Der Diesel wird elektrisch
Veröffentlicht am 18 Juli 2018 von Lucie Maluck, Bilder von Robert Hack
Dr. Peter Riegger, Leiter der mtu-Vorentwicklung, über die Zukunft der Off-Highway-Antriebstechnik.
E-Motoren sind die Zukunft – hört man von allen Seiten. Wann verlässt bei mtu der letzte Verbrennungsmotor das Produktionswerk?
Das wird noch sehr, sehr lange dauern, denn der Verbrennungsmotor hat noch eine lange Zukunft, davon bin ich fest überzeugt. Allerdings nicht als alleinige Antriebsquelle, sondern in Verbindung mit Systemtechnik. Unsere Motoren werden wir immer häufiger in Kombination mit elektrischen Komponenten anbieten – da haben wir in unserer Green- und Hightech-Initiative einige Produkte wie Hybridantriebe oder Microgrids schon entwickelt oder sind dabei. Ohne den Verbrenner wird es aber in den allermeisten Fällen noch lange nicht gehen. Denn mit Oberleitung können vielleicht Züge fahren, Yachten oder die meisten Muldenkipper aber nicht. Und die Energiedichte einer Batterie ist – heute und auch absehbar zukünftig – viel zu gering, um in allen Anwendungen kurzfristig auf den Verbrennungsmotor ganz verzichten zu können.
Bosch-Chef Dr. Volkmar Denner prognostiziert, dass dem Verbrennungsmotor mit der Elektrifizierung die beste Zeit noch bevorstehe. Können Sie das unterstreichen?
Auf jeden Fall. Die Elektrifizierung eröffnet uns auch in der Entwicklung viele Möglichkeiten, die wir bisher nicht hatten. Schauen wir uns zum Beispiel unsere Aggregate zur Notstromversorgung an. Diese müssen extrem schnell starten, was für uns einen enormen Entwicklungsaufwand bedeutet. Man könnte auch einen kleinen Elektromotor und eine Batterie zwischenschalten und den Verbrennungsmotor einfacher auslegen. Dank der Elektrifizierung müssen wir unsere Motoren nicht mehr auf die gesamte Bandbreite aller Anforderungen auslegen, sondern haben mehr Freiheitsgrade, den Verbrenner robuster, effizienter, sauberer und kostengünstiger zu machen.
Für welche Antriebe eignen sich Hybridsysteme vor allem?
Ein hybrider Antrieb ist vor allem dort geeignet, wo wir es mit einem stark intermittierenden Lastprofil zu tun haben, das heißt, Niedrig- und Spitzenlast wechseln sehr häufig. Das klassische Beispiel ist der hybride Bahnantrieb: Der Zug fährt elektrisch in den Bahnhof ein und wieder heraus, nutzt zum Beschleunigen sowohl den Diesel- als auch den Elektromotor, fährt auf ebener Strecke kraftstoffarm mit dem Dieselmotor und speichert die Bremsenergie. Hier kann der Elektromotor die Spitzenlast abfangen. Doch auch Yachten sind aus meiner Sicht prädestiniert für ein hybrides Antriebssystem. Hier geht es allerdings nicht um die Wirtschaftlichkeit, sondern um den Komfort. Wenn der Kapitän in einer schönen Bucht den Dieselmotor abstellen kann und nur noch der Elektromotor läuft, ist das einfach leiser. Auch der hohe Strombedarf auf einer Yacht kann dann durch die Batterie gedeckt werden.
Wie sieht es in der Landtechnik aus?
Mit Zeitverzug wird das auch hier kommen. In der Landtechnik kann die elektrische Energie vergleichsweise einfach auf verschiedene Verbraucher verteilt werden. Ich denke da zum Beispiel an große Mähdrescher. Die haben viele hydraulische Systeme, die nach und nach elektrifiziert werden. Der Markt ist jedoch noch wesentlich kostenintensiver als der Bahn- oder Marinemarkt, daher wird die Entwicklung noch eine Weile brauchen.
Wird mtu ein komplettes Hybridsystem liefern?
Ja, wir werden unseren Kunden smarte Gesamt-lösungen zur Verfügung stellen. Diese enthalten nicht nur einen Motor, sondern ein ganzes Paket – von der Beratung über das Energie- oder Antriebssystem selbst bis hin zum Langzeit-Wartungsvertrag. Das ist bequemer, smarter und in Summe auch günstiger für unsere Kunden, als wenn sie das System selbst auslegen, die Einzelkomponenten beschaffen, integrieren und warten würden.
