Von der Wiege bis zur Bahre

Hintergründe und Ergebnisse der Studie erklären uns der Technische Geschäftsführer Dr. Ulrich Hamme und der Abteilungsleiter Kranfahrzeuge, Phillip Federle. Dabei geben sie auch Einblick in konkrete Umsetzungen.

Warum holt sich Liebherr beim Thema nachhaltige Antriebe ein Wirtschaftsberatungsunternehmen ins Haus?

Dr. Hamme: Zur Erreichung der Klimaschutzziele und der Einhaltung des knappen Treibhausgas-Budgets muss die Volkswirtschaft umgebaut werden. Mobilkrane sind ein zentraler Bestandteil beim Umbau hin zu einer defossilisierten Volkswirtschaft, zum Beispiel bei der Errichtung von Windkraftanlagen und beim Umbau der Infrastruktur. Jedoch emittieren auch Mobilkrane Treibhausgase. Damit das verbleibende Treibhausgasbudget effizient eingesetzt werden kann, müssen auch Mobilkrane gesamtheitlichen Lebenszyklusanalysen unterzogen werden.

Motivation und Ziel von Liebherr war es, eine umfassende Treibhausgas-Lebenszyklusanalyse von Liebherr-Baumaschinen, insbesondere von Mobilkranen, durchzuführen. Das technische Know-how und die Produktkompetenz dazu wird von Liebherr eingebracht. Die volkswirtschaftliche Kompetenz und das Wissen zu umfassenden energetischen Betrachtungen und Bewertungen für Lebenszyklusanalysen kommt vom renommierten und erfahrenen Wirtschaftsberatungsunternehmen Frontier Economics.

Federle: Liebherr und Frontier Economics haben für Mobilkrane analysiert, welche Mengen an Treibhausgasen über den gesamten Lebenszyklus verursacht werden. Denn auch sie sind, obwohl treibende Kraft bei der Defossilisierung und unersetzlich beim Ausbau der regenerativen Energien wie beispielsweise Windkraftanlagen, einer der Emittenten. Die Analysen von Frontier Economics beschränken sich auf die fundierte Ermittlung der Treibhausgasemissionen verschiedener Antriebstechnologien, spiegeln jedoch nicht wider, ob diese Ansätze technisch umsetzbar und zielführend sind.

Was steckt in einer Lebenszyklusanalyse?

Federle: Die Emissionen, die von einem Fahrzeug direkt ausgestoßen werden, lassen sich aus der Menge des getankten Kraftstoffs relativ einfach ermitteln. Am Beispiel von Elektrofahrzeugen kommt hier erst mal kein CO2 heraus. Wenn wir die Elektrofahrzeuge allerdings mit Kohlestrom betreiben, haben wir die Emissionen nur in einen anderen Bereich verschoben und nicht eingespart – das wird gerne bewusst oder unbewusst übersehen.

Die Energiegewinnung und die Energiebereitstellung darf man deshalb nicht vernachlässigen, denn der Umwelt ist es egal, wo, wann und warum Emissionen entstehen. Deshalb benötigt man ein ganzheitliches Bild. Dies erhält man aber erst, wenn man die Herstellung mitberücksichtigt. Hier werden die CO2-Emissionen beispielsweise bei Stahl von der Erzgewinnung über das Stahl- und Walzwerk unter Berücksichtigung von Recyclinganteilen und Verschnitt bis in den Kran berechnet. Und das für alle Materialien, egal ob Gummi, Kupfer, Elektronikkomponenten, Textil oder Aluminium. Das Thema Entsorgung von Komponenten bildet den Schlusspunkt. Erst jetzt hat man ein Bild, bei dem Emissionen nicht im blinden Fleck verschwinden können. Man kann dann auch nichts mehr schönreden. Es wird alles erfasst: von der Wiege bis zur Bahre oder „from cradle to grave“, wie man in der Branche sagt.

Dr. Hamme: Denn so unzweifelhaft Mobilkrane eine wegbereitende Rolle für den klimafreundlichen Umbau der Volkswirtschaft einnehmen, so sind sie auch Treibhausgas-Emittenten und somit „Teil des Problems“. Auch sie müssen zunehmend neutral betrieben und hergestellt werden. Eine aussagefähige Treibhausgas-Bewertung muss also die Emissionen über den gesamten Lebenszyklus berücksichtigen. Lebenszyklen von mobilen Anwendungen wie dem Mobilkran umfassen mindestens die fünf folgenden Stufen:

• Herstellung (Cradle-to-Gate)
• Energieherstellung (Well-to-Tank)
• Infrastrukturausbau
• Mobilkrannutzung (Tank-to-Wheel)
• Verschrottung bzw. Recycling (End-of Life)

Was haben die Studien ergeben?

