Mit Verbrennungsmotoren in die Zukunftmus.vdma.org/documents/266753/9205968/Broschuere-Moderne...an...

Mit Verbrennungsmotoren

in die Zukunft Moderne Antriebskonzepte für

• Mobile Maschinen• Bahnen• Schiffe• Stationäre Anlagen

Motoren und Systeme

MODERNE ANTRIEBSKONZEPTE 1

diskutiert und bewertet. Eine möglichst hohe

CO2-Einsparung und Umweltverträglichkeit

flossen dabei ebenso in die Betrachtung ein wie

wirtschaftliche Belange und natürlich die beson-

ders hohen Anforderungen an die Robustheit,

Flexibilität und Leistungsfähigkeit im späteren

Einsatz.

Das Ergebnis liegt vor Ihnen: Ein Bericht, der

Kombinationen mit und Alternativen zu den weit

verbreiteten und hoch effizienten Diesel- und

Gasmotoren kurz erläutert und deren Potenzial

in je einer Roadmap für die vier unterschiedli-

chen Anwendungs-Cluster übersichtlich aufzeigt.

Sie bilden eine hervorragende Grundlage, um

das Potenzial der einzelnen Technologien einzu-

schätzen, Aussagen zu ihrer technologischen

Marktfähigkeit zu treffen und natürlich auch,

um Ansätze für die Schaffung geeigneter politi-

scher Rahmenbedingungen in diesem Bereich

zu finden.

So leistet der Abschlussbericht hoffentlich einen

fundierten Beitrag dazu, dass die deutsche Indu-

strie in Zukunft nicht nur für den straßengebun-

denen Verkehr, sondern für alle Bereiche der

Mobilität saubere, sichere und wettbewerbsfähi-

ge Lösungen auf dem Weltmarkt bereithält.

Peter Müller-Baum

Geschäftsführer

VDMA Motoren und Systeme

Welchen Antriebskonzepten gehört die Zukunft?

Fast hat es den Anschein, dass künftig haupt-

sächlich elektrische Antriebe genutzt werden.

Denn die öffentlichen und vor allem politischen

Diskussionen rund um das Thema fokussieren

sich in der Regel auf Elektromobilität. Die Rede

ist dabei stets von Personen- und Lastkraftwa-

gen. Das verwundert kaum. Nahezu jeder von

uns hat täglich damit zu tun, sie prägen unsere

Gesellschaft wie kein anderes Fortbewegungs-

mittel. Elektroantriebe liegen hier nahe. Das

gut ausgebaute Straßennetz sowie die flächen-

deckende Verfügbarkeit von Strom kommen

diesem Ansatz ebenso entgegen wie klar umris-

sene Last- und Leistungsprofile von Fahrzeug -

antrieben.

Was bei Personen- und Nutzfahrzeugen und im

Straßenverkehr noch einfach und komfortabel

klingt, stellt industrielle Anwendungen für Ver-

brennungsmotoren vor ganz besondere Heraus-

forderungen. Bei Landmaschinen oder Baggern,

aber auch bei der Schifffahrt oder bei der Strom-

erzeugung sind deutlich differenziertere Konzep-

te notwendig. Hier dominieren Dieselmotoren.

Und das aus gutem Grund: Moderne Motoren

sind nach wie vor die effizientesten Energieum-

wandler. Mit dem Tank als Energiespeicher sind

sie weitgehend unabhängig von Versorgungsnet-

zen, dank der ausgereiften Technologie zudem

robust und zuverlässig. Große Effizienzsprünge

sind nur durch eine Systemoptimierung und die

geschickte, anwendungsbezogene Kombination

unterschiedlicher Antriebskonzepte möglich.

Der VDMA-Arbeitskreis „Zukünftige Antriebe“

hat sich daher intensiv mit den Anforderungen

an die Antriebe der Zukunft für die vier Anwen-

dungs-Cluster mobile Arbeitsmaschinen, Bahn,

Schifffahrt sowie stationäre Anwendungen

befasst. Über 14 Antriebskonzepte wurden dabei

offen, vorurteilsfrei und umfassend analysiert,

Vorwort

Doch was passiert abseits der Straßen?

Bei Baumaschinen, landwirtschaftlichen

Fahrzeugen, Schiffen, Teilbereichen der Bahn

oder auch bei Notstromaggregaten sieht die

Situation deutlich komplizierter aus. Fernab

gut ausgebauter Infrastrukturen ist die

Stromversorgung schwierig und die Leistungs-

und Sicherheitsanforderungen sind ganz

andere. Besonders bei Notstromaggregaten

stellt gerade der Einsatz beim Ausfall des

Stromnetzes die Hersteller dieser Systeme vor

ganz andere Herausforderungen.

2 VDMA MOTOREN UND SYSTEME

Zuverlässige Energie abseits der Straßen:Die Antriebe der Zukunft für mobile Arbeitsmaschinen,Bahnen, Schiffe und Generatoren.

Wie sieht die Mobilität von morgen aus? Glaubt

man den gängigen Prognosen, bestimmen

schon bald Elektrofahrzeuge das Straßenbild. Ver-

sorgt werden sie von Zapfsäulen, die nicht viel

größer als ein Schuhkarton sind. Diese

hängen in jeder Garage und hundertfach in

den Innenstädten. Geladen werden die Akkus

während des Parkens – und nicht mehr an

Großtankstellen an den Ausfallstraßen der

Städte.

Nach dem nationalen Entwicklungsplan

der Bundesregierung sollen bereits 2020 über

1 Millionen Elektrofahrzeuge auf unseren

Straßen fahren. Und weil Strom- und Straßen-

netz in den Ortschaften oft parallel verlaufen,

liegen teil- und vollelektrische Antriebe für

den Straßenverkehr auch im Wortsinne nahe.


Die Anbieter der hier zum Einsatz kommenden

Industriemotoren erhalten von ihren Kunden,

den Maschinenherstellern, ganz spezifische

Lastenhefte. Hier sind die jeweiligen Anforderun-

gen an die Antriebe exakt geregelt. Neue, auf die

Zukunft ausgerichtete Konzepte mit neuartigen

oder zusätzlichen Antriebskomponenten haben

tiefgreifenden Einfluss auf das gesamte Produkt-

portfolio und sind mit ganz anderen Aufgaben

an die Motorenhersteller verbunden. Solche

Konzepte frühzeitig zu erkennen und auf ihre

Marktchancen hin zu untersuchen, ist somit

ein wichtiger Beitrag zur Zukunftsfähigkeit.

Der Arbeitskreis diskutierte und bewertete daher

ein sehr breites Spektrum an Aspekten, um die

Einflüsse und Auswirkungen der unterschiedlich-

sten Antriebsarten zu erfassen und so eine

möglichst große Bandbreite an Möglichkeiten zu

berücksichtigen. Die von der Automobilindustrie

favorisierten teil- oder vollelektrischen Antriebe

stellen dabei nur eines unter zahlreichen zukünf-

tigen Antriebskonzepten dar.

