mehr Fahrereffizienz, 25 Prozent geringerem Spritverbrauch und 15 Prozent niedrigeren Wartungskosten. Wie ist das möglich? Der neue Smart-Modus passt die Motor- und Hydraulikleistung besser an die Einsatzbedingungen an. Die Motordrehzahl wird automatisch abgesenkt, wenn weniger Hydraulikbedarf vorliegt, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Mit dem neuen, elektronisch vorgesteuerten Hydrauliksystem für alle neuen 300er-Bagger, das auf Reaktionsgeschwindigkeit und Effizienz ausgelegt ist, entfallen die hydraulischen Steuerleitungen. Dadurch reduzieren sich Druckverluste und letztlich auch der Kraftstoffverbrauch.

Maschinen der neuen Generation mit integrierten Assistenzsystemen

„Maschinen der neuen Generation sind bereits ab Werk mit integrierten Assistenzsystemen ausgestattet. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, den Kraftstoffverbrauch zu senken, den Ressourceneinsatz zu verbessern und somit die Umweltbelastung zu minimieren. Solche Technologien können bereits heute dazu beitragen, die Effizienz bestehender Prozesse zu steigern“, verdeutlicht Staale Hansen. Die Planierautomatik Grade Assist beispielsweise steuert die Bewegungen von Ausleger und Löffel, sodass der Fahrer ein genaues Planum mühelos mit nur einer Joystickbewegung für den Stiel herstellen kann – keine Bewegung ist somit zu viel. Mit der Funktion zur Begrenzung des Arbeits- und Schwenkbereichs kann die Maschine sicher unter Bauwerken oder in der Nähe von Verkehr arbeiten. Auch da bewährt sich zielgerichtetes und effizientes Arbeiten. Die serienmäßige Kontrollwaage Cat Payload hilft, die Transportfahrzeuge zu 100 Prozent auszuladen und stellt gleichzeitig sicher, dass diese nicht überladen werden. So wird das Arbeiten damit effizient.

Einsatz von alternativen Treibstoffen

Mit HVO können Cat-Baumaschinen pur oder als Zugabe zu fossilem Diesel betankt werden, sofern deren Motoren auf der EU-Stufe V basieren. Mit hydrierten Pflanzenölen aus nachwachsenden oder recycelten Rohstoffen lassen sich Baumaschinen leistungsstark und zugleich umweltverträglich einsetzen. Denn der alternative Kraftstoff soll 90 Prozent weniger CO₂ als fossiler Kraftstoff verursachen und kann so dazu beitragen, den Carbon Footprint, sprich CO₂-Fußabdruck, zu reduzieren. Mit Auswirkungen auf die Wartungsintervalle ist nicht zu rechnen, heißt es bei Zeppelin.

Keine spezielle Umrüstung auf alternative Kraftstoffe erforderlich

Durch HVO können sich Ruß und Kohlenmonoxid, aber auch die NO_X-Emissionen bei bestimmten Motorlasten und -zyklen verringern. Eigene Tanks zur Lagerung von HVO braucht es für die synthetischen Kraftstoffe nicht, denn sie können in denselben Tanks gelagert werden, die auch für Dieselkraftstoff im Einsatz sind. Werden die alternativen Kraftstoffe zum ersten Mal oder später verwendet, ist auch keine spezielle Umrüstung der Cat-Baumaschinen erforderlich. Allerdings müssen Voraussetzungen für die nötige Infrastruktur geschaffen werden. „Kurz- bis mittelfristig wird Diesel bei bestimmten Einsätzen schwer zu ersetzen sein. Schon heute können wir aber alle unsere Maschinen der neuen Generation mit HVO-Kraftstoff betanken und somit nahezu CO₂-neutral betreiben“, stellt Staale Hansen dar. Das sei eine wirkungsvolle Option, Baumaschinen nachhaltiger einzusetzen, wenngleich auch batterieelektrische Baumaschinen durchaus Potenzial bieten, wie auf der Bauma zu sehen war.

Baumaschinen für innerstädtische Arbeiten oder in Innenräumen

Gezeigt wurden der Cat-Minibagger 301.9 mit einer 32-kWh-Batterie mit 48 Volt, ein mittelgroßer Cat-Kettenbagger 320 mit einer 387-kWh-Batterie mit 750 Volt, ein mittelgroßer Cat-Radlader 950 GC mit einer 286-kWh-Batterie mit 600 Volt und ein kompakter Cat-Radlader 906 mit einer 64-kWh-Batterie mit 300 Volt. Mit dem Elektroantrieb verbunden sind keine CO₂-Emissionen während des Betriebs – gleichzeitig entstehen dabei weniger Geräusche. Damit bieten sich solche Baumaschinen für innerstädtische Arbeiten oder Arbeiten in Innenräumen an, wo es eben genau darauf ankommt. Konzipiert sind die Elektro-Baumaschinen für Anwender, die ihren grünen Fußabdruck möglichst gering halten wollen oder müssen. Jeder Liter Sprit, der erst gar nicht verbraucht wird, fließt positiv in die Klimabilanz ein. „Wenn man bedenkt, dass der CO₂-Preis langfristig teurer werden wird und er für das Jahr 2025 pro Tonne bereits rund 55 Euro beträgt, dann bietet nachhaltige Antriebstechnik Einsparpotenziale und hilft Kunden, ihre Nachhaltigkeitsziele einzuhalten“, meint Staale Hansen.

