Autor: Alexander Heintzel, Marc Ziegler, Patrick Schäfer

Bericht von der 16. MTZ-Konferenz "Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren"

Aktuelles rund um die MTZ-Fachtagung Großmotoren

MTZ-Fachtagung Großmotoren eröffnet

Alexander Heintzel, Chefredakteur ATZ|MTZ, eröffnet die Konferenz mit 153 Teilnehmern aus 13 Ländern. Sie findet rein virtuell statt, unterstützt durch die Kooperationspartner Ricardo und KST sowie die Sponsoren Hengst und SEM. In der virtuellen Ausstellung sind Ricardo, KST, SEM, Poppe & Potthoff und UT99. Heintzel unterstreicht im Opening die Notwendigkeit einer zukunftsgerichteten Koexistenz aller nachhaltigen Energieträger und Energiewandler, um den CO₂-Ausstoß schnell, global und dauerhaft zu senken. Besonders im Segment der Großmotoren sei batterieelektrischer Antrieb nicht das zentrale Thema, sondern es ginge um Defossilisierung, alternative flüssige oder gasförmige Energieträger und die Elektrifizierung von Nebenaggregaten. (ah)

Eröffnungs-Keynote befasst sich mit Schiffsmotoren

Prof. Bert Buchholz, Leiter des Lehrstuhls für Kolbenmaschinen und Verbrennungs­motoren, Universität Rostock, setzt in der Eröffnungs-Keynote Kraftstoffe für klimaneutrale HD-Motoren – Heraus­forderungen und Chancen für Forschung und Wissenschaft eine der zentralen Leitplanken der Konferenz. Die Schifffahrt ist verantwortlich für 3 % der globalen CO₂-Emissionen bei 90 % der Transportleistung. Ziel muss aber sein, die hohe Effizienz der Transportleistungen mit einer nachhaltigen Antriebsleistung zu verknüpfen. Bis 2050 sollen die Emissionen laut IMO um 50 % gesenkt werden. Laut Koalitionsvertrag der neuen Bundesregierung sollen Landstromanbindungen sowie alternative und synthetische Kraftstoffe unterstützt werden. Ferner sind anspruchsvolle PtL-Quote, Programme für die Binnenschifffahrt geplant. Im stationären Bereich sollen Gaskraftwerke – H2-ready – bevorzugt in Betrieb genommen werden. Im Marinebereich bedeutet dies, dass neue Kraftstoffe eine hohe Energiedichte aufweisen und in gleichbleibender Qualität sowie hoher Kompatibilität verfügbar sind. (ah)

Wasserstoff im Güterverkehr nutzen

Der Straßengüterverkehr ist für 9 % der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich und dieser Anteil wird in den kommenden Jahrzehnten weiter zunehmen, konstatiert Dr. Karsten Wilbrand, Senior Principal Scientist, Shell Global Solutions, in seiner Keynote Energieoptionen für die Transport-Energiewende. "Für schwere Nutzfahrzeuge gilt der batterieelektrische Antrieb für bestimmte Anwendungsfälle als machbar", so Wilbrand, "wird aber aufgrund der Größe und des Gewichts der Batterien sowie der fehlenden Ladeinfrastruktur als Herausforderung angesehen". Die direkte Nutzung von Elektronen in BEV hat laut einer Studie von Shell und der TU Hamburg den mit Abstand höchsten WTW-Wirkungsgrad (60,2 %). Allerdings wird erneuerbarer Strom in Zukunft eine saisonale Speicherung durch und Importe von Wasserstoff oder -trägern, benötigen. 

Bei wachsender Nachfrage nach erneuerbarer Energie könne erneuerbarer Strom für batteriebetriebene Lkw durch Rückverstromung von – vorzugsweise gasförmigem – Wasserstoff gewonnen werden. Die direkte Versorgung mit Elektronen weise die niedrigsten Kosten auf. Die BEV-Fälle mit "50 % Umrüstung" zeigten ähnliche oder höhere Energiekosten am Ladegerät im Vergleich zum LH2-Pfad. GH2 über eine Pipeline sei die billigste Wasserstoffimportoption. Die Kosten aller wasserstoffbasierten Pfade sänken bis 2030 im Vergleich zu 2050 aufgrund von CAPEX-Reduzierungen bei Photovoltaik, Windkraft und Elektrolyseurtechnologie erheblich. (ah)

