Nachhaltige Maschinentechnik

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Landschaftsbauer stehen elektrischen Baumaschinen im Allgemeinen eher ablehnend gegenüber. Auch E-Fahrzeuge genießen nicht den Nimbus eines Must-haves. Dennoch ist die Disruption zu mehr Nachhaltigkeit aktuell in vollem Gang und es gibt sehr gute Gründe sich frühzeitig mit der Materie anzufreunden.

Doch der Übergang auf "E" ist alles andere als einfach. Er erfordert genauso Kenntnisse und Wissen, wie es bei herkömmlichen Maschinen auch der Fall ist. Diese Kompetenz kann in einem Betrieb nur allmählich und mit geeigneten Mitarbeitern aufgebaut werden. Betriebswirtschaftlich und ökologisch Sinn machen die Stromer vor allem dann, wenn Sie mit selbst produziertem Strom aus einer eigenen PV-Anlage betrieben werden.

Was ist eine Disruption?

Seit der ersten Auslieferung seines ersten Großserienfahrzeugs "Model S" im Jahr 2012 hat der amerikanische Autobauer Tesla unser Verständnis von Mobilität und den Markt für Personenkraftfahrzeuge grundlegend verändert. Insbesondere die Kombination aus

  • Hocheffizienter elektrischer Antriebseinheit (E)
  • Lithiumbasierten Energiespeichern (Li)
  • Hochleistungscomputer (C)
  • Vollständiger internetbasierter Konnektivität mit der Fähigkeit Daten kontinuierlich auszutauschen und die Software "over the air" stetig zu verbessern (O)
  • Softwarebasierter Fähigkeit des Fahrzeugs zum autonomen Selbstfahren (S)
  • System-, struktur- und softwarebedingten Sicherheitsvorteilen (S)

erweist sich im Kontext der etablierten Hersteller als überraschend innovativ und in der Folge in Bezug auf das Marktgeschehen als disruptiv (ELICOSS-Disruption). Mit dem Begriff Disruption bezeichnet man, entsprechend der Definition des Harvard-Professors Clayton M. Christensen, eine Innovation, die etablierte Hersteller eines Marktsegments aus diesem Markt drängt oder sie in extremer Weise herausfordert. Christensen entwickelte diese Theorie in seinem Buch "The innovator's dilemma" (1997) auch anhand eines Beispiels aus der Baumaschinentechnik. Es ist die Rede vom disruptiven Übergang vom Seil- zum Hydraulikbagger, welcher zwischen den 40er und 70er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts weltweit stattfand.

Auch wenn Seilbagger noch heute gebaut und verwendet werden (bspw. im Kiesabbau), hat der Hydraulikbagger letztlich den Markt grundlegend verändert. In Deutschland verdrängten im Zuge dieser Innovation neu aufgekommene Hersteller von Hydraulikbaggern, wie Liebherr oder Atlas, die etablierten Hersteller der Seilbagger, wie beispielsweise Menck und Hambrock oder Orenstein und Koppel, aus ihren angestammten Marktsegmenten (Christensen 2011:83-101).

In Bezug auf Baumaschinen bleibt die oben beschriebene ELICOSS-Disruption bislang noch aus. Gleichwohl ist sie greifbar nahe. Autonom arbeitende Elektrobagger im stationären Einsatz existieren bereits (Vgl. Weber 2018). In Bezug auf Pkw und leichte Nutzfahrzeuge gilt diese Marktumwälzung für viele bereits als weitgehend erfolgt, da die Verkaufszahlen von E-Fahrzeugen kontinuierlich zulegen, während sie bei Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugen rückläufig sind.

In Bezug auf den straßengebundenen Gütertransport und schwere Nutzfahrzeuge steht die ELICOSS-Veränderung kurz bevor. Dies könnte dann in naher Zukunft auch den Bausektor betreffen. Bereits heute fahren elektrische Dreiachser in Skandinavien im Baustellenbetrieb. Vor allem die Option des autonomen Fahrens ist ein extremer technologischer und wirtschaftlicher Anreiz, gleichermaßen für Hersteller und Kunden. Man stelle sich Lkw oder Lieferfahrzeuge vor, die auf der Baustelle zu ihrem nächsten Ziel programmiert werden können und dieses selbständig, d. h. ohne Fahrer erreichen.