Dr. Hamme: Die Untersuchung des Mobilkrans, welche wir exemplarisch an einem LTM 1160-5.2 durchgeführt haben, hat uns aufgezeigt, wann er Treibhausgas emittiert. Zudem haben wir gesehen, wodurch diese Emissionen erzeugt werden und wie unterschiedliche Materialien oder Nutzungsszenarien zum CO2-Ausstoß beitragen. Natürlich können wir deshalb heute nicht einfach Komponenten aus dem Kran entfernen oder Funktionen, die der Kunde benötigt, weglassen. Aber es zeigt, worauf man den Fokus lenken muss.

Federle: Zudem haben wir bei der Studie nicht nur den aktuellen Kran mit allen seinen Komponenten, sondern auch alternative Antriebsformen kalkuliert, um diese miteinander vergleichen zu können. Untersucht haben wir nur solche Alternativen, die aus unserer heutigen Sicht praktisch möglich wären. Hier gibt es auf dem Markt und in den Diskussionen sicher noch weitere, technisch sehr interessante Ansätze. Allerdings gehen wir aktuell nicht davon aus, dass sich diese in den nächsten 10 bis 15 Jahren in der relevanten Infrastruktur durchsetzen können.

Aber welchen Beitrag können denn die alternativen Antriebe leisten?

Federle: Wir setzen als Referenz den aktuellen Kran mit Dieselmotor mit 100% Emissionen an. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem Wissen und der Technik von heute die größte CO2-Einsparung mit hydrierten Pflanzenölen erreicht werden kann. Mit diesen hydrierten Pflanzenölen, kurz HVO, können wir über den kompletten Lebenszyklus rund 75 % der CO2-Emissionen einsparen. Mit E-Fuels, die ja für den Kran eine gleichwertige Technologie darstellen, können über 60 % der Emissionen eingespart werden.

Dr. Hamme: Bei einem Wasserstoffverbrennungsmotor würde man mit dem heute hergestellten Wasserstoff die Emissionen sogar noch erhöhen, da Wasserstoff derzeit meist aus Erdgas hergestellt wird. Das ist ökologisch somit sinnlos. Aus diesem Grund haben wir für diese Technologie ein Zukunftsszenario mit grünem, importiertem Wasserstoff mitbetrachtet. Hier können wir deutlich über die Hälfte der Emissionen einsparen. Bei einem Brennstoffzellenantrieb zeichnet sich aufgrund des Wasserstoffs als Energieträger die gleiche Tendenz ab, allerdings sieht man hier den besseren Wirkungsgrad dieser Technologie.

Der batterieelektrische Antrieb kann mit dem heutigen Strommix auch nicht zur Reduzierung der Emissionen beitragen. Deshalb haben wir auch hier eine weitere Berechnung durchgeführt, bei der wir 100 % grünen Strom angenommen haben. Dann kommt man auf eine CO2- Ersparnis von über 40 %. Hier sieht man deutlich, dass die Batterieherstellung einen sehr großen Anteil an den Emissionen hat.

Warum stoßen denn grüner Strom und grüner Wasserstoff noch Emissionen aus, wenn sie dem Namen nach grün sind?

Dr. Hamme: Hierbei wird leider der ganzheitliche Ansatz außer Acht gelassen. Wenn Sie heute ein Windrad errichten, dann wird beispielsweise das Fundament und der Turm zu großen Teilen aus Beton und Stahl hergestellt. Diese Rohstoffe können heute nicht – noch nicht – CO2-neutral hergestellt werden. Somit hat das Windrad bereits am ersten Tag einen CO2-Rucksack, der natürlich auf die Kilowattstunden im Laufe des Lebens umgeschrieben werden muss. Dieser Ansatz gilt auch für Solarzellen.

Zudem müssen Überlandleitungen und Umspannwerke betrachtet werden. So kommt am Ende auch hier etwas zusammen. Man muss sich leider von der Vorstellung lösen, dass das, was heute als „CO2-neutral“ oder „grün“ bezeichnet wird, auch absolut CO2-frei ist. Es ist in der Praxis wie mit alkoholfreiem Bier. Das enthält auch noch geringe Restmengen Alkohol. Vor diesem Hintergrund bin ich gespannt, wie die ersten Städte bis 2030 CO2-neutral werden wollen – denn lokale CO2-Neutralität bringt ökologisch nichts. Solange das Zementwerk das gleiche ist, aber nicht in der Stadt steht, hat die Umwelt nichts gewonnen.

Warum schneidet die Betankung mit HVO sogar besser ab als die Variante mit E-Fuels?