Wasserstofftechnologie für Großmotoren

Die Session Wasserstoffmotoren eröffnet Dr. Harald Schlick, Lead Engineer Performance & Emissions, AVL, mit Wasserstofftechnologie für Großmotoren – mehr als nur eine Brückentechnologie. Im Hinblick auf die Reduzierung der Treibhausgasemissionen spielten, so Schlick, CO₂-neutrale Kraftstoffe wie Wasserstoff, Ammoniak, Methanol und synthetisches Flüssigerdgas (sLNG) eine entscheidende Rolle, insbesondere für die Schifffahrt und verschiedene Off-Road-Anwendungen. Schlick: "Neben der Möglichkeit der Energieumwandlung von Wasserstoff in Brennstoffzellen, bieten Verbrennungsmotoren eine Reihe von praktischen Vorteilen, wie die Nutzung von bestehenden Technologiemodulen als Basis für robuste Lösungen für Antriebssysteme mit einem erheblichen Kostenvorteil". Bei Nachrüstlösungen könne eine Wasserstoffbeimischung von 20 bis 30 Vol-% die CO₂-Emissionen um etwa 15 % reduzieren, ohne dass Anpassungen oder Änderungen am Basismotor erforderlich seien. Ein reiner Wasserstoffbetrieb sei machbar, eine Lastreduzierung müsse bei dieser Motorkonstruktion berücksichtigt werden und ein Abgasnachbehandlungssystem sei nicht erforderlich. (ah)

Optimierungen bei Diesel-Baumaschinen

Den zweiten Kongresstag eröffnet Dr. Markus Ehrly, Teamleiter Diesel Powertrain FEV Europe GmbH. Der Fokus seines Vortrags Dieselmotoren mit nahezu Null-Emis­sionen als Lösung für die innerstädtische Arbeitsmaschine liegt auf dieselmotorisch angetrieben Arbeitsmaschinen und die Möglichkeiten einen nahezu emissionsfreien Betrieb in der Innenstadt darzustellen. Besonders Baumaschinen dürften auch in Zukunft schwer vollständig zu elektrifizieren sein. (mz)

Ricardo stellt neue Dieselmotor-Palette​​​​​ vor​​

New Off-Highway Engine Family Delivering Improvements in Performance, Emissions and Operating Cost: Thomas Langley, Senior Project Engineer bei Ricardo, stellt eine neue zukünftige Dieselmotorfamilie vor. Dabei ist ein 4,6-l-Vierzylinder und ein 6,9-l-Sechszylinder für den Off-Highway-Bereich geplant, wobei Langley auf den Vierzylinder abhebt. Das Aggregat soll alle aktuellen Emissionsvorschriften wie Euro V und US Tier 4f erfüllen und dabei klassenbeste Leistungsdaten aufweisen. Genannt werden eine Leistungsdichte von über 30 kW/l und ein Drehmoment von über 175 Nm/l. Erste Motoren werden 2023 eingeführt. (mz)

Herausforderungen bei Kühlsystemen

Neben optimierten Dieselantrieben sind neue Antriebsoptionen wie Hybrid-, Batterie- oder Brennstoffzellenelektrik erforderlich, um die CO₂-Vorschriften einzuhalten und den CO₂-Fußabdruck des Verkehrssektors zu verringern. Rainer Lutz, Senior Expert Truck Cooling Systems (Mahle Behr), beschreibt im Vortrag Kühlsysteme für zukünftige Antriebskonzepte die Kühlungsanforderungen für optimierte Diesel-, HEV-, BEV- und FCV-Antriebsstränge und hebt die besonderen Herausforderungen für jeden von ihnen hervor. Er stellt spezielle Kühlsystem-Layouts vor und diskutiert die wichtigsten Komponenten des Wärmemanagements. "Um die künftigen CO₂-Vorschriften zu erfüllen", so Lutz, "wird eine wachsende Zahl elektrifizierter Lkw eingeführt werden. Diese werden neue Antriebsoptionen wie Hybrid-, batterieelektrische oder Brennstoffzellen-Antriebe nutzen." Die hierdurch entstehenden individuellen Anforderungen an das Wärmemanagement, unterscheiden sich zum Teil erheblich von den noch vorherrschenden ICE-Antriebssträngen. (ah)

Schlusswort zum Ende der Veranstaltung

Eine spürbare und nachhaltige Reduktion der durch den Heavy Duty-Sektor verursachten, globalen CO₂-Emissionen sei machbar, sagt Dr. Alexander Heintzel in seinem Schlusswort. Hierzu bedürfe es im Marinebereich des flächendeckenden Einsatzes von flüssigen oder gasförmigen Energieträgern auf nachhaltiger Basis – mit global gleichbleibender Qualität und hoher Kompatibilität. Im Off-Highway-Segment scheint H₂ umsetzbar und Diesel mit nahe Null Emissionen kurzfristig darstellbar. Im On-Highway-Segment gehen laut Heintzel die Entwicklungspfade teilweise extrem auseinander. Hier ist Technologieoffenheit weitaus wichtiger als anderswo. Wenn die Politik dies erkennt und die nötigen Leitplanken rasch, klar und zukunftsorientiert setzt, dann haben wir die Chance, durch ein systemisches Miteinander aller nachhaltigen Energieträger und Energiewandler diese Welt lebenswert zu erhalten, so der Chefredakteur der ATZ | MTZ-Gruppe. (ah)

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