Der Tesla Semi-Truck, dessen Auslieferung für Ende dieses Jahres erwartet wird, bringt voraussichtlich mindestens die gleichen technischen Möglichkeiten mit, wie die Pkw der Marke. Demnach ist das Fahrzeug in der Lage Fahraufgaben wie Navigation, Spurwechsel mit Blinker und Ampelstopps selbsttätig auszuführen, muss dabei aber von einem verantwortlichen Fahrer ständig überwacht werden (Autonomie-Level 3-4). Fahrerloses autonomes Fahren (Level 5) wird im Shuttlebetrieb in einigen deutschen Städten mit langsam fahrenden E-Minibussen im Testbetrieb seit einiger Zeit erprobt (Vgl.: www.vdv.de/liste-autonome-shuttle-bus-projekte.aspx.)

Die Grundmotivation von Elon Musk, dem CEO (Chief Executing Officer) von Tesla, war und ist es, den Transport von Menschen und Sachen effektiver, nachhaltiger und sicherer zu gestalten. Das Ziel der Nachhaltigkeit hat seither exponentiell an Bedeutung gewonnen. Man spricht seit einigen Jahren von einem Megatrend.

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Was bedeutet Nachhaltigkeit in Ihrem Bezug zur Bauabwicklung?

Laut Leitfaden Nachhaltiges Bauen in Außenanlagen (Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung, 2012:24-47) lassen sich folgende Aspekte der Nachhaltigkeit definieren:

  • Ökologische Qualität
  • Ökonomische Qualität
  • Soziokulturelle und funktionale Qualität
  • Technische Qualität
  • Prozessqualität

Die Abwicklung einer Baustelle fällt somit unter den Bereich Prozessqualität.

Der Leitfaden definiert die Ziele des nachhaltigen Wirtschaftens in Bezug auf die Baustelle wie folgt:

"Nachhaltiges Bauen strebt in allen Phasen des Lebenszyklus eine Minimierung des Verbrauchs von Energie und Ressourcen an. Ziel muss daher sein, die Auswirkungen auf die Umwelt, die durch den Bauprozess selbst verursacht werden können (Bodenverdichtungen, Emissionen aus Baustoffen etc.), zu vermeiden und gleichzeitig die Gesundheit aller Beteiligten zu schützen."

(Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung 2012:43)

In jüngster Zeit hat sich der Fokus der Nachhaltigkeitsbetrachtung sehr stark in Richtung Klimaschutz verlagert, da die Auswirkungen und das Bedrohungspotential des Klimawandels immer deutlicher werden. Auch in Bezug auf den Klimawandel ist die Minimierung des Verbrauchs von Energie und Ressourcen -und hiermit sind ausdrücklich alle nicht erneuerbaren, mithin fossilen Energieträger gemeint- das oberste Gebot (Vgl. Quaschnik 2020:50ff) um die CO2-Emissionen bestmöglich einzuschränken.

Was bringen Nachhaltigkeitsüberlegungen auf der Baustelle?

Bereits ein einziger E-Bagger spart bis zu 32 t CO2 pro Jahr (Grundlage: Bagger Suncar-Takeuchi TB 1140E). Das entspricht der CO2-Last eines Vier-Personen-Haushalts.

Hochgerechnet auf den jährlichen Verbrauch an Nicht-Erneuerbaren-Energien im Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau ist ein Einsparpotential von 300.000 t CO2 zumindest theoretisch denkbar. Dies entspräche einer Kleinstadt von knapp 40.000 Einwohnern. Hierbei sind noch nicht die Effekte durch externe Material- und Maschinentransporte, Subunternehmer oder Heizkosten der Betriebsgebäude berücksichtigt.

Um möglichst breit die in Bezug auf Nachhaltigkeit erzielbaren Effekte abbilden zu können, ist die Betrachtung aller betrieblichen Vorgänge notwendig. Dazu zählen:

  • Energiegewinnung, zum Beispiel durch Solartechnik
  • Heiztechnik
  • Innerbetrieblicher Transport von Menschen, Maschinen und Materialien
  • Qualitätsmanagement in Bezug auf Ressourcenschonung
  • Baustellenbetrieb und -logistik

Somit müssen auch Pkw, leichte und schwere Nutzfahrzeuge sowie die Energiebereitstellung Gegenstand der Betrachtung sein.

Welche Effekte bringen Nachhaltigkeitsüberlegungen in Bezug auf Sicherheit und Gesundheitsschutz?

