Werden treibstoffunabhängige Motoren die nächste Ära des Bauwesens antreiben?

Einige der schwersten Baumaschinen der Welt werden von Cummins-Motoren angetrieben.

Tatsächlich hat sich der Weg nach vorn als wesentlich komplexer erwiesen, als frühe Prognosen vermuten ließen.

Im gesamten Off-Highway-Sektor stehen Hersteller und Flottenbesitzer heute vor Herausforderungen wie regionalen Vorschriften und ungleichmäßiger Infrastrukturentwicklung sowie hochspezialisierten Maschinenanwendungen.

In diesem Umfeld entwickelt sich Flexibilität zu einem zentralen Thema in der langfristigen Antriebsstrangplanung.

Ein Konzept, das zunehmend Beachtung findet, ist die kraftstoffunabhängige Motorenplattform – eine gemeinsame Motorenarchitektur, die so konzipiert ist, dass sie mehrere Kraftstoffarten aufnehmen kann und gleichzeitig die Leistungsmerkmale und die einfache Bedienung beibehält.

Jeremy Harsin, Senior Director of Off-Highway Powertrain Engineering bei Cummins, ist der Ansicht, dass dieser Ansatz die Fragen des Bausektors besser beantwortet als jede einzelne Technologielösung.

„Kraftstoffunabhängige Motoren wie Cummins HELM [High Efficiency Low Emissions, Multiple Fuels] sind auf Kraftstoffflexibilität ausgelegt“, sagt Harsin. „Das Konzept zielt darauf ab, Kunden dort abzuholen, wo sie sich in ihrer Antriebsentwicklung befinden.“

Warum Flexibilität bei Off-Highway-Antrieben so wichtig ist

Jeremy Harsin, leitender Direktor für Off-Highway-Antriebsstrangentwicklung bei Cummins

Anders als im Straßenverkehr, wo Fahrzeugnutzungszyklen und Betriebsumgebungen relativ standardisiert sind, umfasst der Bereich der Off-Highway-Ausrüstung eine breite Palette an Maschinentypen und Betriebsbedingungen. Dies stellt jeden Versuch, eine einheitliche Übergangsstrategie durchzusetzen, vor erhebliche Herausforderungen.

„Der Off-Highway-Sektor ist mit Abstand der komplexeste und fragmentierteste Markt, den wir bedienen“, sagt Harsin. „Allein Cummins beliefert Hunderte von OEMs, jeder mit seinen eigenen Anwendungen, von denen viele hochspezialisiert sind.“

„Angesichts dieser Tatsachen ist es unrealistisch anzunehmen, dass ein Einheitsansatz – oder auch nur ein Ansatz, der für die meisten passt – für den Markt akzeptabel wäre.“

Brennstoffunabhängige Architekturen zielen darauf ab, diese Herausforderung durch die Integration mehrerer Brennstoffvarianten aus einer weitgehend gemeinsamen Motorenplattform zu bewältigen.

Vereinfacht ausgedrückt bleibt der untere Teil des Motors im Wesentlichen gleich, während Systeme wie Luftzufuhr, Kraftstoffzufuhr und Abgasnachbehandlung an die jeweiligen Kraftstoffe angepasst werden.

Die in Betracht gezogenen Kraftstoffe können je nach Marktnachfrage und Infrastrukturverfügbarkeit fortschrittlichen Diesel, Erdgas, Benzin und Wasserstoff umfassen.

Für OEMs verringert dies potenziell die Konstruktionskomplexität und trägt dazu bei, Investitionen in bestehende Maschinenplattformen und Antriebsstranglayouts zu erhalten.

„Das Konzept soll das Leben der OEMs erleichtern“, sagt Harsin, „indem es ihnen ermöglicht, gemeinsame Antriebskomponenten vom Schwungrad abwärts zu nutzen.“

Die infrastrukturelle Herausforderung für alternative Kraftstoffe

Während die Diskussionen um alternative Kraftstoffe immer lauter werden, ist deren Einsatz im Baugewerbe nach wie vor uneinheitlich. In vielen Regionen stellt die Verfügbarkeit der nötigen Infrastruktur weiterhin das größte Hindernis dar.

