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Emissionsfreie Mining-Geräte
Menschliche Aktivitäten verursachen beispielslose, extreme Klimaereignisse, wie ein kürzlich veröffentlichter Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change zeigt. Er verdeutlicht, wie dringend CO2-Neutralität erreicht werden muss. Um einen emissionslosen Tagebau Realität werden zu lassen, entwickelt Liebherr neue Technologien. Oliver Weiss, Executive Vice President R&D, Engineering and Manufacturing der Liebherr-Mining Equipment SAS erläutert die Strategie dahinter.
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In den letzten 18 Monaten spielte auch im Bereich Mining die Dekarbonisierung eine immer größere Rolle. Immer mehr Mining-Unternehmen haben deshalb Ziele zur Reduktion von Treibhausgasemissionen (THG) angekündigt. Wie wirkt sich das auf Ihre Geschäftsaktivitäten aus?
Die Einführung bereits bestehender Dekarbonisierungslösungen wurde durch diese Reduktionsziele weiter beschleunigt. Darüber hinaus wurden aber auch weitere Diskussionen angestoßen und Projekte für mögliche zukünftige Lösungen vorangetrieben. Diese Verpflichtungen und Initiativen passen perfekt zu den Werten von Liebherr. Denn als Familienunternehmen ist es unsere Verantwortung zur Dekarbonisierung der Mining-Industrie beizutragen.
Diese Marktverschiebung bestätigt die vergangenen Erfolge von Liebherr bei der Elektrifizierung von Mining-Maschinen durch Netzanbindung. Diese Entwicklung ist zudem eine große Chance für Liebherr, die zahlreichen unternehmenseigenen Kernkompetenzen zu nutzen, um bestehende Lösungen einzusetzen und gleichzeitig zukünftige Lösungen zu entwickeln.
Klimawandel: Die naturwissenschaftliche Grundlage
Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ist eine Gruppe von Fachleuten, die von den Vereinten Nationen ernannt wurden, um wissenschaftliche Erkenntnisse im Zusammenhang mit dem Klimawandel zu bewerten. Die Gruppe veröffentlicht Berichte, welche einen wichtigen Beitrag zu den internationalen Verhandlungen zur Bekämpfung des Klimawandels leisten. Im August 2021 veröffentlichte das IPCC einen Teil des Sechsten Sachstandsberichts: Klimawandel 2021: Die naturwissenschaftliche Grundlage. Der Bericht zeigt, dass der Klimawandel schnell voranschreitet und sich intensiviert hat. Er stellt auch fest, dass die Stabilisierung des Klimas das Erreichen von Netto-Null-CO2-Emissionen erfordert.
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Wie trägt Liebherr zu diesen Veränderungen in der Mining-Industrie bei? Was sind Ihre Ziele?
Unsere Ziele sind sehr ehrgeizig und klar: Wir betrachten den kompletten Lebenszyklus unserer Maschinen von der Wiege bis zur Bahre. Dabei zeigt sich, dass die Betriebsphase der Maschine für rund 90 Prozent der THG-Emissionen verantwortlich ist. Unser Hauptaugenmerk liegt deshalb auf der Reduzierung der Treibhausgasemissionen unserer Maschinen in der Betriebsphase – neben den Bemühungen zur Reduzierung unseres CO2-Fußabdrucks im gesamten Unternehmen. Deshalb haben wir beschlossen, mittels sofortiger und mittelfristiger Lösungen und Initiativen, in zwei Schritten vorzugehen:
In einem ersten Schritt werden wir ab 2022 CO2-arme Lösungen, wie den Elektroantrieb für alle Muldenkipper- und Baggertypen, Trolley-Assist für Muldenkipper und Kabelaufrollsysteme für Bagger, anbieten. Zusätzlich dazu ist die erste erneuerbare Kraftstoffoption für den Verbrennungsmotor-Antriebsstrang für Mining-Maschinen mit Liebherr-Verbrennungsmotoren verfügbar.