Ziel des vorliegenden Berichtes ist es somit auch,

die Möglichkeiten und Perspektiven zukünftiger

Antriebstechnologien zu beurteilen und Aus -

sagen über ihre technologische Marktfähigkeit

treffen zu können. Darüber hinaus bietet sich

der Bericht dazu an, Themenfelder für sinnvolle

Forschungsförderung zu identifizieren, so die

Entwicklung dieser Systeme zu forcieren und

die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen

Hersteller auch in Zukunft zu sichern sowie

weiter zu verbessern.

Der VDMA-Arbeitskreis „Zukünftige Antriebe“

befasste sich daher gezielt mit Strategien zur

Entwicklung von zukunftsfähigen Antrieben für

diese speziellen Bereiche. Es geht dabei um

Antriebskonzepte für mobile Arbeitsmaschinen,

den Bahn- und Schiffsverkehr sowie für statio -

näre Anwendungen zur Erzeugung von Strom

und Wärme.

Die Reduzierung der Ressourcenabhängigkeit

und eine Senkung von CO2 stehen hier im Fokus.

Hinzu kommen jedoch auch hohe sicherheits-

technische Anforderungen, Potenzial zur Minde-

rung von Schadstoffemissionen sowie deutlich

anspruchsvollere Last- und Leistungsprofile

sowie Einsatzgebiete, die eine deutlich schwie -

rigere Versorgungssituation mit sich bringen

als für Automotive-Anwendungen.


Wozu benötigt man Antriebssysteme fernab

von Straßen und Städten? Zum Beispiel zum

entspannten Reisen mit der Bahn. Oder einfach,

um einen heißen Kaffee zubereiten zu können.

Für Brot und Nudeln ebenso wie bei der Online-

Überweisung vom Girokonto der Internetbank.

So einfach und banal dies klingt, so wichtig sind

dafür zuverlässige, leistungsfähige und vor allem

ressourcenschonende Antriebe. Denn bevor Züge

und Autos überhaupt fahren können, müssen die

Eisenbahnstrecken und Straßen gebaut werden.

Die Kaffeebohnen müssen aus den Anbaulän-

dern per Seefracht nach Europa kommen.

Und es muss sichergestellt sein, dass auch bei

einem möglichen Stromausfall alle Bankdaten

sicher verwaltet werden oder in einer Klinik

alle lebensnotwendigen Funktionen in Betrieb

bleiben. Doch welche Antriebstechnologien

und welche Energiequellen eignen sich in

Zukunft wofür am besten? Diese Frage ist

nicht allgemeingültig zu beantworten. Sie muss

vielmehr für die verschiedenen Anforderungen

ganz unterschiedlich behandelt werden.

Für jede Aufgabe das optimale Konzept:Die Anwendungsbereiche für die Antriebe der nächsten Generation.


Daher bildete der Arbeitskreis vier unterschied -

liche Anwendungs-Cluster mit jeweils ganz

speziellen Last- und Nutzungsprofilen. Jeder

dieser vier Anwendungs-Cluster wurde anschlie-

ßend getrennt betrachtet und die Ergebnisse

mit jeweils einer ganz spezifischen, eigenen

Roadmap ausgestattet:

Mobile Arbeitsmaschinen

Immer, wenn es darum geht, schwere Arbeiten

an wechselnden Orten durchzuführen, kommen

sie zum Einsatz. Mobile Arbeitsmaschinen

umfassen Land- und Forstmaschinen ebenso

wie Krane, Baumaschinen oder Gabelstapler.

Ihre Einsatzgebiete sind in der Regel abseits der

Straßen, in den Kupferminen Australiens ebenso

wie auf russischen Feldern, in bayerischen

Wäldern oder beim Straßen, Brücken- und

Tunnelbau.

Bahn

Nicht nur Hochgeschwindigkeitszüge, auch

Lokomotiven und Triebwagen für nicht elektri -

fizierte Nebenstrecken, den Güterverkehr oder

den Rangierbetrieb müssen über zuverlässige

Antriebe verfügen. Das Spektrum reicht dabei

von schweren Güterzuglokomotiven bis zu

kleinen Hafenbahnen.

Schiff

Über 90 Prozent des Welthandels werden mit

Schiffen abgewickelt. Die See- und Binnen -

schifffahrt benötigt dazu leistungsfähige und

effiziente Motoren für die riesigen, 400 Meter

langen Containerschiffe bis hin zu kleinen

Flussfähren oder Motorbooten.

Stationäre Anwendungen

Motoren in stationären Anwendungen dienen

in der Regel zur Erzeugung von Strom und

Wärme. Ein wichtiges Einsatzgebiet sind Not-

stromaggregate in Kliniken, Rechenzentren

oder bei Hilfskräften wie der Feuerwehr. Aber

auch bei der Grundversorgung in entlegenen

Gebieten oder auf Inseln spielen sie eine

tragende Rolle. Und Blockheizkraftwerke (BHKW)

leisten natürlich auch einen wesentlichen

Beitrag zur sicheren zukünftigen Strom- und

Wärmeversorgung. Im Verbund mit der

Stromerzeugung aus Wind und Sonne spielen

Motorenkraftwerke eine wichtige Rolle bei

der Energiewende.

Jeder der Anwendungs-Cluster zeigt bis zu

14 verschiedene Technologien sowie deren

CO2-Einsparungspotenzial und die Einschätzung

der Marktfähigkeit bis ins Jahr 2025.


Gibt es die perfekte Antriebstechnologie der

Zukunft? Sicher nicht. Vielmehr gibt es zahl -

reiche vielversprechende Technologien, meist

aufbauend auf dem Verbrennungsmotor,

mit unterschiedlichen Stärken, die diese je nach

Aufgabenstellung ausspielen können. Daher

hat der Arbeitskreis in seine Bewertung je nach

Anwendung bis zu 14 verschiedene Antriebs -

konzepte und effizienzsteigernde Technologien

einbe zogen. Zahlreiche der behandelten

Konzepte sind Hybridsysteme, also eine Kombi-

nation aus Verbrennungsmotor und einer

weiteren Technologie zur Energieumwandlung.

Im Folgenden sind die wichtigsten der behan -

delten Konzepte mit ihrer Funktionsweise kurz

dargestellt:

Dual-Fuel-Motor

Dual-Fuel-Motoren sind Verbrennungsmotoren,

die sowohl mit Gas als auch mit z.B. Diesel

oder Schweröl betrieben werden können. In

der Schifffahrt wird diese Antriebsart bereits

verwendet. Im emissionsärmeren Gasbetrieb

können so strengere Umweltauflagen in

küsten nahen Gewässern eingehalten und CO2-

Emissionen reduziert werden. Darüber hinaus

hat diese Technologie bei stationären Anwen-

dungen oder bei mobilen Arbeitsmaschinen

ein Zukunftspotenzial.