Lohnt sich eine elektrische Baumaschine?

Die Kernfrage, die jeden Eigentümer von Baumaschinen jedoch umtreibt, lautet: Lohnt sich die Investition in eine elektrische Baumaschine? Wenn sich ein Bauunternehmen damit auseinandersetzt, ob in alternative Antriebstechnik investiert werden soll, wird man nicht nur die Anschaffungskosten für die Beschaffung berücksichtigen müssen, sondern genauso Umweltaspekte gegenüberstellen. Aber auch technische Gesichtspunkte – etwa zur Reichweite der Akkus oder den Lademöglichkeiten – sind entscheidend und müssen vorher klar sein, bevor die Inbetriebnahme erfolgen kann. Zudem kommt es sehr auf die Art der Tätigkeit und zu bewältigenden Aufgaben an: Welche Arbeitsschritte hat eine elektrische Baumaschine zu absolvieren und muss sie dabei auch eine große Wegstrecke zurücklegen? Was ausschlaggebend ist, sind die Einsparpotenziale, die sich für Betreiber von Baumaschinen ergeben, wenn sie von Diesel auf Strom umstellen.

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Ladeinfrastruktur Schlüssel für nachhaltige Baustelle

Was unweigerlich mit dem Einsatz solcher Maschinen verbunden ist, ist eine entsprechende Ladeinfrastruktur. Sie ist für Caterpillar der Schlüssel dafür, um eine Baustelle nachhaltig zu betreiben. Ladegeräte respektive eine mobile Batterie-Energiespeicherlösung als Plug-and-Play-Ausführung waren deswegen auch auf der Bauma zu sehen. Der Clou dabei: Für ihren Betrieb lassen sich verschiedene Energiequellen, auch Solarenergie, einsetzen, um Energie zu speichern und abzurufen. Wer mit seinem Verbrenner unterwegs ist, weiß in der Regel, wie viel Liter Sprit im Tank steckt und wie lange die Menge reicht, bis die nächste Zapfsäule für Nachschub angesteuert werden muss. Ein Fahrer einer Elektro-Baumaschine wiederum muss dagegen Kilowattstunden und Reichweite im Blick haben. Eine Akkuladung reicht beispielsweise beim Cat-Elektro-Radlader 906 bis zu sechs Stunden. Bis zu einem Drittel der Batterie lässt sich innerhalb von knapp einer Stunde aufladen.

Volle Ladekapazität unter drei Stunden durch AC-Ladegerät

Caterpillar hat in einer Studie den durchschnittlichen Tageseinsatz bei allen kompakten Radlader-Modellen 906 untersucht, die sich im Markt befinden. Das Ergebnis mag überraschen: 83 Prozent aller Geräte arbeiten im Schnitt weniger als vier Stunden. Somit müsste die kalkulierte Akkuladung für viele Einsätze mehr als ausreichend sein, heißt es seitens Zeppelin-Produktmanagement. Um wieder auf volle Ladekapazität zugreifen zu können, geht Caterpillar in Abhängigkeit von Außentemperatur und Ladeanschluss von einer Ladezeit von unter drei Stunden aus. Dafür sorgt das AC-Ladegerät, das in den Elektro-Radlader als Onboardlösung integriert wurde und drei Ladeeinheiten enthält, die bis zu 19,8 kWh laden können. Das schafft Flexibilität – eine eigene und separate Ladesäule ist nicht erforderlich. Der Elektro-Radlader nutzt den Typ-2-Stecker, vergleichbar mit den gängigen Steckern von Elektroautos.

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Sicherstellen, dass genügend „grüne Energie“ vorhanden ist

Generell rechnen Experten damit, dass alternative Antriebsformen wie die Batterietechnologie sich stetig weiterentwickeln. „Grundsätzlich gilt es allerdings sicherzustellen, dass genügend „grüne Energie“ vorhanden ist. So kann es nicht sinnvoll sein, batterieelektrische Baumaschinen mit Strom aus fossilen Brennstoffen zu speisen. Das würde das Problem nur verlagern und an anderer Stelle die Umwelt belasten“, stellt Staale Hansen dar. Das erklärt auch, dass der Fokus nicht auf einer Antriebsart allein liegt, sondern bei Caterpillar und Zeppelin ein technologieoffener Ansatz verfolgt wird, um Bauunternehmen mit zuverlässigen, nachhaltigen Energielösungen zu unterstützen. Konkret stehen Technologien im Zentrum, mit denen sich Energie umwandeln lässt.