Und zweitens werden wir bis spätestens 2030 erprobte Mining-Maschinen, die ohne fossile Brennstoffe arbeiten, anbieten. Die Maschinen zum Laden, Transportieren und Planieren werden mit folgenden verschiedenen Antriebstechnologien ausgerüstet. Abhängig vom Gerätetyp werden dies Batterieantriebssmodule, H2-Brennstoffzellen-Antriebsmodule oder Verbrennungsmotoren mit mehreren weiteren erneuerbaren Kraftstofflösungen sein.
Liebherr-Muldenkipper mit Trolley-Assist-Option
Kohlenstoffemissionsarme Mining-Lösungen von Liebherr
- Alle Mining-Muldenkipper ab 100 t Nutzlast sind mit einem Alternating Current (AC) elektrischen Antrieb ausgestattet und mit Trolley-Assist-Option erhältlich
- Die größte 360-Tonnen-Trolley-Muldenkipper-Flotte der Welt
- Liebherr betreibt als erstes Unternehmen 100-t-Muldenkipper mit Trolley-Unterstützung
- Längste Trolley-Linie weltweit – rund 5 km im Einsatz mit Muldenkippern
- Alle Mining-Bagger, bis auf das kleinste Gerät, sind mit Elektroantrieb und Kabelführungssystemen für Schaufel- und Tieflöffelbaggerkonfigurationen erhältlich – mit mehr als 60 ausgelieferten Einheiten und mehr als 30 Jahren Erfahrung
- Betriebskonzepte für Elektrotieflöffelbagger im Doppel-Benching-Betrieb
- Die Elektrifizierung von Bagger- und Transportmaschinen, die durch einen erneuerbaren Energiemix aus dem Netz unterstützt werden, sind bereits praxiserprobte Lösungen, die eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um bis zu 80 Prozent bieten
- Ab sofort können alle Liebherr-Dieselmotoren in Muldenkippern und Hydraulikbaggern mit bis zu 100 Prozent HVO als Kraftstoff betrieben werden. Das unterstreicht die Entschlossenheit Liebherrs, mehrere Dekarbonisierungslösungen mit Verbrennungsmotoren zu entwickeln.
Zukünftige Initiativen ohne fossile Brennstoffe
- Das zukünftige Lösungsportfolio wird weniger vom Stromnetz abhängig sein, mehr Flexibilität bieten und wahrscheinlich aus einer Kombination von Technologielösungen bestehen.
- Durch On-Board-Energiespeicherung und den Einsatz von Batterien oder erneuerbaren Kraftstoffen, wie Wasserstoff oder auf Wasserstoff basierenden Derivatkraftstoffen (Ammoniak, Methanol oder höherwertige E-Kraftstoffe), wird Flexibilität gewährleistet
- Das Methanol-Brennverfahren wurde entwickelt und kann bei Marktnachfrage in die Industrialisierung von Serienmotoren übergehen
- Wasserstoff-Verbrennungsmotoren werden derzeit in unserem Werk in der Schweiz getestet
- Sobald höherwertige E-Kraftstoffe in großem Maßstab wettbewerbsfähig verfügbar sind, ist Liebherr bereit, diese Kraftstoffe in Maschinen mit Liebherr-Motoren zu verwenden
- Liebherr sieht großes Potenzial im Einsatz von Ammoniak für schwere, mobile und energieintensive Maschinen
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Was ist Ihr Ansatz, um die richtige THG-emissionsneutrale Mining-Maschine zu definieren und zu entwickeln und was sind die Motivationen dahinter?
Die direkte Elektrifizierung bietet das größte Potenzial zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Sie kann auch am schnellsten erreicht werden. Aus diesem Grund haben wir uns auf die Netzelektrifizierung unserer gesamten Muldenkipper- und Baggerpalette konzentriert und stehen diesbezüglich kurz vor dem Abschluss. Wir suchen jedoch auch nach Lösungen, die es erlauben, Maschinen vollständig mit nicht-fossilen Brennstoffen betrieben zu können.