Die Auslegung auf zwei Kraftstoffarten erfordert

jedoch auch Kompromisse, die sich auf die

Leistung und den Kraftstoffverbrauch negativ

auswirken können. Außerdem muss die Infra-

struktur zur Gasversorgung für die jeweiligen

Anwendungsfälle erst deutlich erweitert oder

neu eingerichtet werden.

Vom Ottomotor über Hybridantriebe bis zur Brennstoffzelle: Die alternativen Antriebssysteme und was sie auszeichnet.

Ottomotor

Unter den Verbrennungsmotoren sind Otto -

motoren die vielleicht bekanntesten. Beim

Ottomotor wird das Luft-Kraftstoffgemisch im

Brennraum durch einen Funken entzündet.

Durch diese Fremdzündung können beim

Ottomotor neben Benzin auch Erdgas, Biogas

oder Wasserstoff als Kraftstoff eingesetzt

werden. Mit Gas betriebene Ottomotoren

zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad,

eine saubere Verbrennung und eine günstige

CO2-Bilanz aus. Bei der Nutzung zur Stromerzeu-

gung in Biogasanlagen betrachtet man den

Prozess sogar als CO2-neutral.

Beim Biogas sind allerdings noch eine Reihe

von Herausforderungen bei der Lagerung und

Verteilung zu beachten. Auch können sich

Qualitätsschwankungen sowie eine erforderliche

Abgasnachbehandlung aufgrund des hohen

Schwefelanteils nachteilig auf eine breitere

Verwendung, beispielsweise in mobilen

Arbeitsmaschinen, auswirken. Der Nutzung von

Wasserstoff wird ein enormes Einsparpotenzial

bei CO2 sowie bei Schademissionen zugeschrie-

ben. Insbesondere, wenn künftig überschüssiger

Strom aus Wind- und Solaranlagen in Form von

Wasserstoff gespeichert wird (Power-to-Gas),

wird der Einsatz von Wasserstoff einen Schub

erfahren.


Hybridsysteme

Bei Hybridsystemen handelt es sich grundsätzlich

um Konzepte, bei denen verschiedene Antriebs-

technologien kombiniert werden und

die typischerweise auch zwei Energiespeicher

besitzen, beispielsweise Tank und Batterie.

Durch die Anwendung in PKW mittlerweile

weit verbreitet sind Elektro-Hybrid-Systeme aus

Verbrennungs- und Elektromotoren. Dieses

Antriebskonzept wird auch bei mobilen Maschi-

nen eine der Haupttechnologien zur Energie-

und CO2-Einsparung sein. Dabei stellt das bei die-

sen Anwendungen erforderliche sehr breite Lei-

stungsspektrum ganz neue Herausforderungen

an die Konstruktion der Antriebe, aber auch an

die Auswahl und Unterbringung der Systemkom-

ponenten wie Motoren, Batterien oder Steuerun-

gen. Außerdem müssen neue Richtlinien für die

Zulassung und neue gesetzliche Rahmenbedin-

gungen für die Nutzung dieser Systeme geschaf-

fen werden.

Aber auch andere Hybridsysteme haben

Zukunftspotenzial. So können Hydraulikkompo-

nenten notwendige Leistungsspitzen abdecken

und so eine geringere Motorleistung erforderlich

machen. Bei Gyro-Hybridsystemen wird Energie

in Schwungrädern gespeichert und ebenfalls

zur Abdeckung von Leistungspeaks genutzt. Eine

besondere Effizienz entwickeln Hybridsysteme,

wenn bislang ungenutzte Energie, beispielsweise

durch das Bremsen oder das Absenken von

Lasten gespeichert und dann sinnvoll eingesetzt

werden kann.


CO2-Einsparpotenzial. Jedoch stehen die aktuell

noch geringe Leistungsdichte und hohe

Investitionskosten einer breiten Anwendung

in Industrieapplikationen im Wege.

Elektromotor

Rein elektrische Antriebe sind leistungsstark,

effizient und haben einen geringen Platzbedarf.

Dafür ist die Energieversorgung dieser Antriebe –

in diesem Fall die ausreichende Stromversor -

gung – eine besondere Herausforderung. Batte-

rien sind groß und schwer, ein netzgebundener

Betrieb hingegen ist nur in Teilbereichen wie

der Bahn sinnvoll. Hinzu kommt, dass die CO2-

Bilanz auch die Herstellung und Verteilung

des Stroms berücksichtigen muss und daher

sehr unterschiedlich ausfallen kann.

Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle ist ein Energiewandler, bei

dem durch eine Reaktion die chemische Energie

des Brennstoffs direkt in elektrische Energie

umgewandelt wird. Dadurch weist die Brenn-

stoffzelle einen hohen Wirkungsgrad aus, ist

leise im Betrieb und verfügt über ein hohes


Elektrifizierung von Teilfunktionen

Durch den Antrieb bestimmter Funktionen mit

jeweils speziell dafür vorgesehenen Elektromotoren

kann die Effizienz des Gesamtsystems und damit

auch das CO2-Einsparpotenzial erhöht werden.

Denn Elektromotoren sind kompakt, leistungs stark

und haben einen hohen Wirkungsgrad. Sie können

spezifisch auf das Lastprofil der jeweiligen Teilfunk-

tion abgestimmt werden, bekommen ihre Energie

aus einem elektrischen Speicher und kompensieren

so Lastspitzen. Die Verbrennungsmotoren arbeiten

so über lange Betriebsphasen hinweg im effizien -

testen Betriebszustand, dem sogenannten Best-

punkt.

Wärmerückgewinnung (Waste-Heat-Recovery)

Bei der Wärmerückgewinnung wird die beispiels-

weise im Motor entstehende Abwärme zur

Gewinnung von Energie für weitere Antriebe

oder Teilfunktionen genutzt. Denkbar ist hier die

Umwandlung der Abwärme in elektrische Ener-

gie, die dann wiederum zum Teil zur Abdeckung

des elektrischen Energiebedarfs in Hybridsyste-

men genutzt werden kann. Vor allem bei langen

Betriebsphasen kann die Abwärme wirtschaftlich

genutzt werden. In Verbindung mit Abgasnach-

behandlungssystemen muss jedoch zusätzlich

darauf geachtet werden, dass im Abgas die erfor-

derlichen Temperaturen für den Betrieb eines

Katalysators erreicht werden.


