Sollen in Zukunft Cat Baumaschinen grün statt gelb-schwarz auf Baustellen oder in Steinbrüchen in den Einsatz gehen, ist damit nicht ihre unverwechselbare Lackierung gemeint, sondern der Fußabdruck, den sie im Hinblick auf den Ausstoß von CO2-Emissionen hinterlassen sollen. Große Erwartungen sind darum mit der Elektrifizierung und grünem Wasserstoff verbunden, um Klimaneutralität zu erreichen. Denn wenn ein Liter Diesel rund 2,64 Kilogramm CO2 entspricht, ist im Zuge des Klimawandels entscheidend, den Kraftstoffverbrauch und somit Emissionen maßgeblich zu reduzieren. Daher arbeiten viele Baufirmen und Rohstoffbetriebe längst an nachhaltigen Zielen. Doch was können Betriebe an bestehenden Technologien übernehmen? Mit welchen richtungsweisenden Technologien können Unternehmen in Zukunft rechnen? Und mit welchen innovativen Technologien rüstet sich Caterpillar für die nachhaltige Transformation?
Die Kernfrage, die jeden Eigentümer von Baumaschinen umtreibt, lautet: Lohnt sich die Investition in eine elektrische Baumaschine? Wenn sich ein Bauunternehmen oder Rohstoffbetrieb damit auseinandersetzt, ob in alternative Antriebstechnik investiert werden soll, wird man nicht nur die Anschaffungskosten für die Beschaffung berücksichtigen müssen, sondern genauso Umweltaspekte gegenüberstellen. Aber auch technische Gesichtspunkte – etwa zur Reichweite der Akkus oder den Lademöglichkeiten – sind entscheidend und müssen vorher klar sein, bevor die Inbetriebnahme erfolgen kann. Zudem kommt es sehr auf die Art der Tätigkeit und zu bewältigenden Aufgaben an: Welche Arbeitsschritte hat eine elektrische Baumaschine zu absolvieren und muss sie dabei auch noch eine große Wegstrecke zurücklegen? Was ausschlaggebend ist, sind die Einsparpotenziale, die sich Betreiber von Baumaschinen sparen, wenn sie von Diesel auf Strom umstellen. Der Kraftstoffverbrauch lässt sich – bezogen auf einen Durchschnittswert auf hundert Kilometern – umrechnen, sodass sich ein unmittelbarer Vergleich ergibt. Die Umrechnung er-folgt über den Heizwert der Kraftstoffe. Ein Liter Diesel entspricht 9,8 kWh an Energie. Angenommen, ein Steinbruch, der 600 000 Tonnen Rohstoffe produziert, benötigt dafür 242 000 Liter Diesel im Jahr. Will dessen Betriebsleiter ausrechnen, wie viel Strom der Abbau beansprucht, könnte er seine Abbautechnik komplett auf Elektroantriebe umstellen. Er müsste die Dieselmenge von 242 000 Litern mit einem Faktor von 3,7 kWh multiplizieren. Das Ergebnis wären 895 400 kWh pro Jahr. Ist dieser Effekt nun groß oder klein? „Es ist deutlich weniger Energie, die verbraucht werden würde, wenn man bedenkt, dass das Unternehmen zuvor etwa 1,6 Millionen kWh Strom einsetzen musste. Vorausgesetzt ist natürlich, man könnte wirklich alle Maschinen und die Brechertechnik auf Batterieelektrik umstellen“, hat Staale Hansen, Leiter Produktmanagement für Großgeräte, ermittelt. Zusammen mit seinem Team betreut er bei Zeppelin auch das Thema Nachhaltigkeit.
Batterieelektrik ist eine Möglichkeit, Einsparpotenzial zu erzielen, aber nicht die einzige. „Caterpillar setzt im Rahmen seiner Nachhaltigkeitsstrategie auf ein ganzes Bündel an Maßnahmen, damit Baumaschinen den Verbrauch von Energie begrenzen und Ressourcen besser ausschöpfen. Dabei geht es aber um viel mehr als nur darum, Elektromotoren einzusetzen und der Fokus liegt nicht auf einer Antriebsart, sondern es wird ein technologieoffener Ansatz verfolgt, um Kunden mit zuverlässigen, nachhaltigen Energielösungen zu unterstützen und ihnen eines Tages alle Modelle mit CO2-freien Antrieben anbieten zu können“, erklärt Fred Cordes, Vorsitzender der Geschäftsführung bei Zeppelin Baumaschinen. Konkret stehen Technologien im Zentrum, mit denen sich Energie umwandeln lässt: Es werden Möglichkeiten von Elektromotoren, Brennstoffzellen, Batterien, Verbrennungsmotoren oder die Kombination in Form eines Hybridantriebs untersucht. Darüber hinaus werden geeignete Energieträger, wie fossiler Dieselkraftstoff, synthetische Kraftstoffe (GTL), Biodiesel, HVO, elektrische Energie oder Wasserstoff, ausgelotet nach ihrem Potenzial.