Wir legen großen Wert auf den Vergleich von Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus der Geräte hinweg. Darüber hinaus betrachten wir detailliert die gesamten Well-to-Wheel-Energieökosysteme. Nur das Gesamtbild ermöglicht es uns, die tatsächlichen Auswirkungen auf die Treibhausgasemissionen zu bewerten. Wir berücksichtigen auch die Betriebsbedingungen der Mining-Prozesse, die die Wahl des richtigen Energietyps beeinflussen.
Wir sind technologieoffen, was Energie- und Antriebsstrang angeht. Da die Firmengruppe Liebherr ihre gesamte Technologie selbst entwickelt, können wir die Lösungen anbieten, die unseren Kunden den besten Wert bieten. Für uns stellt sich nicht unbedingt die Frage, welche Energiearten möglich sind, sondern welche Antriebsstrang-Möglichkeiten sich am besten eignen. Ausschlaggebend sind hier Umweltverträglichkeit, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit sowie die Investitions- und Betriebskosten in den jeweiligen Mining-Anwendungen mit ihren spezifischen Einsatzgrenzbedingungen.
Beispiele für konzernweite Aktivitäten der Firmengruppe Liebherr
Um die genannten Ziele zu erreichen, entwickelt und fertigt Liebherr elektrische Antriebssysteme für Muldenkipper mit Steuerung sowie Verbrennungsmotoren inklusive der erforderlichen Einspritzsysteme. Darüber hinaus wurden erforderliche Kompetenzzentren für Elektroantrieb, Batterien und synthetische Kraftstoffe eingerichtet.
Aktivitäten aus anderen Liebherr-Geschäftsbereichen bilden eine starke Wissens- und Erfahrungsbasis für den Weg zum emissionslosen Tagebau. So entwickelt Liebherr beispielsweise im Bereich Erdbewegung einen Bagger mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor und einen Radlader mit Wasserstoff-Brennstoffzellen.
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Das scheint ein bedeutendes Unterfangen zu sein. Wie stellen Sie sicher, dass die Ziele bis 2030 wirklich erreicht werden?
Im Mittelpunkt stehen der Dialog und die Zusammenarbeit mit unseren Kunden. Wir bieten unseren Kunden Zugang zu unseren hauseigenen Wissens- und Kompetenzzentren. Gemeinsam mit ihnen definieren wir die Einsatzbedingungen, die beim Systemlayout und dem Entwurf zukünftiger Antriebsstränge berücksichtigt werden.
Strategische Partnerschaften sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Sie ermöglichen es uns, den gesamten Well-to-Wheel-Energiestrom zu evaluieren.
Auf der MINExpo 2021 haben wir zwei strategische Partnerschaften angekündigt: eine Zusammenarbeit mit ENGIE, mit der wir unser Verständnis von grünem Wasserstoff und den darauf basierenden Derivatkraftstoffen vorantreiben werden – mit all ihren relevanten Aspekten und Vorteilen. Und eine Partnerschaft mit ABB, die es uns ermöglicht, unsere Kunden bei der Implementierung einer Trolley-Assist-Infrastruktur zu beraten, die auf ihre Bedürfnisse ausgerichtet ist.
In den letzten Jahren hat die Firmengruppe Liebherr systematisch die internen Kernkompetenzen ausgebaut, die wir zur Erreichung der Treibhausgas-Reduktionsziele benötigen. Um bis 2030 bewährte Mining-Lösungen anbieten zu können, werden zwischen 2024 und 2026 erste umfangreichere Geräteinsätze für die genannten potenziellen Lösungen angestrebt.