Ist bei vollkommen verschiedenen Applikationen

eine Bewertung überhaupt möglich? Auf jeden

Fall. Denn auch wenn die vier verwendeten

Anwendungs-Cluster sehr verschieden sind, so

gibt es dennoch gemeinsame einheitliche Rand -

bedingungen, die für alle zukünftigen Antriebs-

konzepte zu Grunde gelegt werden können:

Das Hauptkriterium für die Bewertung ist das

Einsparpotenzial an CO2 gegenüber dem heuti-

gen Stand der Technik, also einem rein mit erdöl-

basierenden Kraftstoffen betriebenen Motor.

Hier kann schon der Einsatz alternativer Kraft-

stoffe wie Biodiesel einen erheblichen Beitrag

zur CO2-Reduzierung leisten. Dies ist vor allem

deshalb von Bedeutung, weil auch in Zukunft

alle Antriebe fernab einer perfekt ausgebauten

Infrastruktur zuverlässig und dauerhaft betrie-

ben werden müssen.

Robust, leistungsstark und vor allem umweltfreundlich:Vielfältige Herausforderungen und vielversprechendeLösungsansätze.


Daher bestehen fast alle betrachteten Antriebs-

systeme aus der Kombination von Verbrennungs-

motor und einer zusätzlichen Systemkomponen-

te. So kann die notwendige Unabhängigkeit

mit einer hohen Effizienz und geringen CO2-

Emissionen vereint werden.

Darüber hinaus werden sich in Zukunft die

Antriebskonzepte noch stärker als heute an den

ganz spezifischen Einsatzbedingungen der

jeweiligen Maschine richten. Dadurch werden

sich die Hersteller auch immer mehr von reinen

Motorenproduzenten hin zu Anbietern komple-

xer und effizienter, integrierter Antriebssysteme

entwickeln. Im besonders effizienten Drehzahl-

bereich arbeitende Motoren erzeugen dabei

den Strom für Elektromotoren, die dann für den

Vortrieb oder den Antrieb weiterer Aggregate

sorgen.

In vielen Anwendungsfällen werden deutlich

kleinere Verbrennungsmotoren ausreichen, weil

kurzzeitige Leistungsspitzen über Zusatzsysteme

mit entsprechenden Energiespeichern abgedeckt

werden können. Die Konstruktionen und das

Design der Motoren werden in den nächsten

Jahren nicht nur für immer energieeffizientere,

sondern auch für deutlich leisere Aggregate

sorgen. Hinzu kommt ein hohes Maß an Kraft-

stoffflexibilität, um einen unabhängigen und

sicheren Betrieb auch bei ungünstiger Versor-

gungslage oder schlechter Infrastruktur zu

gewährleisten.

Der Einsatz alternativer Kraftstoffe bietet dabei

eine beachtenswerte Option zur Reduzierung

von CO2-Emissionen. Bei der Bewertung der

Nachhaltigkeit dieser Kraftstoffe sollte jedoch

auch die Vorkette, also der Herstellungsprozess,

berücksichtigt werden. Verbunden mit der

begrenzten Verfügbarkeit sind sie daher in

der Praxis eher für Nischenanwendungen

interessant.

Weitreichende Herausforderungen also für die

Hersteller. Neben technischem Know-how sind

zu deren Bewältigung auch sichere rechtliche

Rahmen bedingungen beispielsweise zur Zerti -

fizierung und Typgenehmigung von Hybrid -

systemen und Kriterien zur Beurteilung der

Energieeffizienz notwendig.


Flexibel und leistungsstark in Wald, Feld und auf dem Bau: Die Antriebe der Zukunft für mobileArbeitsmaschinen.


Zu lösen ist bei Elektrohybridkonzepten noch

die Speicherung der elektrischen Energie in

Batterien. Deren Einsatz ist zurzeit jedoch noch

mit hohen Kosten und mit einem starken

Gewichtzuwachs verbunden.

Während die ergänzende Nutzung von Hybrid -

systemen mit Wind- und Solarenergie keine Rolle

spielen dürfte, können weit verbreitete hydrau -

lische Systeme mit einem Speicher zu einem

Hybridkonzept ausgebaut werden. Eine weitere

Hybridtechnologie ist die Verbindung von Ver-

brennungsmotor und Schwungradspeicher, die

unter dem Namen KERS auch in der Formel 1

eingesetzt wird. Überschüssige Energie wird

dabei mechanisch mittels rotierendem Schwung-

rad gespeichert und bei Bedarf wieder in

elektrische Energie umgewandelt. Diese Energie-

speicher werden sich aufgrund ihrer Robustheit

und kompakten Bauweise mittelfristig ver -

breiten, sobald alle Sicherheitsfragen wegen der

schnell rotierenden Teile gelöst sind.

Ebenfalls an Verbreitung gewinnen könnten

Dual-Fuel-Applikationen. Diese sind mit Verbren-

nungsmotoren ausgerüstet, die sowohl mit

flüssigem als auch mit gasförmigem Kraftstoff

betrieben werden können. Ihre Flexibilität

sowie der deutlich emissionsärmere Gasbetrieb

machen sie dabei besonders interessant. Schon

heute vermehrt bei bestimmten Anwendungs -

fällen in Südamerika gefragt, könnten sie auch in

Europa und Nordamerika Verbreitung finden.

Die Roadmap für mobile Arbeitsmaschinen

Insgesamt 14 verschiedene Antriebskonzepte

hat der Arbeitskreis für den Einsatz in mobilen

Arbeitsmaschinen auf ihre Marktfähigkeit

und ihr CO2-Einsparpotenzial hin untersucht.

Einige Konzepte wie Solar- oder Windhybrid

versprechen keinen sinnvollen Einsatz und

werden entsprechend nicht dargestellt.

Die Roadmap zeigt dabei ein Zeitfenster für

die nach aktuellem Stand zu erwartende

Marktfähigkeit.

Die Bewertungszusammenfassung

Bei den mobilen Arbeitsmaschinen werden

zunächst Elektrohybridkonzepte an Marktprä-

senz zulegen. Verbrennungsmotoren dienen

dann zur Stromerzeugung für Elektroantriebe.

Dabei werden in den Arbeitsmaschinen kleinere

und deutlich weniger Kraftstoff verbrauchende

Motoren zum Einsatz kommen als heute

(Down-Sizing), weil diese in Elektrohybridsyste-

men als Stromerzeuger im Wirkungsgradopti-

mum betrieben werden und Lastspitzen durch

das zweite System aus Batterie und Elektromotor

abgefangen werden. Im Zusammenhang mit

diesen Antriebskonzepten wird es auch zu einer

stärkeren Elektrifizierung von Teilfunktionen in

den Maschinen kommen. Die Teilelektrifizierung

bringt bezogen auf die einzelne Maschine nur

einen geringen Effizienzgewinn. Da es nahezu

bei jeder mobilen Maschine Aufgaben gibt, die

ein Elektromotor erledigen kann, kommt es hier

über die Vielzahl der Maschinen zu einem enor-

men CO2-Einsparungspotenzial.


