Sind batterieelektrische Maschinen für Bauunternehmer immer noch die beste Option für emissionsfreie Maschinen?

Im letzten Jahrzehnt haben die meisten Erstausrüster (OEMs) von Baumaschinen erhebliche Summen in die Entwicklung von Maschinen investiert, die mit Batterien, Wasserstoff, alternativen und kohlenstoffarmen Kraftstoffen betrieben werden.

Derzeit ist die batterieelektrische Technologie führend, vor allem weil Netzstrom an den meisten Standorten verfügbar ist. Und selbst wenn kein Netzstrom verfügbar ist, bieten viele OEMs mobile Ladelösungen an.

Im Gegensatz dazu steckt die Infrastruktur für Wasserstoff noch in den Kinderschuhen. Um sicherzustellen, dass Wasserstoff tatsächlich CO2-frei ist, ist die Nutzung von Solar- oder Windenergie zur Wasserstofferzeugung notwendig. Andere alternative Kraftstoffe sind noch Nischenprodukte und bieten nur marginale Verbesserungen bei der CO2-Reduzierung.

Elektrische Energie ist nicht nur überall verfügbar, sie ist bei gleicher Arbeitsmenge auch viel günstiger als Diesel und erzeugt wesentlich weniger CO2.

Anwendungsvorteile

Fredrik Tjernström, Vertriebsleiter für Elektromobilitätslösungen bei Volvo CE (Bild: Volvo CE)

Der Klimawandel sei der wichtigste Grund für die Wahl von batterieelektrischen statt Dieselfahrzeugen, sagt Fredrik Tjernström, Vertriebsleiter für Elektromobilitätslösungen bei Volvo Construction Equipment (Volvo CE). Abgesehen vom Klimawandel erweisen sich batterieelektrische Maschinen auch in verschiedenen Szenarien als unverzichtbar, in denen Maschinen mit Verbrennungsmotor oder fossilen Brennstoffen problematisch sein könnten.

„Die Stickoxid- und Partikelemissionen werden vermieden, was sich unmittelbar auf die Menschen in der Umgebung auswirkt, egal ob es sich um die Bürger in einer Stadt oder die Arbeiter auf einer Baustelle handelt“, sagt Tjernström. „Ein weiterer Vorteil ist die Verbesserung der Arbeitsumgebung. Die deutlich geringere Lärm- und Vibrationsbelastung ist eine große Hilfe.“

Das britische Unternehmen JCB ist ein weiterer OEM, der die Vorteile elektrischer Maschinen bewirbt. „Wir können diese Maschinen in Innenstädten, an Wochenenden in Vororten oder in Innenräumen einsetzen, wo der Dieselbetrieb durch Lärm gestört wird“, sagt Lee Tice, Produktmanager bei JCB. „Und das alles ohne Leistungseinbußen gegenüber dem Diesel-Pendant.“

Kapitalrendite

Die Anschaffungskosten elektrischer Geräte sind im Vergleich zu entsprechenden Dieselfahrzeugen oft deutlich höher und die Frage nach der Kapitalrendite (ROI) für elektrische Maschinen ist kompliziert, sagt Alistair Hayfield, Vizepräsident für Nutzfahrzeuge bei Interact Analysis.

In den meisten Fällen rechtfertigt der ROI keinen sofortigen Umstieg auf batterieelektrische Maschinen. Es gibt jedoch einige Fälle – hohe Einschaltdauern oder andere Umgebungen –, in denen eine Berechtigung besteht. Dies wird sich jedoch schnell ändern, da die Batteriepreise sinken und die Produktionsmenge der Maschinen steigt.

Und der ROI spielt keine Rolle, wenn die Anwendung oder der Kunde eine lärm- und/oder emissionsfreie Arbeitszone erfordern. In diesem Fall ist Elektro derzeit die einzige Wahl.

JCB 19C-1E

Bei der Berechnung des ROI ist eine gründliche Analyse aller Kosten wichtig. Dazu gehören der Anschaffungspreis (unter Berücksichtigung staatlicher Subventionen oder Kredite), die Treibstoffkosten (Diesel vs. Strom) und die Wartungskosten.

„Aufgrund der Einfachheit elektrischer Antriebsstränge müssen Sie weder Geld noch Zeit für Dinge wie Ölwechsel und die typische Wartung eines Dieselmotors aufwenden“, sagt Tice.