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Sie haben die Möglichkeit erwähnt, Treibhausgasemissionen mithilfe von Verbrennungsmotoren zu reduzieren. Können Sie das bitte im Detail erläutern?
Ja, natürlich. Wir haben umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich Verbrennungsmotoren geleistet. Dadurch konnten wir ein enormes Potenzial zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen identifizieren: den Betrieb von Verbrennungsmotoren mit erneuerbaren Kraftstoffen. Das erlaubt den Minen nicht nur eine hohe Flexibilität, sondern stellt auch eine bekannte und bewährte Technologie dar, mit dem Vorteil etablierter Lieferketten und eines existierenden, vollständigen Lifecycle-Managements.
So sind beispielsweise alle Liebherr-Mobilkrane mit Liebherr-Verbrennungsmotoren bereits mit hydriertem Pflanzenöl (HVO)-Kraftstoff verfügbar. Durch die Zulassung von HVO für Mining-Maschinen ermöglichen wir von jetzt an unseren Mining-Kunden beim Betreiben unserer Maschinen 80-90 Prozent weniger CO2-Emissionen von Well-to-Wheel auszustoßen – ohne betriebliche Einschränkungen und mit nur begrenzten Zusatzkosten. Und auch ohne den Umstieg auf 100 Prozent HVO profitieren Kunden: indem sie eine HVO-Beimischung für Dieselkraftstoff verwenden. Der Methanol-Verbrennungsprozess wurde für die Großmotoren von Liebherr entwickelt und ist bereit, je nach Marktanfrage in die Serienindustrialisierung von Motoren überführt zu werden. Der Verbrennungsprozess von Ammoniak wird aktuell untersucht.
Wir sind von diesem Potenzial überzeugt. Deshalb bieten wir ab 2022 für alle unsere großen Mining-Maschinen optional Liebherr-Motoren an. Dies ist die Voraussetzung dafür, dass wir in der Zukunft den Einsatz aufkommender erneuerbarer Kraftstoffe ermöglichen können. Das modulare Motorkonzept ermöglicht uns zukünftig die Kommerzialisierung unterschiedlicher Motorversionen, die mit verschiedenen erneuerbaren Kraftstoffarten betrieben werden können.
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Vor welchen Herausforderungen stehen Bergwerke bei der Umstellung auf Elektrifizierung und zukünftige Lösungen ohne fossile Brennstoffe? Wie plant Liebherr ihnen zu helfen, diese Herausforderungen zu meistern?
Wie Tagebau künftig betrieben wird, wird sich für die meisten Anwendungen verändern. Geräte, die mit grüner Energie betrieben werden, werden nicht nur anders genutzt. Es sind auch infrastrukturelle Veränderungen innerhalb der Energieversorgungskette, die an der Maschine endet, notwendig. Darüber hinaus benötigen verschiedene Regionen unterschiedliche Energiearten abhängig von den lokal unterschiedlichen, generischen Kosten dieser Energien. Dies führt zu einer größeren Ausstattungsvielfalt und einer stärkeren Anpassung der Maschinen. Um dies zu antizipieren hat sich Liebherr entschieden, einen technologieoffenen Ansatz zu verfolgen sowie eine Vielzahl von austauschbaren oder ergänzenden Lösungen anzubieten.
Trolley-Assist kann beispielsweise mit Mining-Muldenkippern mit Batterie-, Brennstoffzellen- oder Verbrennungsmotoren mit erneuerbarem Kraftstoff kombiniert werden. So haben wir das Beste aus beiden Welten: möglichst billigen Ökostrom bei gleichzeitig hoher Mobilität.