Weniger Treibstoffverbrauch und geringere CO2-

Emissionen sind die überzeugenden Argumente

für den Einsatz von Hybridsystemen in Arbeits-

maschinen, wie ein neu entwickelter Umschlag-

bagger zeigt.

Komponenten und Funktionsweise

Während bei Straßenfahrzeugen große Einspar-

potenziale durch die Hybridisierung des Vortriebs

erzielt werden, sieht die Sache bei Arbeitsma-

schinen deutlich vielschichtiger aus. DEUTZ

entwickelte hierzu ein Hybridsystem für den

elektrischen Schwenkantrieb des Oberwagens

eines Umschlagbaggers kombiniert mit einer

Start/Stopp-Automatik für den Verbrennungs-

motor. Der Hintergrund: Umschlagbagger

benötigen im Arbeitsalltag einen erheblichen

Teil der Energie für die Schwenkbewegung des

Oberwagens. Das System ist sowohl seriell als

auch parallel ausgelegt. Als Kraftquelle dient

ein 160 kW-Dieselmotor mit angeflanschtem

Motorgenerator. Hinzu kommt als elektrischer

Energiespeicher ein nach dem Prinzip eines

Doppelschichtkondensators arbeitendes soge-

nanntes SuperCap Pack mit 300 Wh Energie und

bis zu 120 kW Spitzenleistung. Daraus bezieht

der Elektroantrieb für das Schwenken des

Oberwagens seine Energie. Beim Abbremsen

der Schwenkbewegung speist der Antrieb durch

Rekuperation wiederum Energie zurück in

den Speicher. Eine Start/Stopp-Automatik für

den Dieselmotor vermeidet außerdem unnö -

tigen Leerlaufbetrieb. Im Spitzenlastbereich

kann der Motorgenerator als Power Boost das

Gesamtsystem zusätzlich mit Antriebsenergie

unterstützen.

Das System wurde auf der bauma 2013 erstmals

in einem Prototypen gezeigt und bewies dabei

seine volle Alltagstauglichkeit bei deutlich redu-

ziertem Kraftstoffverbrauch und wesentlich

geringeren Emissionen.

Technologie-Beispiel:

Hybrid-Umschlagbagger


CO2- Einsparpotenzial

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

Roadmap für mobile Arbeitsmaschinen

Technologie

1 In industriellen Anwendungen werden benzinbetriebene Ottomotoren kaum genutzt.

Benzinbetriebene Geräte zur privaten Nutzung wurden nicht betrachtet.2 CO2-Bilanz ist abhängig vom verfügbaren Strommix

Dual-Fuel-Motor ++ Forst- und Landwirtschaft, Erdbewegung, Straßenbau

Hybrid Elektrisch ++ Straßenbau, Erdbewegung, Mining, Forst- u. Landwirtschaft

Hybrid Hydraulisch ++ Straßenbau, Erdbewegung, Mining, Forst- u. Landwirtschaft

Hybrid ++ Krane, Radlader

Ottomotor Biogas ++ Forst- und Landwirtschaft

Ottomotor Erdgas ++ Forst- und Landwirtschaft, Flurförderzeuge

Ottomotor Benzin1 –

Ottomotor Wasserstoff +++

Brennstoffzelle ++

Elektromotor Netz2 +++ Straßenbau, Mining

+ Straßenbau, Erdbewegung, Mining, Forst- und Landwirtschaft

+ Straßenbau, Erdbewegung, Mining, Forst- und Landwirtschaft

Mechanisch(Schwungrad)

Forst- und Landwirt-schaft, Erdbewegung

Forst- und Landwirt-schaft, Erdbewegung


Waste-Heat-Recovery


Schnell, effizient und sparsam auf zwei Schienen: Die Antriebe der Zukunft für den Bahnverkehr.


Die Roadmap für Bahnen

Die Roadmap für Bahnen umfasst elf verschiede-

ne Konzepte, deren Marktfähigkeit und CO2-

Einsparpotenzial untersucht wurden. Neben

dem Dieselmotor ist der rein elektrische Antrieb

bei Bahnen Stand der Technik, jedoch auf eine

Elektrifizierung der Strecken angewiesen.


Bei Eisenbahnen scheinen Elektrohybridkonzepte

insbesondere für nicht elektrifizierte Strecken

und den Rangierbetrieb äußerst geeignet zu sein.

Dieselelektrische Antriebe sind heute schon

technischer Standard. Hierbei treibt ein Verbren-

nungsmotor den Generator an. Der Strom

wiede rum versorgt die elektrischen Fahrmotoren

mit Energie.

Zur Hybridisierung fehlt noch ein Energie spei cher

mit Steuerung, der hilft, den Verbren nungsmotor

im Optimum zu betreiben. Auf bestimmten

Streckenabschnitten kann dieser die Versorgung

der Elektromotoren auch alleine übernehmen.

Wie auch bei den mobilen Arbeitsmaschinen ist

diese Energiespeicherung eine wichtige, in den

nächsten Jahren zu lösende Fragestellung.

Ähnlich verhält es sich mit der hydraulischen

Kraftübertragung, die bei Lokomotiven breite

Verwendung findet, aber mangels Energie spei -

cher kein echter Hybridantrieb ist.

Im lokalen Bereich, zum Beispiel beim Personen-

nahverkehr mit Triebzügen oder beim Rangier -

betrieb, ist der Einsatz von Dual-Fuel-Motoren

oder der reine Gasbetrieb denkbar. Dem Vorteil

der emissionsärmeren Verbrennung stehen

hier aber auch neue Anforderungen wie eine

entsprechende Versorgungsinfrastruktur und

eventuelle Zusatztanks gegenüber. Auch diese

müssen gelöst werden.

Eher mittelfristig könnten Antriebskonzepte

auf Basis der Brennstoffzelle eine Verbreitung im

Markt finden. Bei deutlichen Verbesserungen

der Leistungsdichte ist hier ein enormes CO2-

Einsparpotenzial erkennbar. Unter betriebswirt-

schaftlichen Aspekten ist der hohe Anschaf-

fungspreis der Brennstoffzelle aus Betreibersicht

ein weiteres zu lösendes Kernkriterium für den

flächendeckenden Einsatz.


Mit hybriden Antriebssystemen lässt sich der

Kraftstoffverbrauch insbesondere von Nahver-

kehrszügen deutlich senken.