„Caterpillar stellt die Weichen in Richtung nachhaltige Transformation. So wurden eine Reihe von Investitionen in kohlenstoffärmere, fortschrittliche Energietechnologien getätigt, um Kunden bei der Energiewende zu unterstützen“, so Staale Hansen. Jüngstes Beispiel ist die diesen Januar bekannt gewordene Investition in Lithos Energy, um die Entwicklung und Herstellung von Batteriepacks voranzutreiben. Damit soll das Produktportfolio erweitert werden. Lithos Energy ist ein in den USA ansässiges Unternehmen für Batterietechnologie, das Lithium-Ionen-Batteriepacks herstellt und auf Batterielösungen für Anwendungen wie Offroad spezialisiert ist. „Cat Maschinen sind – unabhängig von ihrer Energiequelle – für den Betrieb unter anspruchsvollsten Bedingungen ausgelegt. Die Erfahrung von Lithos Energy in der Herstellung von Batteriepacks für ähnlich anspruchsvolle Umgebungen wird uns bei der weiteren Entwicklung elektrifizierter Produkte von großem Nutzen sein“, ist Joe Creed, Group President für das Segment Energy & Transportation von Caterpillar, überzeugt. Auch für Lithos Energy soll sich die Zusammenarbeit rechnen. „Caterpillars Engagement für die Elektrifizierung und seine Führungsposition auf der globalen Bühne der Baumaschinenhersteller machen die Zusammenarbeit zu einer idealen Ergänzung. Die Investition wird uns in die Lage versetzen, die technologische Entwicklung zu beschleunigen und die Produktionskapazitäten zu erweitern, da wir unseren neuen und bestehenden Kunden immer fortschrittlichere Produkte anbieten wollen“, so James Meredith, CEO von Lithos Energy.
Caterpillar hatte auf der bauma 2022 in München vier Prototypen von Elektro-Baumaschinen, darunter auch Batterie-Prototypen, vorgestellt. Konkret handelt es sich um den Cat Minibagger 301.9 mit einer 32 kWh-Batterie mit 48 V, den mittelgroßen Cat Kettenbagger 320 mit einer 320 kWh-Batterie mit 600 V, den mittelgroßen Cat Radlader 950 GC mit einer 256 kWh-Batterie mit 600 V und den kompakten Cat Radlader 906 mit einer 64 kWh-Batterie mit 300 V. Die Maschinen verfügen über von Caterpillar entwickelte Batterien und jeweils ein integriertes Onboard-Ladegerät passender Größe. Eine Offboard-Schnellladeoption wird ebenfalls zur Verfügung stehen. Der Cat Minibagger 301.9 und der kompakte Cat Radlader 906 werden voraussichtlich die ersten im Handel erhältlichen Typen sein. „Wir haben bereits erste Reservierungen vorliegen. Kunden konnten auf der bauma eine unverbindliche Absichtserklärung zum Kauf unterzeichnen oder sich online über unseren Zeppelin Cat Shop auf die Warteliste der elektrischen Kompaktmaschinen setzen lassen. Die bauma hat gezeigt, wie groß das Interesse an alternativen Antrieben ist, aber mindestens genauso wichtig ist die entsprechende Ladeinfrastruktur, die wir ebenfalls auf unserem Messestand in der Halle B6 zeigen konnten“, macht Fred Cordes deutlich. Die vier Prototypen bauen auf der bewährten Cat Technologie auf, deren Lithium-Ionen-Batteriereihe über ein modulares Design verfügt, das flexible Konfigurationen für mehrere Anwendungen bietet. Die Batterien sind so konstruiert, dass sie an die Leistungsanforderungen der Industrie und der Kunden angepasst werden können und die Nachhaltigkeit während ihres gesamten Lebenszyklus maximieren, ein-schließlich Recycling und Wiederverwendung am Ende der Lebensdauer.