XE-Technologie sorgt für höhere Kraftstoffeffizienz

Das kann beispielsweise bei einem Radlader der XE-Baureihe über ein stufenloses, leistungsverzweigtes Getriebe erfolgen, mit dem es gelingt, den Kraftstoffverbrauch effizienter zu gestalten. Ein Cat 966 XE stand auf der Bauma stellvertretend für diese Technologie, bei der die Getriebeeinheit es möglich macht, dass der Motor fast immer im optimalen Drehzahlbereich läuft. Somit sorgt die XE-Technologie im Fall des Radladers im Durchschnitt für 25 Prozent höhere Kraftstoffeffizienz pro Tonne geförderten Materials im Vergleich zu Maschinen mit herkömmlichen Drehmomentwandlern. Auf Dieselelektrik setzt wiederum der Cat Dozer D6 XE, wie er ebenfalls auf der Bauma vorgestellt wurde. Sein Deltalaufwerk wird mit einem Elektromotor angetrieben, was den Kraftstoffverbrauch um bis zu 35 Prozent senkt und gleichzeitig konstante Leistung auch bei schwerer Last sowie kontinuierlichen Schub liefert.

Auslastungen der Maschinen und deren Leerlaufzeiten im Blick

„Oftmals richtet sich der Blick ausschließlich auf den Kraftstoffverbrauch, doch mindestens ebenso entscheidend sind die Auslastungen der Maschinen und deren Leerlaufzeiten. Über unsere Flottenmanagementlösung VisionLink stellen wir immer wieder fest, dass noch viel Potenzial vorhanden ist, den durchschnittlichen Spritverbrauch pro bewegte Tonne zu senken“, macht Staale Hansen klar. Wer beim Einsatz von Bagger, Radlader und Co. Geld, Kraftstoff und somit CO₂ sparen will, der muss die Leerlaufzeiten genauer unter die Lupe nehmen. „Dass Leerlaufperioden während des normalen Arbeitsprozesses stattfinden, ist völlig normal. Nicht normal sind jedoch Leerlaufzeiten, die regelmäßig bei 15 Minuten und darüber hinaus liegen“, betont Bernhard Tabert, zuständig für das Flottenmanagement bei Zeppelin.

Mit Flottenmanagement Effektivität der Maschinen erfassen

Der vermeidbare Leerlauf sollte folglich so gering wie möglich ausfallen. Denn dieser zieht gleich einen ganzen Rattenschwanz an Folgen nach sich: Es wird nicht nur unnötig Kraftstoff verbraucht, sondern überflüssigerweise werden auch CO₂-Emissionen verursacht – ein Liter verbrannter Diesel erzeugt 2,64 kg CO₂-Ausstoß. Läuft der Motor, ohne dass eine Arbeitsleistung erbracht wird, zählt der Betriebsstundenzähler unnötigerweise weiter. Das schmälert wiederum den Wiederverkaufswert der Maschine, wenn sie mehr Stunden auf der Uhr hat als eigentlich nötig. Zudem sorgt der vermeidbare Leerlauf dafür, dass verlängerte Garantien schneller erlöschen und turnusmäßige Serviceintervalle früher erreicht werden. „Das effektivste Mittel ist daher: Den Motor abzuschalten, wenn ein Maschinenstillstand von fünf Minuten oder länger ansteht“, bringt es Bernhard Tabert auf den Punkt, als er darauf hinweist, dass mithilfe des Flottenmanagements Unternehmen erfassen können, wie effektiv ihre Maschinen tatsächlich arbeiten. Auch darüber konnten sich Besucher auf der Bauma im Caterpillar Performance Center in der Halle B6 informieren.

Durch Fahrerschulungen Maschinen spritsparender einsetzen

Um wirkungsvolle Ergebnisse beim Sparen von Kraftstoff zu erzielen, braucht es letztendlich eine Verhaltensänderung, wie sie auch über Fahrerschulungen erfolgen kann. Bei Zeppelin können die Fahrer in Form von Schulungen der Projekt- und Einsatztechnik lernen, wie sie ihre Maschinen spritsparender einsetzen können. Außerdem erhalten sie Informationen, wie sie sicherer mit der Baumaschinentechnik umgehen, denn auch das gehört zur Nachhaltigkeit. „Caterpillar setzt auf ein ganzes Bündel an Maßnahmen, damit Baumaschinen den Verbrauch von Energie begrenzen und Ressourcen besser ausschöpfen. Wir glauben, dass es nicht die eine Antriebsform für Baumaschinen geben wird. Es werden aus unserer Sicht künftig unterschiedliche Antriebsformen – Diesel, dieselelektrisch, batterieelektrisch sowie Wasserstoff mit und ohne Brennstoffzelle – nebeneinander existieren“, so das Resümee von Staale Hansen. Was inzwischen alles möglich ist, zeigte die Bauma.

Quelle: Zeppelin