Toyota hat mit dem Prius schon vor gut 20 Jahren ein Hybridfahrzeug vorgestellt. Warum sind im Off-Highway-Bereich Hybridantriebe noch Exoten?
Ja, Pkw und Stadtbusse fahren schon lange mit Hybridantrieben. Auch wir haben bereits 2006 erste Untersuchungen angestellt und im Jahr 2012 den ersten Hybridzug auf die Schiene gebracht. Erste Schiffe fahren auch schon mit Hybridsystemen von mtu. Allerdings sind Ökonomie und Ökologie da nicht Hand in Hand gegangen. Wir kommen jetzt langsam an den Punkt, an dem sich ein hybrides System tatsächlich auszahlt. Batteriespeicherkapazität ist für immer weniger Geld zu bekommen. Aber auch in der Entwicklung haben wir in den vergangenen Jahren viel gelernt, sodass wir unseren Kunden jetzt ein attraktives Angebot machen können.
Wo liegt die größte Herausforderung auf dem Weg zu serienreifen mtu-Hybrid-systemen?
Für Züge haben wir schon ein serienreifes System, bei Yachten und Microgrids sind wir auf dem Weg, da arbeiten wir noch an der Kostenstruktur. Interessanterweise ist die Technologie nicht unsere größte Herausforderung – die Entwicklung eines Dieselmotors ist wesentlich komplexer als die eines Hybridsystems. In der letzten Zeit haben wir uns vor allem darum bemüht, zu verstehen, wie unsere Kunden unsere Systeme einsetzen möchten, damit wir diese bestmöglich mit entsprechenden Eigenschaften und Funktionen ausstatten und integrieren können. Jetzt sind wir so weit, ihnen zuverlässig funktionierende und smarte Gesamtlösungen - ob Microgrid, Antriebssystem oder Energieversorgungsanlage im Schiff – zur Verfügung stellen zu können. Nun geht es darum, mit Referenzen im Markt sichtbar zu werden und die Kunden vom Nutzen dieser Lösungen zu überzeugen.
Der Dieselmotor wird aufgrund seiner hohen Energiedichte noch lange eine wichtige Rolle in unseren Systemen spielen.
Welche Rolle spielt bei diesem Systemansatz noch der Dieselmotor?
Ein gutes System baut auf guten Komponenten auf. Und der Dieselmotor wird aufgrund der hohen Energiedichte des Kraftstoffs noch lange eine wichtige Rolle in unseren Systemen spielen. Wir werden ihn weiterentwickeln und auf dem aktuellen Stand der Technik halten. Einer der Schwerpunkte in der Entwicklungsarbeit liegt darin, dass sich der Motor gut in das Gesamtsys-tem integrieren lässt – daran arbeiten wir.
Ist Hybrid eine Brückentechnolgie hin zur vollelektrischen Off-Highway-Mobilität oder eine dauerhafte Technologie?
Das Wort „Brückentechnologie“ wird manchmal missverständlich eingesetzt. Tatsächlich verbindet eine Brücke ja zwei Seiten. Hier die konventionelle mit der elektrischen. Ich gehe davon aus, dass Hybridsysteme nur für einzelne, wenige Anwendungen eine Brücke sind über die man nur einmal in eine Richtung geht, nämlich zum rein elektrischen Fahren - beispielsweise für Fähren. Erste rein elektrische Fähren fahren zum Beispiel in Norwegen. Sie haben einen großen Batteriespeicher und einen vergleichsweise geringen Energiebedarf, weil die Strecken kurz sind. Der Fahrplan ist so eingerichtet, dass genügend Zeit zum Laden oder Austauschen der Batterie ist. Das ist schon heute kein technisches Problem mehr, eher ein kommerzielles. Bei praktisch allen anderen Anwendungen ergibt das wenig Sinn. Zwar können auch Züge kurze Strecken ohne Oberleitung vielleicht irgendwann rein elektrisch überbrücken, aber ein genereller Ersatz für verbrennungsmotorische Triebwagen ist das nicht. Wir werden allerdings weiterhin sehr genau darauf schauen, ob sich die Randbedingungen so entwickeln, wie wir das heute einschätzen – und auch, ob sich vielleicht eine ganz andere Technologie auftut, die das beeinflusst.
mtu entwickelt seit über 100 Jahren Verbrennungsmotoren – da macht den Ingenieuren so schnell keiner was vor. Doch können mtu-Ingenieure plötzlich auch elektrisch?