Federle: Das liegt sicher ein Stück weit an dem HVO, welches wir hier in Ehingen einsetzen. Für uns war von Anfang an klar, dass wir kein HVO aus Palmöl oder Palmölrückständen einsetzen. Deshalb kaufen wir bei Liebherr zertifiziertes HVO, das aus Abfällen hergestellt wird – im konkreten Fall aus Speiseölen. Dadurch, dass es sich um Abfälle handelt, gibt es bis zu diesem Zeitpunkt keinen CO2-Rucksack. Erst durch die Umwandlung zu Kraftstoff, durch Transport und Lagerung kommen Emissionen für unseren Kran hinzu. Würden wir hier extra Sonnenblumenöl anbauen, wäre das Einsparpotential ein wenig schlechter. Bei E-Fuels hingegen haben Sie vorher immer die Emissionen aus dem Bau des Windrads oder der Solaranlage, durch die dieser Kraftstoff etwas schlechter abschneidet.

Welche Hürden oder Grenzen gibt es bei HVO?

Dr. Hamme: Die entscheidende Grenze für diesen Kraftstoff ist sicher die begrenzte Verfügbarkeit. Die Menge an Abfällen ist natürlich limitiert, und so wird HVO aus unserer Sicht nie in der Menge hergestellt werden können, in der heute Diesel verbrannt wird. Sicher kann man hier durch Anpflanzen von Sonnenblumen oder Raps die Mengen etwas vergrößern, aber das darf nicht so weit gehen, dass wir vor lauter Umweltschutz gar den Regenwald abholzen, um Palmöl anzubauen! Diese Grenze wird in Politik und Gesellschaft sicher noch zu Diskussionen führen.

Einige Lkw-Hersteller setzen auf Wasserstoff-betriebene Brennstoffzellen-Antriebe und investieren Milliarden Euro in deren Entwicklung. Hohe Summen werden in den Ausbau der Produktion von grünem Wasserstoff investiert. Wie sehen Sie diese Technologie für Mobil- und Raupenkrane mittel- und langfristig?

Dr. Hamme: Selbstverständlich werden wir auch die Entwicklung im Bereich Wasserstoffmotoren und Brennstoffzellen bei allen Anwendungen, beispielsweise in Nutzfahrzeugen und Baumaschinen, genau betrachten. In unserem Motorenwerk in der Schweiz wird gerade der erste Prototyp eines Wasserstoffmotors am Prüfstand in Betrieb genommen. Dort haben wir die Wasserstoffkompetenz der Firmengruppe Liebherr angesiedelt. Ähnlich wie bei batterieelektrischen Antriebsvarianten im Schwerlastverkehr ist auch zum Thema Wasserstoff keine ausgereifte und applikationsfähige Technologie für Mobilkrane verfügbar.

Federle: Brennstoffzellenantriebe sind für Mobilkrane mit ihren sehr ungleichförmigen Belastungen und hohen Lastkollektiven weniger geeignet. Wasserstoffmotoren können da eher interessant werden. Die Unklarheiten sind insgesamt noch so groß, dass heute keine realistischen Ziele definiert werden können. Ein Kernproblem ist auch hier die Energiespeicherung am Kran. Weder für gasförmigen Wasserstoff noch für stark heruntergekühlten, flüssigen Wasserstoff stehen im heutigen Krankonzept ausreichend Gewicht und Volumen zur Verfügung.

Dr. Hamme: Zur Speichertechnologie, zur Betankungslogistik und zur Versorgungsinfrastruktur sind viele Fragen offen. Es bleibt abzuwarten und zu beobachten, welche Entwicklungswege insbesondere bei Nutzfahrzeugen und Baumaschinen in näherer und ferner Zukunft eingeschlagen werden.

Sind die anderen Ansätze mit Wasserstoff und Batterien aus dieser ökologischen Sicht dann technische Fehlentwicklungen?

Dr. Hamme: Definitiv nein! Diese Technologien haben noch deutliches Entwicklungspotential, das heute nicht final abgeschätzt werden kann. Wir reden nur über eine Momentaufnahme zum heutigen Zeitpunkt. Zudem reden wir hier aktuell nur über einen Auszug aus der Studie, und die Aussagen gelten lediglich für den Mobilkran. Das gleiche Vorgehen hat bei einem Fahrmischer oder bei einem kleinen Radlader beispielsweise deutliche Vorteile für einen elektrischen Antrieb gezeigt.

Woher kommt dieser deutliche Unterschied bei gleicher Vorgehensweise?