Eng korreliert mit dem CO2-Ausstoß sind eine Vielzahl von Effekten, die die menschliche Gesundheit und die allgemeine Lebenserwartung betreffen. Hierzu zählen:

  • Lärmemissionen
  • Partikelemissionen (Fein- und Feinststaub, PM10 und PM2,5)
  • Stickoxide
  • Psychologische Effekte (Überforderung, Burnout)
  • Unfallgeschehen

Nach aktuellen Studien ergeben alternative Antriebe durchweg beziehungsweise überwiegend positive Effekte auf die genannten Faktoren. Beispielhaft sei eine Studie des Max-Planck-Instituts und der Uni Mainz genannt, die sich mit den gesamtgesellschaftlichen Konsequenzen der Luftverschmutzung und insbesondere des Feinststaubs (Partikelmasse aller Partikel bis 2,5 µm - PM2,5) auseinandersetzt (Leliveld et. al., 2020). Demnach verliert jeder Mitteleuropäer im Schnitt durch Feinstpartikel verursachte (PM2,5) Luftverschmutzung 2,7 Lebensjahre. Das ist deutlich mehr als der Verlust an Lebenszeit durch Zigarettenrauch (2,2 Jahre).

Um diese Effekte einzudämmen, haben einige Bundesländer und Staaten (CH) bereits vor einigen Jahren Verordnungen erlassen, um die Partikelemissionen von Baumaschinen zu verringern (Vgl. Senatsverwaltung für Stadtentwicklung und Umwelt Berlin 2015 sowie BAFU 2015). Zu diesem Zeitpunkt standen noch sehr wenige Baumaschinen mit alternativen Antrieben zur Verfügung.

Im Landschaftsbau werden eine Vielzahl von Maschinen genutzt, die Kopf nah Abgase produzieren. Gerade für Minibagger und Fahrzeuge mit Motorleistungen unter 19 kW gab es bis 2019 keinerlei Abgasreglementierung. Die diesbezüglich neu eingeführte Abgasnorm ist zu lax, gerade vor dem Hintergrund, dass die Maschinen häufig in Hofräumen und Situationen mit geringem Luftaustausch betrieben werden. Eine umfassendere Abgasbehandlung ist bei den kleineren und preissensiblen Maschinen offensichtlich technisch (Bauraum) und wirtschaftlich nicht mehr machbar.

Ähnlich verhält es sich mit der avisierten Abgasnorm Euro 7, die häufig als das sichere Ende des Verbrennungsmotors bezeichnet wird. Da damit alle Ausnahmeregelungen und Schlupflöcher, die aktuell Euro 6 noch bietet (Regenerationsbetrieb, Thermofenster für Kaltlaufbetrieb, Volllastfenster z. B. für Anhängerbetrieb, Zusatzaggregate wie Klimaanlage und Standheizung) beseitigt werden sollen.

Signifikant für nachhaltige Antriebe ist:

  • dass es keine lokalen Emissionen des Antriebs mehr gibt
  • dass die durch die Stromherstellung in Kraftwerken bedingten Emissionen (z. B. von CO2) durch den Ausbau regenerativer Energieträger kontinuierlich rückläufig sind
  • bei Verwendung von Solarstrom keinerlei Emissionen aus dem Antriebsstrang mehr auftauchen
  • die Hersteller bei der Akkuherstellung ebenfalls vermehrt regenerative Energie einsetzen und somit auch der häufig beklagte CO2-Fußabdruck der Akkuspeicher rückläufig ist

Untersuchungen zur psychologischen Wirkung von E-Fahrzeugen bei Taxifahrern in London zeigen, dass diese im Vergleich zu Fahrern von Verbrennungsfahrzeugen konzentrierter, entspannter und zufriedener sind (Wiliams 2018). Diese Ergebnisse könnten auch auf andere Berufsgruppen übertragbar sein, die berufsbedingt Fahrzeuge und Maschinen führen.

Fahrdaten die vom amerikanischen Hersteller Tesla veröffentlicht werden, legen nahe, dass die Unfallhäufigkeit von Pkw bei eingeschaltetem "Autopilot" erheblich geringer ist.

Somit ist davon auszugehen, dass die Umstellung auf nachhaltige Antriebe im Baubetrieb eine Vielzahl von positiven Effekten in Bezug auf Sicherheit und Gesundheitsschutz mit sich bringen kann.

Welche Antriebstechnologien sind möglichst klimaneutral beziehungsweise haben das Potential klimaneutral zu sein?