„Die Endnutzer sehen sich mit realen und erheblichen Herausforderungen hinsichtlich der Reife der Infrastruktur konfrontiert, die behoben werden müssen, um diese Lösungen in sinnvoller Weise effektiv einzuführen“, sagt Harsin.

Die nächste Generation des X15-Motors wird auf der Cummins HELM-Plattform aufgebaut sein.

Er fügt hinzu, dass die Herausforderung insbesondere im Baugewerbe akut sei, wo Maschinen häufig auf temporären oder abgelegenen Baustellen eingesetzt werden und nur begrenzten Zugang zu speziellen Betankungssystemen haben.

Aus diesem Grund geht er davon aus, dass die Akzeptanz zunächst in kontrollierteren Betriebsumgebungen erfolgen wird.

„Abgeschlossene Ökosysteme – zum Beispiel Seehäfen – sind potenzielle Bereiche, in denen die Nachfrage zuerst entstehen könnte, da sie eine Population in Gefangenschaft an einem dafür vorgesehenen Ort haben“, erklärt er.

„Auf allgemeinen Baustellen, auf denen vermehrt mobile Arbeitsmaschinen zum Einsatz kommen, würden die Herausforderungen hinsichtlich der Kraftstoffverfügbarkeit jenseits von Dieselkraftstoff zunehmen.“

Diese Realität ist einer der Gründe, warum fortschrittliche Dieseltechnologien neben erneuerbaren und direkt einsetzbaren Biokraftstoffen wie HVO auch weiterhin in allen Dekarbonisierungsdiskussionen eine Rolle spielen werden.

„Moderne Dieselmotoren werden schwer zu ersetzen sein“, sagt Harsin. „Ein Großteil des zuvor erwähnten Infrastrukturausbaus wird für seine Fertigstellung auf moderne Dieselgeräte angewiesen sein.“

Können Alternativen mit der Leistung von Dieselmotoren mithalten?

Für Baumaschinenflotten werden Dekarbonisierungsziele zwar zunehmend an Bedeutung gewinnen, aber die Maschinenproduktivität dürfte kaum in den Hintergrund treten.

Die Geräte müssen selbstverständlich weiterhin das Drehmoment, das Ansprechverhalten und die Verfügbarkeit gewährleisten, die für anspruchsvolle Anwendungen erforderlich sind.

Das führt zu wichtigen technischen Kompromissen.

„Vergleicht man die maximale Drehmomentkurve eines Dieselmotors mit der eines Wasserstoffmotors, so zeigt sich bei Wasserstoff eine geringere Leistungsfähigkeit“, erklärt Harsin. „Anwendungen mit hohen Anforderungen an das Ansprechverhalten werden für konventionelle Motoren schwer zu erreichen sein.“

Die Herausforderung besteht daher nicht nur darin, verschiedene Kraftstoffe zu ermöglichen, sondern auch darin, sicherzustellen, dass diese Kraftstoffe die betrieblichen Anforderungen in der realen Welt erfüllen können.

„Für die Endnutzer ist es wichtig, dass die Arbeit erledigt wird“, sagt Harsin. „Wir legen großen Wert darauf, zu optimieren, wie sich die Maschine für sie anfühlt.“

Ein Vertreter von Cummins trifft einen Kunden vor Ort.

Gleichzeitig gewinnen die Gesamtbetriebskosten zunehmend an Bedeutung. Obwohl sich alternative Kraftstofftechnologien stetig weiterentwickeln, dürften der Umfang und die Bezahlbarkeit dieser Plattformen das Tempo ihrer breiteren Einführung maßgeblich bestimmen.

„Letztendlich müssen Technologien, Anreize ausgenommen, aus TCO-Perspektive wirtschaftlich sein, um die Rentabilität für den Endkunden zu gewährleisten“, erklärt Harsin.

Was OEMs heute beachten müssen

Die großflächige Einführung kraftstoffunabhängiger Systeme mag noch einige Jahre entfernt sein, doch OEMs werden bereits jetzt dazu angehalten, ihre zukünftigen Gehäuseanforderungen bei der Entwicklung neuer Maschinenplattformen zu berücksichtigen.