Federle: Das liegt an der absolut unterschiedlichen Nutzung der Geräte. Für den Kran war uns wichtig, funktional identische Geräte zu vergleichen. Mit dem Gerät sollen ohne Abstriche die gleichen Arbeiten möglich sein wie mit dem heutigen Kran. Hierzu gehört auch die Flexibilität, autark zu arbeiten. Ein Fahrmischer dagegen kommt jeden Abend nach Hause und kann ausreichend geladen werden. Und auch während der Beladung mit Beton kann er zuverlässig Strom nachladen, da man hier eine entsprechende Lade-Infrastruktur voraussetzen kann.

Dr. Hamme: Zudem hat der Mischer im Vergleich zum Kran sehr begrenzte Streckenlängen und eine vergleichsweise geringe Leistung zu erbringen. Der Lastzyklus des Fahrmischers ist mit dem eines Krans nicht vergleichbar. Wenn man durch solche Randbedingungen die gespeicherte Energiemenge reduzieren kann, wird natürlich der Akku, der die Herstellemissionen massiv treibt, immer kleiner.

Liebherr hat bereits verraten, dass es zur nächsten Bauma eine elektrisch angetriebene Variante eines kompakten Liebherr-Mobilkrans geben wird. Können Sie dazu schon mehr sagen?

Dr. Hamme: Wir haben geplant, den LTC 1050-3.1, unseren 3-achsigen Ein-Kabinen-Kompaktkran in der 50-Tonnen-Klasse, mit einem zusätzlichen, optionalen elektrischen Antrieb für alle Kranfunktionen im Laufe des Jahres auf den Markt zu bringen. Der Kran wird also wie bisher konventionell mit einem HVO-Diesel-Motor für das Fahren auf der Straße und das Arbeiten beim Kraneinsatz ausgestattet sein, kann aber alternativ für die Kranarbeit mit einem elektrischen Antrieb und damit „Local Zero Emission“- gerecht genutzt werden. Alle bisherigen Nutzungseigenschaften des Krans bleiben also erhalten, unabhängig davon, ob er mit dem abgasemissionsfreien Kranantrieb oder mit dem Verbrennungsmotor betrieben wird.

Der Strom für den Elektroantrieb kommt aus der lokalen Stromversorgung über einen Kabelanschluss. Um die volle Performance des Krans nutzen zu können, ist ein stromstarker 125 Ampere-Anschluss erforderlich. Bei 63 Ampere können sich die maximalen Arbeitsgeschwindigkeiten reduzieren.

Mit diesem Ansatz gewährleisten wir folgendes: Der hybride LTC 1050-3.1 kann weiterhin als flexibler „Weltkran“ an allen Einsatzorten wirtschaftlich genutzt werden. Kundennutzen, Einsatzpraxis und Wirtschaftlichkeit gehen mit globalem und lokalem Umweltschutz Hand in Hand.

Die Zukunft wird also noch viel Interessantes im Bereich nachhaltige Antriebe zur Reduzierung von CO2 bringen. Schauen wir aber in die Gegenwart. Was setzt Liebherr in Ehingen konkret um?

Federle: Seit September 2021 betanken wir unsere Mobil- und Raupenkrane im Liebherr-Werk in Ehingen ausschließlich mit reinem HVO. Das gilt für die Kranabnahme und Testfahrten sowie für die Erstbetankung vor Auslieferung. Wir haben die vergangenen Monate daran gearbeitet, die gesamte Mobil- und Raupenkranpalette für den Einsatz mit HVO vorzubereiten. Dazu wurden zunächst die eingebauten Dieselmotoren von den Herstellern geprüft, zertifiziert und freigegeben. Auch die Krane wurden mit reinem HVO umfangreich getestet und erprobt, bei Kunden und in unserer eigenen Versuchsabteilung.

Dr. Hamme: Am Standort Ehingen haben wir auch alle Fahrzeuge unseres Werksverkehrs analysiert. Nur mit wenigen Ausnahmen können diese ebenfalls mit HVOKraftstoff betankt werden. In der Summe werden wir mit der Umstellung auf HVO-Kraftstoff pro Jahr 2,5 Millionen Liter fossilen Diesel einsparen können. Das wird zu einer jährlichen Reduktion von rund 6.500 Tonnen CO2 bei uns im Werk führen.

Und noch etwas: Seit 1.1.2022 beziehen wir für unser Ehinger Werk ausschließlich grünen Strom. Wir versorgen also das komplette Werk mit zertifiziertem Strom aus der europäischen Windkraft. Das ist ein weiterer Meilenstein in Richtung CO2-Neutralität.

Was denken Sie zum Thema Antrieb, Alternativen und Klimaschutz? Wir sind gespannt auf Ihre Meinung und freuen uns auf Ihre E-Mail an . Vielleicht können wir Ihre Frage oder Meinung ja gleich für einen Beitrag im nächsten Magazin verwenden. Kommen wir ins Gespräch!

Dieser Artikel erschien im UpLoad Magazin 01 | 2022.