Grundsätzlich haben drei Antriebstechnologien das Potential deutliche Effekte in Bezug auf Klimaneutralität zu erzielen:

  • Batterieelektrische Antriebe (Battery Electric Vehicle - BEV)
  • Wasserstoffbasierte Antriebe (Fuel Cell (Electric) Vehicle - FCV bzw. FCEV)
  • E-Fuel-Antriebe

Insbesondere Batterieelektrische Antriebe haben heute, laut aktuellsten Studien, das Rennen um den kostengünstigsten und nachhaltigsten Antrieb im Bereich kompakter Fahrzeuge und Maschinen für sich entschieden (Vgl. Hoekstra, A.; Steinbuch, M. 2020 sowie Karle 2020:72). Hinzu kommen Skalierungseffekte im Bereich der Produktion von Lithiumionen- und LiFePo-Akkumulatoren, die bewirken, dass diese Technik kontinuierlich klimaneutraler und kostengünstiger wird. Ein weiterer Quantensprung im Bereich der BEV wird durch die bevorstehende Marktreife von Festkörperbatterien (Solid State Battery) erwartet, die stark vom Volkswagenkonzern vorangetrieben wird und eine doppelt hohe Energiedichte im Vergleich zur aktuellen Technologie verspricht. Auch die Lithium-Luft-Batterie ermöglicht in Zukunft möglicherweise eine Vervielfachung der Energiedichte (Karle 2020:84).

Ein neu entwickeltes Klima-Bilanzierungs-Tool vom renommierten Schweizer Paul Scherrer Institut (PSI) zeigt den positiven Klima-Effekt von E-Antrieben anhand aktuellster Zahlen und Erkenntnisse sowie unter Berücksichtigung des aktuellen Strommixes (www.carculator.psi.ch). Entscheidend ist aber auch hier das Zukunftspotential, da die CO2-Bilanz des deutschen Strommixes sich kontinuierlich verbessert (Quaschnik 2020:127 sowie Karle 2020) und somit auch die Klimabilanz von E-Fahrzeugen durch die aktuell und künftig abnehmende CO2-Last der elektrischen Energie (durch Ausbau der Erneuerbaren Energieträger) stetig verbessert wird. Das derzeit erzielbare Optimum in Bezug auf den Klimaschutz sind demnach BEV, die mit nutzerseitig erzeugtem Solarstrom betrieben werden.

Warum Wasserstoff bislang keine Option ist

Im direkten Vergleich mit BEV weisen Wasserstoffantriebe (FCV, FCEV) entscheidende Nachteile auf. Viele Hersteller ziehen sich, trotz jahrzehntelanger Forschung, allmählich aus dieser Technologie zurück -zumindest was kompakte Fahrzeuge angeht (Vgl. Electrified 2020).

Folgende Aspekte der Wasserstofftechnologie sprechen deutlich gegen eine sinnvolle Anwendung im Bereich kompakter und kostensensibler Baumaschinen:

  • Wasserstoff ist eine "Vertagungstechnologie" ("Ich warte lieber auf Wasserstoff bevor ich mir ein E-Gerät/-Fahrzeug anschaffe")
  • >90 Prozent des aktuell vertriebenen Wasserstoffs sind grau, d. h. sie entstammen fossilen Energieträgern (Synthese aus Erdgas - für 1 t Wasserstoff entstehen 10 t CO2) und produzieren daher in nennenswertem Umfang CO2
  • Geringe Effizienz im Gesamtprozess (Gesamtwirkungsgrad: 16 bis 25 Prozent - Vgl. E-Antriebe: 75 bis 85 Prozent)
  • Kostenproblem - Betrieb ist zu teuer (hoch subventionierte Infrastruktur, dennoch hoher Preis von 9,50 Euro/kg Wasserstoff = gesetzlicher Festpreis)
  • Anschaffungskosten Fahrzeug sind zu hoch (Benötigt Hochdrucktank, Brennstoffzelle, Akku und E-Antrieb)
  • Hohe technische Komplexität und Risiken bei Energiebereitstellung und Nutzung
  • Verfügbarer grüner Wasserstoff wird in Zukunft für Schwertransporte, Schwermaschinen und Flugverkehr benötigt (wo Akkus bislang nicht einsetzbar sind)

Gerade der direkte Kostenvergleich der Antriebsvarianten zeigt das ungeheure Potential der E-Antriebe bei Nutzfahrzeugen. Vor allem dann, wenn sie mit selbst produziertem Solarstrom betrieben werden. Demnach kostet der Treibstoff pro Kilometer für einen Schwer-Lkw mit Wasserstoffantrieb (Brennstoffzelle) 95 Cent, für konventionellen Dieselantrieb 39 Cent, für E-Antrieb mit Industriestrom 18 Cent und für Solarstrom aus Eigenproduktion nur ca. 9 Cent. Daher gehen viele Experten davon aus, dass die Umstellung auf E-Antriebe im kostensensiblen Speditionsbereich bei ausreichender Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit der Technik sehr schnell vollzogen sein wird.