So plötzlich kommt das Thema Elektro ja nicht. Bei Stromaggregaten machen wir zum Beispiel schon lange Netzaufschaltberechnungen, dazu braucht man Elektrotechnik-Know-how. Und dieselelektrische Antriebe bieten wir auch schon lange an. Wir liefern PowerPacks, das sind Motoren inklusive der Generatoren und der Leistungseinbindung in die Triebwagen. Und auch Yachten haben wir schon mit Hybridsystemen ausgestattet. Aber natürlich ist da noch Luft nach oben. Die Kunst wird nun sein, unsere bisherigen Hybridsysteme zu modularisieren und damit die Integrationsleistung zu vereinfachen. Wir wollen mit möglichst geringem Aufwand eine große Vielfalt von Varianten, Lastprofilen und Betriebsbedingungen abdecken. Das soll nicht heißen, dass wir nur noch ein Standardprodukt haben. Vielmehr ist es unser Ziel, einen ganzen Baukasten von Möglichkeiten zu entwickeln, mit dem wir auch Sonderwünsche von Kunden einfach und kostengünstig realisieren können. Idealerweise klickt der Vertriebsingenieur an seinem Konfigurator – oder später vielleicht sogar der Kunde selbst in einer App – ein Antriebssystem zusammen und aus dem System heraus kommt der Auftrag an unsere Produktion. Das ist unser Ziel, das wir nicht aus den Augen verlieren werden.
Welche Rolle spielt die Digitalisierung?
Die Elektrifizierung bietet uns einen ganzen Strauß an neuen Möglichkeiten. Doch um diese Möglichkeiten zu beherrschen, müssen wir verstehen, wie unsere Kunden unsere neuen Systeme nutzen. Das können wir nicht alles simulieren. Wir müssen Daten sammeln, mit unserem Expertenwissen sauber analysieren und so die Systeme noch effizienter machen.
Können Sie das mit einem Beispiel verdeutlichen?
Nehmen wir die Lebensdaueranalyse einer Batterie. Wir können Systeme mit einer großen Batterie ausstatten, diese wenig belasten, sodass sie lange hält. Das ist aber sehr teuer. Günstiger wäre es, eine kleinere Batterie zu nehmen, diese stärker zu belasten, was sich aber negativ auf ihre Lebensdauer auswirkt. Welche Lösung genau die bessere ist, können wir zwar simulieren, aber detaillierte Betriebserfahrungen helfen uns dabei trotzdem immens. Mit den Daten aus der Vergangenheit und dem Wissen von heute die Zukunft zu prognostizieren – das ist für mich ein großer Nutzen der Digitalisierung.
Wir haben jetzt viel über elektrifizierte Antriebe gesprochen. Was sehen Sie noch, wenn Sie in die Zukunft der Antriebstechnik schauen?
Da gibt es noch große Themen, die wir im Blick haben. Ein sehr wichtiges sind die alternativen Kraftstoffe, die den fossilen Dieselkraftstoff nach und nach ersetzen können. Gas ist nur einer davon, auch synthetische Kraftstoffe haben wir im Blick. Welcher sich da durchsetzen wird – sei es Methanol oder sogenannte OME-Kraftstoffe oder etwas anderes, das ist noch nicht raus. Auch die Erzeugung solcher Kraftstoffe – Stichwort Power-to-X – ist ein wichtiges Thema, mit dem wir uns beschäftigen. Wie bekomme ich aus erneuerbaren Energien saubere, CO2-freie Kraftstoffe? Wasserstoff wäre naheliegend, diesen zu verbrennen birgt allerdings verschiedene Herausforderungen. Auf Basis von Wasserstoff kann man aber synthetische Kraftstoffe jeder Art herstellen. Wir machen dazu Studien und Untersuchungen. Gerade starten wir ein öffentlich gefördertes Projekt, in dessen Rahmen wir alternative Kraftstoffe, aber auch die Verbrennung von Wasserstoff in unseren Motoren, weiter beleuchten.
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