Er fügt hinzu, dass der batteriebetriebene Elektrobagger 19C-1E von JCB 2019 mit einer fünfjährigen Garantie auf die Batterie auf den Markt kam. „Diese Fünfjahresmarke zu erreichen, war für uns ein gutes Geschäft“, sagt Tice. „Wir wollten sehen, was die Batterie darüber hinaus leistet. Und wir sind stolz darauf, sagen zu können, dass sie diese Marke ohne Leistungseinbußen überschritten hat. Sie hält sich im Feld sehr gut.“

Tjernström sagt, Volvo CE sei zuversichtlich, die Umstellung auf Null-Emissionen künftig finanziell attraktiver gestalten zu können. „Wir brauchen kostengünstigere Batterien und mehr Volumen in den Fabriken, um die Produktkosten weiter zu senken. Aber wir entwickeln uns Modell für Modell und Jahr für Jahr weiter. Und wir haben Kundenfälle, bei denen es tatsächlich einfacher, neutral oder sogar etwas vorteilhafter ist, jetzt auf Null-Emissionen umzusteigen. Aber leider ist das noch nicht immer der Fall.“

„Einer unserer Kunden, Skanska, hat ein Schulprojekt im Wert von 10 Millionen Dollar gebaut und dabei 97 % der Emissionen vermieden. Dafür nutzten sie zwei Bagger, einen Lkw, einen Radlader, eine Verdichtungsmaschine und Handwerkzeuge, die alle elektrisch betrieben wurden“, sagt Tjernström.

Ein günstiger ROI für Elektrogeräte sei leichter zu erreichen, wenn der Auftragnehmer das gesamte Projekt im Blick habe, so Tjernström. „Für ein Ein-Personen-Unternehmen mit nur einem Bagger ist der Einstieg in emissionsfreie Lösungen eine viel größere Herausforderung.“

Statistiken zu elektrischen Geräten

Off-Highway Research befasst sich seit 2024 mit elektrischen Baumaschinen und untersucht sechs Gerätetypen – Kompakt-Raupenlader, Raupenbagger, Minibagger, Teleskoplader, Mobilbagger und Radlader –, die weltweit bei verschiedenen OEMs in Serie produziert werden. Inzwischen wurden auch elektrische Großraum-Lkw in die Studie aufgenommen.

Im Jahr 2024 wurden weltweit fast 19.000 Elektromaschinen verkauft, was 1,6 % des Weltmarktes entspricht. Dies ist zwar ein deutlicher Anstieg gegenüber den 8.861 verkauften Elektromaschinen im Jahr 2023, doch das Wachstum war keineswegs flächendeckend.

Fast 80 % der weltweiten Nachfrage nach Elektrogeräten entfallen auf China, wo vor allem mittelgroße bis große Radlader und Großraum-Lkw produziert werden. Weitere 9,5 % des globalen Marktes für Elektrogeräte entfallen auf verschiedene Schwellenländer, in denen chinesische OEMs – die größten Hersteller von Elektrogeräten – dieses Konzept fördern, um sich einen First-Mover-Vorteil zu sichern.

Im Gegensatz dazu stagnierte die Verbreitung von Elektrogeräten in Europa und Nordamerika im vergangenen Jahr aufgrund des Abschwungs in diesen Märkten. Off-Highway Research sieht in diesen Regionen ein weiteres Problem darin, dass die Fokussierung der meisten OEMs auf leistungsschwache Kompaktgeräte nicht der beste Weg zur Elektrifizierung ist.

Diese Maschinen werden nicht ausreichend genutzt, um ihre hohen Anschaffungskosten durch niedrigere Betriebskosten zu amortisieren. Sie werden in der Regel in Bereichen und Anwendungen eingesetzt, in denen kein Netzstrom zum Laden zur Verfügung steht. Dies steht im Gegensatz zum chinesischen Modell, wo Elektromaschinen über viele Stunden in Steinbrüchen und Minen eingesetzt werden, wo Netzstrom in der Regel am Ende einer Schicht zum Laden zur Verfügung steht.

Marktnachrichten

In den letzten fünf Jahren haben zahlreiche OEMs eine Vielzahl von Elektromaschinen auf den Markt gebracht, darunter Prototypen und kommerziell erhältliche Maschinen. Der Markt für Elektrogeräte ist zwar nicht geschrumpft, boomt aber auch nicht.

Lee Tice, Produktmanager bei JCB (Bild: JCB)

Das Wachstum stagniert branchenweit, so Tice. „Wir haben weiterhin Kunden, die sich für Elektroprodukte interessieren und die Vorteile sehen. Es besteht eine gewisse Unsicherheit hinsichtlich der Anreize für den Kauf von Elektromaschinen, insbesondere angesichts der neuen Regierung in Washington D.C. Aber im Moment sind wir relativ stabil.“

„Der Markt in Schweden und Nordeuropa läuft gut“, sagt Tjernström. „In den USA schreitet die Einführung von Elektrogeräten an den Küsten voran, und man könnte sagen, das Interesse nimmt zu. Dennoch sind wir etwas frustriert. Es verbessert sich zwar, aber wir wollen, dass es schneller geht. China hingegen verändert sich rasant – insbesondere der Radladermarkt.“