Was sind die Treiber der E-Mobilität?

Batterieelektrische Antriebe sind bei Baumaschinen längst angekommen. Eine Vielzahl von Herstellern hat Maschinen, vor allem in der Kompaktklasse, im Angebot. Hierzu zählen u.a. Kramer, Wacker Neuson, Volvo, JCB oder Takeuchi Suncar. Auch im Bereich leichter Nutzfahrzeuge schwenken zunehmend mehr Hersteller auf diese Technologie ein (Mercedes-Benz, Fuso, DAF, Renault, Nissan etc.). Im Bereich schwerer Nutzfahrzeuge stehen einige Hersteller kurz vor der Markteinführung bzw. bieten bereits konfigurierbare Schwer-Lkw an (Renault, Volvo, Futuricum, Tesla). Was sind, außer den bereits besprochenen Kostenvorteilen, die treibenden Faktoren, die in Zukunft eine weitere Ausbreitung der E-Mobilität in allen Sektoren wahrscheinlich machen?

  • Schadstoffbelastung in Ballungsräumen
  • China als Nachfragemarkt
  • ELICOSS-Disruption
  • Euro 7
  • EU-CO2-Flottenverbräuche und daraus resultierende Strafzahlungen
  • Zunehmende Verknappung und Verteuerung von CO2-Zertifikaten für die Hersteller
  • Bessere Akzeptanz und Bewertung der Hersteller in Bezug auf Anleger, Investoren und Shareholder
  • CO2-Steuer
  • Synergien/Sektorenkopplung
  • Nationale Verbrennerverbote ab 2025 und Fahrverbote für Verbrenner in Innenstädten
  • Selbstverpflichtung der Hersteller aus der Produktion von Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugen auszusteigen (VW, Volvo)
  • E-Autoprämie/Subventionen
  • Zukunftssicherheit
  • Beschaffungsgebote (EU: Green Public Procurement) - öffentliche grüne Ausschreibungen

Wie praxisnah ist nachhaltige Maschinentechnik?

Bei der Durchführung einer Forschungs- und Erprobungsbaustelle im Rahmen der Landesgartenschau Ingolstadt 2020 wurden E-Maschinen durch das Fachgebiet "Technik und Bauabwicklung" an der Hochschule Weihenstephan Triesdorf (HSWT) über einen Zeitraum von 4 Monaten einem praxisnahen Einsatztest unterzogen. Die Baustelle wurde im Wintersemester 2019/20 von Landschaftsbau und -Management Studierenden der HSWT als Projektaufgabe im Studienprojekt LB 4 sowie im Rahmen von verschiedenen Wahlpflichtfächern realisiert. Zum Einsatz kamen dabei folgende batterieelektrischen Baugeräte und -maschinen:

  • Wacker Neuson Akku-Vibrostampfer AS 60e
  • Wacker Neuson Akku-Vibrationsplatte AS 1840e
  • Wacker Neuson Akku-Raddumper DW 15e

Die Baumaschinen wurden in einem realitätsnahen Szenario zur Durchführung einer prototypischen Landschaftsbaustelle in den Wintermonaten (Oktober 2019 bis Januar 2020) verwendet. Die gemachten Erfahrungen waren je nach Maschinengattung unterschiedlich.

Für die Verdichtungstechnik

Vibrostampfer und Vibrationsplatte werden mit austauschbaren und jeweils kompatiblen Lithiumionen-Akkupacks betrieben (Vergleichbar mit einem Akkuschrauber). Zur Verfügung stand der Akku BP 1000 mit 1008 Wh Energieinhalt. Diese Akkus sind auch für weitere E-Geräte des Herstellers, wie beispielsweise Betoninnenrüttler, verwendbar. Bezüglich der Aufladung der Akkus bietet Wacker Neuson ein langsames, kostengünstigeres Ladegerät (C48/4) mit Schuko Stecker und alternativ eine Schnellladestation (C48/13) ebenfalls auf 230 V Basis an.