Bei dem Hybrid-Powerpack von MTU handelt es

sich um einen Unterflurantrieb. Der Dieselmotor

hat eine Leistung von 315 Kilowatt, der Elektro-

motor eine Leistung von bis zu 400 Kilowatt. Als

Parallelhybrid kann das Antriebssystem nur mit

dem Dieselmotor, nur mit dem Elektromotor

oder in Kombination betrieben werden. Beim

Bremsen wird ein Teil der Energie in elektrische

Energie umgewandelt und im Li-Ionen-Batterie-

modul zwischengespeichert. Diese gespeicherte

Energie wird beim Anfahren oder Beschleunigen

über einen Umrichter an den Generator abgege-

ben, der dann als Elektromotor das Fahrzeug

antreibt. Bei Bedarf kann so die Energie aus den

Batterien für die Fahrt verwendet werden.


Elektro-Hybridzug

Besonders wirtschaftlich ist diese Technik auf

Strecken mit häufigem Bremsen und Beschleuni-

gen. Die Energiereserven liefern dabei nicht nur

die Kraft zum Anfahren oder Beschleunigen, son-

dern versorgen auch die elektrischen Nebenver-

braucher mit Strom. Elektrische Klimaverdichter

machen das Fahrzeug noch energieeffizienter.

Generell können mit Hybridtechnologie der

Kraftstoffverbrauch und Kohlendioxidausstoß

um bis zu 25 Prozent gesenkt werden.

Antriebslösung mit Zukunftspotenzial

Für Hersteller von Schienenfahrzeugen und

Betreiber bietet der Hybridantrieb ein enormes

Zukunftspotenzial. Die aktuelle Emissionsstufe

EU IIIB und kommende Abgasstufen können ein-

gehalten und gleichzeitig Betriebskosten verrin-

gert werden. Vorhandene Dieseltriebwagen las-

sen sich umweltfreundlich remotorisieren.

Außerdem lassen sich dank Hybridtechnologie

bestehende Schieneninfrastrukturen effizienter

nutzen, da Hybridfahrzeuge auf Strecken verkeh-

ren können, auf denen dieselbetriebene Schie-

nenfahrzeuge nicht zugelassen sind.


3 CO2-Bilanz ist abhängig vom verfügbaren Strommix


2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

Roadmap Bahn

Technologie

Dual-Fuel-Motor ++ Triebzüge, Rangier- und Streckenlokomotiven

Ottomotor Erdgas ++ Rangierlokomotiven

Ottomotor H2 +++ Triebzüge

Ottomotor Benzin –

Elektromotor Netz3 +++ Stand der Technik

Brennstoffzelle +++ Triebzüge

Hybrid Elektrisch ++ Triebzüge, Rangierlokomotiven

Hybrid Hydraulisch + Triebzüge, Rangierlokomotiven

Hybrid ++ U-Bahnen

+ Triebzüge, Rangier- und Streckenlokomotiven

+ Streckenlokomotiven



Waste-Heat-Recovery


Emissionsarm über die Meere, an den Küsten und auf Flüssen: Die Antriebe der Zukunft für See- und Binnenschiffe.


Die Roadmap für Schiffe

Für den Anwendungsbereich Schiffe umfasst die

Roadmap 13 verschiedene Antriebskonzepte.

Auch hier standen zu erwartende Marktfähigkeit

und CO2-Einsparpotenzial im Fokus, wobei hier

die bereits 2016 in Kraft tretenden strengeren

Emissionsgesetze greifen werden.


Insbesondere Dual-Fuel-Motoren dürften in

den nächsten Jahren eine deutlich stärkere

Marktpräsenz erreichen. Durch den Einsatz von

Erdgas als Kraftstoff ist neben der Reduktion

von CO2-Emissionen vor allem ein starker Rück-

gang der Schademissionen und damit die

Erfüllung der strengeren Grenzwerte ohne

Abgasnachbehandlung möglich. Die dazu

notwendigen Antriebstechnologien sind bereits

auf dem Markt und insbesondere bei Flüssig -

gastankern (LNG) auch schon seit mehreren

Jahren erfolgreich im Einsatz.

Reine Gasmotoren werden zunächst im Fähr-

und Kurzstreckenverkehr zum Einsatz kommen.

Hier kann am schnellsten eine Gas-Infrastruktur

bereitgestellt werden. Insgesamt wird die funk-

tionierende Gasversorgung außerhalb von Gas-

tankern und Kurzstrecken einen maßgeblichen

Einfluss auf die Verbreitung von Gas- und Dual-

Fuel-Motoren haben. Zum Schutz der Umwelt

sollte die Politik daher schnellstmöglich und

mit Nachdruck die notwendigen Rahmen -

bedingungen zum Aufbau dieser Infrastruktur

schaffen.

Brennstoffzellen werden heute bereits in

U-Booten zur Bordstromversorgung genutzt. Die

lautlose Stromerzeugung hat hier besondere,

sicherheitsrelevante Vorteile, die höhere Investiti-

onskosten in den Hintergrund treten lassen.

Doch auch in der zivilen Schifffahrt könnte die

Bordstromversorgung der erste Anwendungs -

bereich für die Brennstoffzelle sein.

Teilweise spektakulär wirkende Wind-Hybrid-

Konzepte wie der Einsatz von Zugdrachen sind

insbesondere für Betreiber eine interessante

Technologie zur Einsparung von Kraftstoff,

die auch gut zur Nachrüstung geeignet ist. Die

Nutzung ist routen- und witterungsabhängig

und limitiert. Außerdem muss bei dieser Techno-

logie für den Fall von Windstille ohnehin die

volle Motorleistung auf den Schiffen vorgehalten

werden.

Mit der Nutzung von Solar-Energie kann Strom

für das Bordnetz erzeugt werden. Geeignet hier-

für sind Schiffe mit großen, unveränderlichen

Flächen wie Autofrachtschiffe, Tanker oder Passa-

gierschiffe. Insbesondere bei Kreuzfahrtschiffen

werden Solar-Panels eingesetzt. Dies erfolgt

oftmals mehr aus Imagegründen, denn das

tatsächliche CO2-Einsparpotenzial ist aufgrund

des zusätzlichen Gewichtes eher gering.


Strengere Emissionsbestimmungen und steigen-

de Kraftstoffkosten – die Anforderungen an

heutige und zukünftige Schiffsantriebe werden

immer komplexer. Und der Ruf nach umwelt-

freundlichen und gleichzeitig wirtschaftlichen

Lösungen lauter. Mit weniger Schademissionen,

höherer Flexibilität und größtmöglicher Wirt-

schaftlichkeit können Gas- und Dual-Fuel-

Motoren punkten. Moderne Dual-Fuel-Motoren

ermöglichen den Schiffseignern so den Kraftstoff

je nach Verfügbarkeit, Preis und Emissionsan -

forderungen flexibel zu wechseln.


Die Hersteller von Großmotoren entwickelten

in den vergangenen Jahren Dual-Fuel-Motoren

zunächst für stationäre Anwendungen. Aufgrund

der wachsenden Anforderungen wurde die

Antriebstechnologie mit zwei verschiedenen

Brennstoffen später auch bei Schiffsmotoren

eingesetzt und zuletzt auf langsam laufende

Zweitaktmotoren übertragen.