„Sie sollten Aspekte berücksichtigen, die zukünftige Fahrgestelländerungen beeinflussen“, sagt Harsin. „Das Metall an schweren Maschinen lässt sich nicht einfach austauschen, und die Werkzeuge sind teuer.“

Während die Abmessungen des Motorblocks bei den verschiedenen Kraftstoffen voraussichtlich weitgehend vergleichbar bleiben, können die Anforderungen an die Kraftstofflagerung drastisch variieren.

„Betrachten wir noch einmal den Vergleich zwischen Diesel und einer gleichwertigen Wasserstofflösung“, sagt Harsin. „Wasserstoff benötigt etwa das Achtfache des Kraftstofftankvolumens von Diesel.“

Das wirft weitere Fragen hinsichtlich Maschinenarchitektur, Betankungsintervallen und Betriebslogistik auf – Faktoren, die OEMs zunehmend bereits in der Entwurfsphase berücksichtigen müssen.

Kraftstoffwahl, Flottenplanung und zukünftige Regulierung

Obwohl der Begriff „brennstoffagnostisch“ Austauschbarkeit implizieren kann, stellt Harsin klar, dass einzelne Maschinen nicht dafür ausgelegt sind, im Betrieb zwischen verschiedenen Brennstoffen zu wechseln.

Die Antriebstechnik-Expertise von Cummins findet sich in allen Bereichen wieder, vom Kompaktlader über den Schwerlastkran bis hin zum Muldenkipper.

„Um es klarzustellen“, sagt er, „auf der Ebene einzelner Maschinen ist das kraftstoffunabhängige Konzept nicht anwendbar. Die Cummins HELM-Plattformen bieten zwar Lösungen, die sich an verschiedene Kraftstoffarten anpassen, aber eine Maschine kann in der Praxis nicht ausgetauscht werden.“

Der Wert liegt vielmehr darin, die Branche dabei zu unterstützen, sich langfristig auf unsichere Bedingungen – sowohl im Hinblick auf die Regulierung als auch auf die Märkte – vorzubereiten.

„Diese Motoren ermöglichen es Flottenbesitzern, für die Zukunft zu planen, falls sie bestimmte Anforderungen an den Motorenmix erfüllen müssen“, sagt Harsin.

Für viele OEMs dürften diese Optionen für die längere Frist an Bedeutung gewinnen, da sich die regionalen Emissionsgesetze weltweit unterschiedlich schnell entwickeln.

Ein eher allmählicher Übergang als eine plötzliche Veränderung

Trotz der branchenweiten Aufmerksamkeit für alternative Kraftstoffe und Elektrifizierung rechnet Harsin nicht damit, dass sich der Energiemix im Baugewerbe in naher Zukunft dramatisch verändern wird.

„Insgesamt erwarte ich, dass sich der Energiemix in den nächsten Jahren kaum verändern wird“, sagt er, „obwohl es wahrscheinlich Bereiche geben wird, in denen dies nicht der Fall sein wird.“ Als Beispiel nennt er das rasante Wachstum von elektrischen Radladern auf dem chinesischen Inlandsmarkt.

Tatsächlich befindet sich der heutige Bausektor in einer Phase, in der es weniger um technologische Gewissheit als vielmehr darum geht, sich alle Optionen offen zu halten.

In diesem Kontext sind brennstoffunabhängige Plattformen möglicherweise weniger eine vorübergehende Notlösung, sondern vielmehr ein Eingeständnis, dass die zukünftige Energielandschaft nicht von einer einzigen Lösung dominiert werden wird.

„Mit der Weiterentwicklung und Skalierung der Technologien werden sie auch für den Off-Highway-Bereich immer praktischer einsetzbar“, sagt Harsin und schließt: „Unser Fokus bei Cummins liegt weiterhin darauf, dem Markt zuverlässige Energielösungen zum richtigen Zeitpunkt anzubieten.“

--------

Dieser Artikel wurde von KHL Content Studio in Zusammenarbeit mit Experten von Cummins erstellt.

--------

Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von Cummins.

--------