In den USA hat der Wechsel im Weißen Haus die Elektromobilität zumindest auf Bundesebene negativ beeinflusst. „Ich vermute, das Interesse in den USA ist stagniert, da es relativ wenige Tests/Demos gibt und der Druck, auf neue Lösungen umzusteigen, gering ist“, sagt Hayfield. „Das dürfte sich ändern, da Städte zunehmend in batterieelektrische Maschinen investieren, aber aktuell würde ich sagen, dass das Interesse wahrscheinlich nicht so stark zugenommen hat.“

„Außerhalb Kaliforniens (wo die Mittel vom California Air Resources Board kamen) gab es in den USA praktisch keine Bundesmittel für batterieelektrische Baumaschinen“, fügt er hinzu. „Allerdings sind es, wie in Europa, die Städte, die die Einführung vorantreiben.“

Die North American Electric Construction Coalition umfasst sechs Städte – New York City, Austin, Boulder, Los Angeles, Montreal (in Kanada) und Philadelphia – die sich zum Kauf emissionsfreier Maschinen verpflichtet haben.

Netto-Null hat keine einheitliche Lösung

„Wir arbeiten weiterhin mit allen alternativen Energiequellen, batterieelektrischen, netzgekoppelten Baggern, Wasserstoffverbrennung und Wasserstoffbrennstoffzellen, weil wir ein globales Unternehmen sind“, sagt Tjernström von Volvo CE.

Wir glauben nicht, dass es ein Patentrezept gibt. Vieles hängt davon ab, wie sich die Energieinfrastruktur in verschiedenen Teilen der Welt entwickelt. Das liegt nicht in unserer Hand, und wir müssen uns anpassen können.

Um heute auf die anderen Technologien einzugehen – und davon gibt es viele –, sei es noch zu früh, sagt Tjernström.

„Grüner Wasserstoff ist im Grunde noch nicht verfügbar. Daher ist die Energieeffizienz der gesamten Kette für Elektro- und Batterieelektrofahrzeuge sehr günstig.“

Der nächste große Hit?

Dieselelektrische Hybridmotoren dürften künftig eine aufstrebende Antriebstechnologie sein, insbesondere wenn Anwendungen höhere Leistungen erfordern, als die meisten batteriebetriebenen Maschinen bieten. Sie machen nicht nur die Stromversorgung überflüssig, sondern verringern auch die Batterielebensdauer. Die bisher durch Bremsen und/oder Auslegerschwenken verlorene Energie kann in die Batterien zurückgeführt werden.

Caterpillar präsentierte auf der Bauma verschiedene emissionsreduzierte Versionen seiner Dieselmotorenplattformen, darunter einen neuen seriellen Hybridantrieb mit Leistungserweiterung. Luke Bennett, Spezialist für technischen Vertrieb und Maschinenintegration fortschrittlicher Antriebssysteme bei Caterpillar, erläutert die Möglichkeiten und Pläne dieser Hybridplattform.

Ein Hybridantriebsstrang von Caterpillar auf der Bauma 2025

Ist dies für einen bestimmten PS-Bereich ausgelegt?

Wir verfügen über eine Vielzahl von Komponenten, die in den heutigen Cat-Maschinen zum Einsatz kommen und es uns ermöglichen, verschiedene Leistungsstufen anzubieten. Beispielsweise können die auf der Bauma gezeigten zwei 250-kW-Motoren auch als Generatoren eingesetzt werden. So könnten wir ein kleineres System mit einem 250-kW-Generator und einem Cat C9.3B-Motor anstelle des C18 und des 500-kW-Generators anbieten. Das System ist zudem flexibel hinsichtlich der Batteriegröße, die wir verwenden können, um bei Bedarf zusätzlichen Energiespeicher zu schaffen.

Hat Caterpillar konkrete Maschinentypen für den Hybridmotor im Auge?

Hybridsysteme eignen sich besonders für Maschinen, die Energie zurückgewinnen können, die bei einem Nicht-Hybridsystem verschwendet würde. Radmaschinen wären beispielsweise eine geeignete Anwendung. Das Hybridsystem eignet sich auch für zyklische Maschinen, bei denen die Batterie zur vorübergehenden Energiespeicherung genutzt werden kann, um Bedarfsspitzen zu reduzieren. Dies ermöglicht die Verkleinerung der Motoren und die Steigerung der Systemeffizienz.

Hat Cat einen Zeitplan für die Markteinführung?

Eine Version dieses Systems wird derzeit gemeinsam mit einer Reihe von OEMs entwickelt. Ziel ist es, es im Jahr 2026 zu testen und einige Zeit später in Produktion zu gehen.