Der Schnellader verkürzt die Ladezeit um die Hälfte auf ca. eine Stunde. Der Hersteller gibt den Einsatz der Verdichtungstechnik für Temperaturen bis -10 °C frei. Dies konnte auf der Baustelle unter winterlichen Bedingungen bestätigt werden, ohne dass die Einsatzzeit des Akkupacks signifikant geschmälert war. Dennoch sind 20 Minuten Einsatzzeit (Akku BP 1000) bei rund zwei Stunden Ladezeit (Ladegerät C48/4) überwiegend nicht als praxistauglich anzusehen. Somit würde man für zwei Stunden Dauereinsatzzeit sechs weitere Akkus benötigen, bis der erste Akku wieder aufgeladen ist. Die Empfehlung kann daher nur zum stärkeren Akku BP 1400 und zum Schnellladegerät C48/13 gehen. Dennoch ist immer die Anschaffung von mehreren Akkus sinnvoll, um die Ladezeiten überbrücken zu können. Der Preis für den Stampfer, zwei Akkus und ein Schnellladegerät beträgt dann mehr als das Doppelte eines konventionellen Geräts.

Die Verdichtungsleistung entspricht in vollem Umfang jener von konventionellen Geräten der vergleichbaren Gewichtsklasse mit Verbrennerantrieb, da Mechanik, Schlagzahl und Gewicht jeweils identisch sind. Allerdings ist die Vibrationsplatte mit einem maximalen Einsatzgewicht von 146 kg nicht für alle denkbaren Anwendungen gut geeignet. Interessant ist, dass einige Studierende a priori die geringe Akkustandzeit mit einer geringeren Verdichtungsleistung gleichsetzten und den Geräten daher eher ablehnend gegenüberstanden. Gleichwohl ist das Ergebnis, beispielsweise der Pflasterbeläge, bautechnisch einwandfrei und es sind bis heute keinerlei Setzungen feststellbar.

Nach den Erfahrungen auf der Forschungsbaustelle ist eine hohe Mitarbeiteridentifikation mit der Technik erforderlich, da die geringe Energiedichte der Akkus ein kontinuierliches Laden erfordert um die Einsatzfähigkeit der Maschinen zu gewährleisten. Häufig unterblieb die Kontrolle der Ladetätigkeit und führte dann im Extremfall zum Stillstand, da die Technik nicht eingesetzt werden konnte. Die Abhängigkeit vom Baustromnetz macht in der Praxis teilweise erhebliche Probleme, da Ausfälle der Bau-Stromversorgung an der Tagesordnung waren.

Auf der Positivseite kann festgestellt werden, dass es sich um eine robuste, zuverlässige und nutzerfreundliche Technik handelt, die kein Hantieren mit gefährlichen Flüssigkeiten erfordert und auf der Baustelle emissionsfrei betrieben werden kann. Dies ist ein wichtiger Punkt im Bereich von Gräben oder bei beengten Arbeitssituationen mit schlechter Belüftung. Auch die Lärmemissionen sind geringer als bei konventionellen Maschinen. Die ohnehin geringen Betriebskosten konnten auf der Forschungsbaustelle komplett auf den Bauherrn abgewälzt werden, da der Baustrom kostenlos war. Eine Wartung (Ölstand, Luftfilter) ist im Allgemeinen nicht erforderlich.

Für den Raddumper

Der Raddumper DW 15e arbeitet mit einem fest installierten Energiespeicher aus Blei-Gel-Batterien, wie sie auch bei Gabelstaplern seit langem erfolgreich eingesetzt werden. Aus den Erfahrungen mit dieser bewährten Technik heraus kann mit einer Lebensdauer von 400 bis 600 vollen Ladezyklen gerechnet werden (Entspricht ca. fünf bis acht Jahren). Sie ist somit geringer als die von Lithium-Ionen-Akkus, die auf 500 bis 800 Vollzyklen kommen. Danach ist in der Regel immer noch eine nutzbare Kapazität von 80 Prozent gegeben.