Eine finanzielle Hürde bei der Einführung neuer Technologien kann die anfängliche Investition darstellen. Diese Investitionen kompensieren die Elektrifizierungslösungen von Liebherr auf zwei Weisen: Die Trolley-Infrastruktur schafft eine produktivere Muldenkipper-Flotte und reduziert die Größe der Flotte aufgrund einer deutlich höheren Geschwindigkeit an der Rampe. Und elektrisch betriebene Hydraulikbagger bieten niedrigere Lebenszykluskosten. Um unsere Kunden beim Abbaubetrieb zu unterstützen, bieten wir Kabelmanagementsysteme mit halbautomatischen Kabelaufrollsystemen und einem Betriebskonzept für Doppel- Benching Einsätze an.
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Wie beeinflussen zukünftige, emissionsfreie Antriebskonzepte das Design von Muldenkippern und Hydraulikbaggern?
Wir verfolgen einen modularen Ansatz für die Konstruktion der Geräte und Antriebsstränge aufgrund der enormen Kombinationsmöglichkeiten von Dekarbonisierungstechnologien. Das ermöglicht Flexibilität und eine Leistungsanpassung bei der Auswahl der passenden Technologie.
Darüber hinaus ist es wichtig zu erkennen, dass die Antriebsstränge der Zukunft nachrüstbar sein müssen. Wir sind bestrebt, unsere Kunden auf diesem Weg zu unterstützen, indem wir Lösungen anbieten, um aktuelle Maschinenmodelle aller Art mit zukünftigen emissionsfreien Antriebssträngen nachzurüsten.
Seit Jahren gestalten wir deshalb unsere Hydraulikbagger nach dem Baukastenprinzip. So wird der Umstieg von Diesel- auf Elektroantrieb erleichtert. Diese Modularität ist auch von großem Vorteil, wenn es um die Integration oder Nachrüstung potenzieller zukünftiger erneuerbarer Antriebssysteme geht.
Die Reduzierung des Energieverbrauchs der Maschinen selbst ist eine wichtige Voraussetzung für jede Dekarbonisierungstechnologie, da der Bedarf an Systemen zum Kabelmanagement oder der Aufwand für die Betankung und Speicherung von alternativem Kraftstoff deutlich vereinfacht und kostengünstiger wird.
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Alle reden über die Zukunft von Antriebssträngen. Aber was ist mit der Maschine selbst? Bietet das aktuelle Maschinendesign wichtige Chancen, die zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen beitragen könnten?
Das ist eine sehr wichtige Frage. Und die Antwort ist auf jeden Fall: ja. Es gibt Potenzial. Ich möchte Ihnen zwei Beispiele nennen: Unsere großen Muldenkipper haben entweder eine marktführende Nutzlast oder ein marktführendes Verhältnis von Leergewicht zu Nutzlast. Das ist ein wichtiger Beitrag zu Null-Emissionen. Wir gewinnen so zusätzliche Gewichtskapazität, um beispielsweise Trolley-Systeme oder Batterieantriebsmodule zu integrieren und dennoch die für unsere Kunden notwendigen Nutzlasten sicherzustellen.
Ein weiteres Beispiel ist der neue Bagger R 9600. Er verfügt über das Liebherr Power Efficiency Control System, das praxiserprobt den Kraftstoffverbrauch um 20 Prozent pro Stunde reduziert. In Kombination mit einer Produktivitätssteigerung führt das zu 29 Prozent weniger Kraftstoffverbrauch pro Tonne produziertem Material. Liebherr Power Efficiency ist bereits in die Baggermodelle R 9150, R 9200 und R 9600 integriert und bis Ende 2021 auch in den R 9800. Die Integration in alle restlichen Maschinen erfolgt in den nächsten zwei bis drei Jahren. Für die zuvor genannten Maschinen bietet Liebherr auch Nachrüstoptionen an, um Kunden bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen (und Kosten) für bereits installierte Flotten zu unterstützen. Die Einsparungen liegen im Falle von Nachrüstungen bei um die 5 Prozent und stellen eine deutliche Verbesserung bei minimalem Retrofit-Aufwand dar. Wir erfüllen unsere gesellschaftliche Verantwortung und tragen zur Mining-Dekarbonisierung bei.