MAN Diesel & Turbo hat auf Wünsche nach

größerer Kraftstoffflexibilität reagiert und sein

Motorenprogramm nochmals erweitert.

Der Dieselmotoren-Hersteller bietet jetzt Moto-

ren an, die neben Schweröl und Erdgas auch

flüssige Kraftstoffe mit niedrigem Flammpunkt

verbrennen können. Die mögliche Nutzung von

beispielsweise LPG, Dimethylether und Ethanol

(auch aus nachwachsenden Rohstoffen) vergrö-

ßert die Kraftstoffbasis deutlich. In der Praxis:

Im Gasbetrieb werden die Motoren mit einem

Gemisch aus 95 Prozent Gas und 5 Prozent

Dieselkraftstoff angetrieben, wobei der Diesel als

Piloteinspritzung zur Zündung des Gemisches

genutzt wird. Die ersten Schiffe mit diesem

neuartigen Dual-Fuel-Antrieb werden 2016 vom

Stapel laufen.

Nachrüstung

Mit dem neuartigen Einspritzsystem für Kraft-

stoffe mit niedrigem Flammpunkt können auch

langsam laufende Motoren im Schiffsbestand

flexibel nachgerüstet werden. Das verbessert das

Emissionsverhalten und die Wirtschaftlichkeit

von in Fahrt befindlichen Schiffen nachhaltig und

steigert gleichzeitig die Zukunftsfähigkeit der

Schiffe und Reedereien.


Schiffsantrieb mit Dual-Fuel-Motor


4 CO2-Bilanz ist abhängig vom verfügbaren Strommix


2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

Roadmap für Schiffe

Technologie

Dual-Fuel-Motor ++ LNG-Tanker, Fähren, Verbreitung wird stark zunehmen

Hybrid Solar O Freizeitboote, bestimmte Frachtschiffe, Passagierschiffe

Hybrid Wind ++ Einzelanwendungen bei Frachtschiffen

Hybrid Elektrisch O alle dieselelektrischen Antriebe mit Energiespeicher (Batterie)

Hybrid

Ottomotor Biogas ++ Nischenanwendung bei kleineren Schiffen

Ottomotor Erdgas ++ Fähren, Kurzstreckenverkehre

Ottomotor Benzin – Stand der Technik bei Freizeitbooten

Ottomotor Wasserstoff +++

Brennstoffzelle + Stand der Technik bei U-Booten zur Bordstromversorgung

Elektromotor Netz4 ++ Stand der Technik bei Freizeitbooten

+ Long Distance


Waste-Heat-Recovery


Zuverlässig und immer bereit auch im Notfall: Die Antriebe der Zukunft für stationäre Anwendungen.


Die Roadmap für stationäre Anwendungen

Bei stationären Anwendungen hat der Arbeits-

kreis insgesamt 11 verschiedene Antriebskonzep-

te behandelt.

Mit der zunehmenden Einspeisung von Strom

aus Windkraft- und Solaranlagen bekommen

Motorenkraftwerke eine neue Rolle im Energie-

mix. Aufgrund ihrer Flexibilität eignen sie sich

hervorragend zum Ausgleich von Schwankungen

der erneuerbaren Energien. Die gilt sowohl für

große Netze als auch für Insellösungen. Wobei

hier die Insel-Lösung durchaus auch wörtlich

genommen werden kann: Motor und Solar-

Panels oder Windkraftanlagen können eine Ein-

heit bilden – reicht der Strom aus Sonne oder

Wind nicht aus, wird der Motor zur Sicherung

der Versorgung zugeschaltet.


Bei stationären Anwendungen mit Verbren-

nungsmotoren wird bereits mit den heute

verfügbaren Technologien ein Großteil der im

Kraftstoff gespeicherten Energie genutzt.

So beispielsweise bei der bereits im großen

Maßstab eingesetzten Kraft-Wärme-Kopplung

in Blockheizkraftwerken (BHKW), die neben der

mechanischen Energie auch die entstehende

Wärme nutzt.

Die Brennstoffzelle bietet auch bei stationären

Applikationen ein sehr hohes CO2-Einsparpoten-

zial. Wie schon bei anderen Anwendungsberei-

chen sind hier aber die zurzeit noch zu geringe

Leistungsdichte sowie die sehr hohen Anschaf-

fungskosten im Vergleich zum Verbrennungs -

motor die größten Hindernisse für eine stärkere

Marktpräsenz. Es ist jedoch abzusehen, dass die

Brennstoffzellen mit einer weiteren Steigerung

der Leistungsdichte zunächst bei stationären

Anwendungen Einzug halten werden und erst

danach in mobilen Anwendungen zum Einsatz

kommen.

Biogas wird derzeit hautsächlich zur Strom- und

Wärmeerzeugung genutzt. Kurze Wege bei der

Erzeugung und Sammlung der Biomasse sowie

bei der Vergärung, der Energieumwandlung und

-nutzung sind hier die Vorteile. Wechselnde Gas-

zusammensetzungen sind allerdings eine große

Herausforderung für die Abgasnachbehandlung.

Der Wasserstoffmotor besitzt als reines Verbren-

nungsmotorenkonzept ebenfalls ein sehr hohes

CO2-Einsparpotenzial. Geringe Herstellungskapa-

zitäten und eine fehlende Infrastruktur führen

aktuell jedoch zu hohen Kraftstoffpreisen und

hemmen damit die Umsetzung auf dem Markt.

Weiterhin gibt es bei der Betriebssicherheit noch

technische Fragestellungen zu lösen. Mit der

Möglichkeit, Energie chemisch als Wasserstoff zu

speichern, wachsen hier die Chancen auf eine

rasche Markteinführung.


Um Strom aus Gemüseabfällen zu gewinnen,

setzt die englische Agrargenossenschaft Agri-

Gen auf GE Jenbacher Gasmotoren. Mit Clean-

Cicle-Stromgeneratoren ebenfalls von GE wird

am Standort Rendlesham/Bentwaters Parks aus

der Abwärme der Motoren zusätzlicher Strom

gewonnen.

Während die Jenbacher Gasmotoren beim

an aeroben Faulturm in Rendlesham 3 MWe

erzeugen – genug, für mehr als 7.500 britische

Standardhaushalte – steigern die zwei Clean

Cycle-Stromgeneratoren die Gesamtleistung

um 280 kW, das entspricht dem Bedarf von


Biogasanlage erzeugt Strom aus Abwärme

540 weiteren Haushalten. Der Wirkungsgrad der

Anlage erhöht sich so von 43 auf 46,2 Prozent,

und das bringt deutliche Mehreinnahmen aus

Einspeisetarifen für Strom aus Biogas: Die Clean

Cycle-Lösung generiert zusätzlich bis zu 155.000

britische Pfund pro Jahr.