Die Maschine verfügt über eine Batteriekapazität von 14,4 kWh, die für 3,5 bis 6,5 Stunden Einsatzzeit gut sind, abhängig von der Schwere des Einsatzes und der Außentemperatur. Der Vorteil der Blei-Gel-Batterietechnik liegt auch darin, dass die Akkus für rund 2000 Euro erneuert werden können, da es im Staplerbereich eine Vielzahl von diesbezüglichen Aftermarket-Anbietern gibt und es sich um Standardmodule handelt. Zu beachten ist, dass die Batterien erheblich schneller altern, wenn sie tiefentladen werden. Daher ist eine entsprechende Mitarbeiterschulung unumgänglich. Der Akku sollte unter keinen Umständen in den roten Bereich gefahren werden, der bei dieser Maschine zwei LED-Balken umfasst, oder im annähernd leergefahrenen Zustand längere Zeit abgestellt werden. Ähnlich wie bei E-Autos, die in der Regel in einen SoC-Bereich (State of Charge = Ladestand) zwischen 10 und 90 Prozent betrieben werden, ist frühzeitiges Zwischenladen ein wesentliches Element der Akkupflege. Letztlich sollte Standzeit immer Ladezeit sein, um im Einsatz immer mit einer möglichst vollgeladenen Maschine arbeiten zu können.

Auch beim E-Dumper ist ein erheblicher Preisunterschied von ca. 15.000 Euro Mehrpreis im Vergleich zu gleichwertigem Standardgerät zu verzeichnen. Ebenfalls ist, zumindest anfänglich, mit einer geringen Akzeptanz bei den Mitarbeitern zu rechnen. Aus der Praxiserfahrung heraus ist festzustellen, dass das erforderliches "Einstecken" der Maschine während der Standzeiten unterbleibt und zu "Beinah-Ausfällen" und zu einem Fahren in den roten Bereich des Akkus führt. Geringe "Vampirströme" (= kontinuierlicher Verlust von SoC bei längeren Standzeiten) bewirken, dass die Maschine bei längeren Nutzungspausen (> zwei bis drei Monate) eingesteckt bleiben oder der Hauptschalter getrennt werden sollte. In jedem Fall sollte die Maschine immer vollgeladen abgestellt und der Ladezustand regelmäßig überprüft werden. Die in der Praxis erzielten ca. vier Stunden Einsatzzeit sind überwiegend als praxistauglich anzusehen. Durch den an der Maschine verbauten 230-Volt-Schuko-Stecker ist das Einstecken der Maschine ein Kinderspiel und sehr praxistauglich.

Auch die sehr guten Fahr- und Standsicherheitseigenschaften der Maschine sind hervor zu heben. Selbst bei Minustemperaturen ist die Maschine sofort einsetzbar und hat bei voller Ladung eine ausreichende Akkukapazität. Vor allem im Kurzzeitbetrieb, der auf Baustellen eher die Regel ist, macht die Technik uneingeschränkt Sinn, da kein Warmlaufen erforderlich ist und sofort die volle Leistung abgefordert werden kann. Die Bedienung ist, auch aufgrund der geringen Anzahl von antriebsbezogenen Bedienelementen und der geringen Lärm- und fehlenden Abgasentwicklung, sehr nutzerfreundlich. Der Raddumper DW 15e kann daher als eine durchaus geeignete Maschine für Einsatzszenarien im Garten- und Landschaftsbau bezeichnet werden. Sofern der Strom vom Kunden bezogen werden kann oder mittels Solarmodulen selbst hergestellt wird, rechnet sich die Maschine schon bei 800 jährlichen Betriebsstunden nach wenigen Jahren, da Ausgaben für die Wartung (Öl-, Luftfilter-, Kraftstofffilterwechsel etc.) nicht anfallen.

Fazit: E-Maschinen müssen je nach Maschinengattung unterschiedlich bewertet werden. Die grundsätzliche Eignung ist heute im Allgemeinen vorhanden. Allerdings erfordert die Technik eine gewisse Bereitschaft, sich mit ihren Eigenarten und Besonderheiten auseinanderzusetzen. Im Bereich lärm- oder abgassensibler Arbeiten haben sie schon heute ihre Daseinsberechtigung. Tatsächliche Unique Selling Proposition (USP) -Alleinstellungsmerkmale, wie beispielsweise die Fähigkeit autonom Arbeit zu verrichten oder automatisierte Personenerkennung, fehlen bislang noch. Diese sind aber tatsächlich kurz vor der Marktreife beziehungsweise aktuell in der Einführungsphase (Vgl. Fahrerloser Dumper Volvo Tara).

Warum sollte ein Landschaftsbaubetrieb nachhaltige Maschinentechnik einsetzen?

