Auf der jährlichen Fachtagung „Hybride und energieeffizienten Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen“ an der TU Karlsruhe stand diesmal die Brennstoffzellentechnik und die Elektrifizierung im Fokus. Auch für die Forsttechnik ergeben sich Hinweise, wohin die Reise geht.
Eine Studie des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) erwartet den Marktdurchbruch der Brennstoffzellentechnologie bei Pkw und leichten Nutzfahrzeugen bis 3,5 t etwa 2030. Bei Nutzfahrzeugen im stadtfernen Außenbereich, also bei Bau-, Agrar- und Forstmaschinen sieht der Verband die Dieselmotoren weiterhin dominant, während im urbanen Bereich die Ladeinfrastruktur für batterieelektrische Fahrzeuge schneller ausreicht. Auf Lkw-Fernstrecken werden dagegen Brenstoffzellen-Antriebe interessant, weil man mit Wasserstoff fast doppelt so viel Energie im gleichen Bauraum speichern kann wie in Batterien. Bei mobilen Arbeitsmaschinen und Forstmaschinen wird der Wasserstoff-Antrieb nur dort erwartet, wo lokale Emissionsfreiheit dies erforderlich macht. Traktoren und Forstmaschinen werden der Studie nach also noch lange Dieselantriebe haben.
Die Wirkungsgrade
Bei der Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff liegt der Wirkungsgrad etwa bei etwa 70 %. Der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle selbst wird mit 35 bis 47 % angegeben. Zum Vergleich: Dieselmotoren erzielen Wirkungsgrade von 45 bis 50 %. Um die Gesamtwirkungsgrade vergleichbar zu machen, hat die EU einen „Well-to-wheel-Report“ angefertigt. Dieser errechnet, wie viel Primärenergie („well“ im Sinne von Quelle) man braucht, um an den Fahrzeugrädern („wheel“) jeweils die gleiche Leistung (im Beispiel 11,6 kWh für eine Fahrstrecke von 100 km) zur Verfügung zu haben.
Bei einer direkten Stromerzeugung über Wind- oder Solarkraftwerke bräuchte man dafür nur 16,3 kW aufzuwenden (grüner Strang). Wenn ein Batterie-Fahrzeug jedoch mit Kohlestrom fährt, treten vor allem im Kraftwerk Konversionsverluste auf (21,2 kWh). Also sind insgesamt 40,8 kWh nötig (rot). Der Dieselmotor (beige) hat seine höchsten Verluste in der eigenen Verbrennung und schneidet mit 54,1 kWh im direkten Vergleich am schlechtesten ab. Die Brennstoffzellentechnik mit Wasserstoff (violett) bleibt mit 39,1 kWh nur dann konkurrenzfähig, wenn der Strom für die Elektrolyse vollständig mit erneuerbaren Energien erzeugt wird. Bei Kohlestrom müsste man ja die Kraftwerksverluste noch zusätzlich einrechnen.
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Den ganzen Artikel finden Sie in der Forst&Technik 7/2021 bzw. in unserer digitalen Ausgabe.