Der Wärmeumwandlungsprozess in einem

geschlossenen Kreislauf, der als „Organic Rankine

Cycle“ (ORC) bekannt ist, nutzt eine organische

Flüssigkeit als Arbeitsmedium und einen kleinen

Generator zur Umwandlung der Abwärme des

Gasmotors in elektrische Energie. Dazu ist kein

zusätzlicher Treibstoff notwendig, es entstehen

keine zusätzlichen Emissionen, und der erzeugte

Strom kann vor Ort genutzt oder in das Strom-

netz verkauft werden. In Rendlesham wird auch

die Abwärme aus dem Kühlwasser des Gasmo -

tors genutzt: zur Aufheizung der Faul türme, die

den Gemüseabfall in Biogas ver wandeln.

Bis jetzt haben Clean Cycle-Module von GE über

3.000.000 Betriebsstunden angesammelt. Eine

in den Clean Cycle-Stromgenerator eingespeiste

Wärmeleistung von ungefähr 1 MW erzeugt

brutto 140 kW an Strom. Die Module sind dabei

so flexibel, dass sie beinahe überall eingesetzt

werden können, wo ausreichend Wärme verfüg-

bar ist.


5 Kombination aus Verbrennungsmotor und Solarstrom zur temporären Stromversorgung im

Notfalleinsatz.6 Kein echter Hybrid sondern Nutzung einer Batterie um Nachfrageschwankungen mit dem Speicher

abfangen zu können.


2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

Roadmap für Strom- und Wärmeerzeugung

Technologie

Dual-Fuel-Motor Kraftwerke mit und ohne KWK, Notstrom (Stand der Technik)

Hybrid Solar Kraftwerke (Inselbetrieb), Notfalleinsatz5

Hybrid Wind Kraftwerke (Inselbetrieb)

Hybrid Elektrisch6 dezentrale Mini-Kraftwerke

Hybrid Kraftwerke

Ottomotor Biogas Biogasanlagen (Stand der Technik)

Ottomotor Erdgas

Ottomotor Benzin kleine Stromerzeuger, Notfalleinsatz

Ottomotor Wasserstoff Kraftwerke mit und ohne KWK

Brennstoffzelle Kraftwerke mit und ohne KWK, Notstrom

Stand der Technik bei KWK


Kraftwerke mit und ohne KWK (Stand der Technik), neu auch als Notstrom

Waste-Heat-Recovery


Was bedeutet das für die Antriebssysteme

von morgen und die Zukunft der deutschen Her-

steller? Die vier Roadmaps für die verschiede-

nen Anwendungs-Cluster beweisen, dass

die Hersteller von Antrieben sich intensiv mit

den zukünftigen Herausforderungen befassen.

Sie sind bereit, sich den steigenden Anforde -

rungen an den Umweltschutz und hier

insbesondere einer deutlichen Reduzierung

der CO2-Emissionen zu stellen. In jedem

der vier Cluster sind die Anbieter dabei mit

einer komplett anderen Ausgangssituation

konfrontiert. Doch es zeichnen sich in jedem der

Bereiche sehr vielversprechende Antriebskon-

zepte mit einem hohen Potenzial ab. Diese in

den nächsten Jahren aktiv weiterzuverfolgen,

ist jetzt Aufgabe und Ansporn zugleich.

Für die Marktakzeptanz auf Nutzer- bzw. Betrei-

berseite und damit für die breite Markteinfüh-

rung wird das Kosten-Nutzen-Verhältnis eines

zukünftigen Antriebskonzeptes ein entschei-

dendes Kriterium sein. Daher müssen ökologi-

sche und ökonomische Aspekte in Einklang

gebracht werden.

Darüber hinaus fehlen zur Zeit noch gesetzliche

Rahmenbedingungen für die Markteinführung

neuer Antriebstechnologien. Im Gegensatz zu

den heutigen Anforderungen für Motoren sind

keinerlei Regelungen oder Vorgaben vorhanden,

die Typgenehmigungen von Hybridantrieben

regeln oder festlegen, wie diese Antriebe bei

ihrer späteren Verwendung einzustufen sind.

Verbindliche internationale Standards für den

Bau und Betrieb von gasmotorisch angetriebe-

nen Schiffen sind ebenfalls noch nicht entwik-

kelt, was aufwändige Einzelabnahmen erforder-

lich macht. Mehr Klarheit würde den Nutzern

hier Sicherheit geben und so der Markteinfüh-

rung neuer Konzepte einen deutlichen Vorschub

leisten.

Bei all den Unterschieden und trotz der Bandbrei-

te der Maschinenapplikationen und Antriebskon-

zepte gibt es allgemeine Schlussfolgerungen, die

für alle Anwendungs-Cluster gelten:

• Die Auswahl eines zukünftigen Antriebs -konzepts für eine Maschine wird sich stärker

als heute an den Einsatzbedingungen bzw.

dem Einsatzprofil der Maschine orientieren.

• Verbrennungsmotoren mit reduzierter

Leistungsbandbreite werden zunehmen,

da Zusatzsysteme die Energie zur Abdeckung

von auftretenden Leistungsspitzen zur

Verfügung stellen.

• In der maximalen Ausbaustufe dienen

hocheffiziente konstant-drehende Verbren-

nungsmotoren zur Stromerzeugung für

elektrische Motoren.

• Neben CO2- und Abgasemissionen werden

auch Lärmemissionen bei der Entwicklung

neuer Antriebskonzepte eine bedeutende

Rolle spielen. Dies spricht für flexible Systeme,

die in bestimmten Regionen den Wechsel

auf leise Antriebe ermöglichen.

• Die Kraftstoffflexibilität, Unabhängigkeit und Sicherheit von Applikationen mit

Verbrennungsmotoren sind ein klarer Vorteil.

Dies gilt insbesondere dann, wenn der

Verbrennungsmotor in Kombination mit

anderen Antriebstechnologien Bestandteil

eines Antriebssystems ist.

Für die Zukunft gewappnet:Gute Perspektiven bei passenden Rahmenbedingungen.

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Redaktion

Martin Nitsche, VDMA

Jens Slama, VDMA

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Wir danken folgenden Mitgliedern für

die Teilnahme am VDMA Arbeitskreis

„Zukünftige Antriebe“ und die Mitwirkung

am Abschlussbericht:

ABB Turbo Systems AG, Robert Bosch GmbH,

DEUTZ AG, GE Jenbacher GmbH & Co OG,

Geislinger GmbH, Heinzmann GmbH & Co. KG,

MAN Diesel & Turbo SE, MANN + HUMMEL

GMBH, MOTORENFABRIK HATZ GmbH & Co. KG,

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