  • Entwicklung einer betrieblichen Nachhaltigkeitsstrategie als zukünftiger Wettbewerbsvorteil im urbanen Bereich oder bei Privatkunden
  • Spezialanwendungen in abgas- oder lärmsensiblen Bereichen (Z. B. Bereich Naturschutz)
  • Kostenvorteile in Wartung und Betrieb führen, zumindest theoretisch, zu Gesamt-Kostenvorteilen (Total Cost of Ownership). Diese werden in Zukunft bedeutsamer (CO2-Steuer)
  • Zukünftig zu erwartende Push- und Pull-Sanktionen der Politik
  • Zukünftig zu erwartende verstärkte EU-Förderung der "Grünen Beschaffung"
  • Vorbild- und Vorreiterfunktion der Grünen Branche
  • Die Kombination von E-Maschinen mit eigener nachhaltiger Energieerzeugung (Fotovoltaik) wird zunehmend interessanter

Auf den letzten Punkt soll an dieser Stelle noch etwas detaillierter eingegangen werden. Vor allem Vehicle to Grid-Lösungen (V2G) erscheinen für Baumaschinen ein idealer und aktuell viel zu wenig beachteter Zukunftsaspekt zu sein. Bei einer durchschnittlichen Nutzungsdauer von 1000 Betriebsstunden, entsprechend einer durchschnittlichen werktäglichen Nutzung von circa vier Stunden, steht eine Baumaschine im Jahr 7760 Stunden still und kostet dennoch Geld. V2G bedeutet, dass die Kapazität des Fahrzeug-Akkus genutzt wird, um das Elektrizitätsnetz zu stabilisieren. Diese geldwerte Dienstleistung wird umso wichtiger, je weiter der Ausbau der erneuerbaren Energien voranschreitet und damit die Netzvolatilität (Spannungsschwankungen im öffentlichen Elektrizitätsnetz) zunimmt.

V2G dient der Netzglättung und -stabilisierung. Voraussetzung ist V2G-Fähigkeit von Fahrzeug und Ladestation. Über Apps (wie bspw. "Autobidder") wird nun der Strom in Zukunft aus dem Fahrzeug-Akku automatisiert meistbietend an interessierte Abnehmer (Netzbetreiber, Energieerzeuger oder andere Nutzer) verkauft. Die Maschine oder das Fahrzeug verdient dann Geld während der Standzeiten. In Zusammenhang mit eigener Solarstromerzeugung kann der Überschuss der Anlage zwischengespeichert und zu günstigen Zeitpunkten weiterverkauft werden. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Sektorenkopplung, da der Verkehrssektor und der Energieerzeugungssektor zu einer Einheit zusammenwachsen.

Schon bei der heute üblichen Einspeisevergütung von 6 bis 8 Cent, kann ein E-Fahrzeug mit 45 kWh Akkukapazität theoretisch 50 bis 100 Euro pro Monat hinzuverdienen. Übrigens müssen alle aktuell über die KfW geförderten Wallboxen (900 Euro Förderzuschuss) für V2G ausgelegt sein (=Fördervoraussetzung). Daher ist davon auszugehen, dass diese disruptiven Umwälzungen zukünftig auch auf den Energiemarkt übergehen werden.

Fazit

Der Landschaftsbau mit seinem überwiegenden Einsatz kompakter Baumaschinen wäre ideal geeignet, die Machbarkeit emissionsreduzierter Baustellen zu erproben. Dazu ist eine klare politische Weichenstellung notwendig, die auch den Willen umfasst Mehrkosten, Bauzeitverlängerungen und gegebenenfalls ein schlechteres wirtschaftliches Ergebnis, zumindest über einen Übergangs- und Erprobungszeitraum, zu tolerieren beziehungsweise von Seiten des Auftraggebers auch zu kompensieren. Zunächst sollte dies im Rahmen von Forschungsbaustellen wissenschaftlich begleitet werden, um die tatsächlichen CO2-Einsparpotentiale sowie die betriebswirtschaftlichen Mehraufwendungen zu erfassen. Die Erreichung des Ziels einer stark emissionsreduzierten Baustelle ist nur durch intensive Abstimmung zwischen Planer, Auftraggeber und Auftragnehmer möglich und erforderte Flexibilität und Kreativität auf allen Seiten.

Quellen:
Prof. Dr. Thomas Brunsch
Autor

Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Technik und Bauabwicklung im Landschaftsbau

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