Die nächste Entwicklungsstufe betrifft Großgeräte. Bis 2025 sollen Pilotmodelle folgen und 2027 soll es bereits vollelektrische Muldenkipper geben. Schon heute sind dieselelektrisch angetriebene Muldenkipper verfügbar, die per Oberleitungsstrom – sogenannte Trolleys – längere Strecken ohne Einsatz eines konventionellen Dieselmotors zurücklegen können. Vor wenigen Wochen wurde nun der erste Prototyp des batterieelektrischen Cat Muldenkippers 793 vorgestellt, der mit Unterstützung der Bergbaukunden wie BHP, Freeport-McMoRan, Newmont Corporation, Rio Tinto und Teck Resources Limited entsteht. Der Prototyp wurde auf dem Gelände von Caterpillar in Tucson (Arizona) gebaut. Um die Energiewende zu unterstützen, investiert Caterpillar in die Umwandlung des Testgeländes in ein nachhaltiges Abbaugelände der Zukunft durch die Installation und Nutzung einer Vielzahl von erneuerbaren Energien, darunter die Produktion von grünem Wasserstoff, die Stromerzeugung mit Erdgas und die Stromerzeugung durch Brennstoffzellen sowie erweiterte Energiespeichersysteme, welche die batterieelektrischen Baumaschinen mit Strom versorgen. Die Umgestaltung des Geländes dient gleichzeitig auch als Lernplattform, um das Lade- und Energiemanagement zu verbessern.
Um Null-Emissionen im Bergbau geht es auch Nouveau Monde. Das Unternehmen betreibt die Graphitmine Ma-tawinie in Saint-Michel-des-Saints bei Québec in Kanada und hat mit Caterpillar eine Vereinbarung unterzeichnet, Technik dafür zu entwickeln, zu testen und zu produzieren. Bis 2028 soll der Baumaschinenhersteller eine vollständig elektrisch betriebene Minenflotte liefern. Die Zusammenarbeit ist auch darauf ausgelegt, den Standort vollständig mit erneuerbarer Energie auf Basis von Wasserkraft zu versorgen, ohne dass Emissionen anfallen.
Mit dem Bergbaukonzern Rio Tinto treibt Caterpillar ebenfalls die Entwicklung von autonomen, emissionsfreien Skw für den Einsatz in Westaustralien voran. Zukünftiges Ziel: Die 220 Tonnen schweren Cat Muldenkipper 793 sollen dort emissionsfrei und zugleich autonom Rohstoffe transportieren. Es wird erwartet, dass der weltweit erste Einsatz von etwa 35 neuen Skw in Gudai-Darri erfolgen wird. Gudai-Darri gilt als die technisch innovativste Eisenerzmine von Rio Tinto. Dazu Alf Barrios, Chief Commercial Officer von Rio Tinto: „Unser Ziel, in allen unseren Betrieben Netto-Null-Emissionen zu erreichen, hat Priorität. Um das zu schaffen, sind neue und innovative Lösungen und Partnerschaften mit Zulieferern wie Caterpillar erforderlich. Diese Zusammenarbeit ist ein kleiner, aber wichtiger Schritt auf diesem Weg.“ Die Cat MineStar-Command-Technologie ist die Basis für einen sicheren, autonomen Materialtransport. Aktuell legen derzeit mehr als 560 autonome Skw jeden Tag eine Strecke zurück, die dem doppelten Erdumfang entspricht, und das ohne einen Fahrer hinter dem Steuer in der Kabine. In den letzten neun Jahren haben die mit Command ausgerüsteten Skw mehr als fünf Milliarden Tonnen Material transportiert.
Auch mit Newmont ging Caterpillar eine strategische Allianz ein. Konkret geht es um eine emissionsfreie Rohstoffgewinnung von Gold. Darüber hinaus soll die Flotte an Maschinen auch noch autonom fahren. Bis 2027 sollen 26 batterieelektrische autonome Fahrzeuge für den Untertage- und den Übertagebau bereitgestellt werden. „Durch die Größe von Newmont schafft die Allianz die Voraussetzungen für eine rasche Entwicklung und Einführung der Technologien, die letztlich die Sicherheit, Produktivität und Energieeffizienz in der gesamten Bergbauindustrie verbessern hilft“, heben die beiden Unternehmen die Vorteile der Zusammenarbeit hervor. Caterpillar wird Newmont dabei unterstützen, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um mehr als 30 Prozent zu reduzieren. Null Emissionen sollen 2050 erreicht werden. Tom Palmer, Präsident und CEO der Newmont Corporation kündigte 2021 Investitionen von 500 Millionen US-Dollar über einen Zeitraum von fünf Jahren an. Die Entwicklung von Wegen zur Dekarbonisierung ist für die Zukunft des Bergbaus unerlässlich. Newmonts Bergbauflotten über und unter Tage sind für etwa 40 Prozent der CO2-Emissionen des Unternehmens verantwortlich. Die Entwicklung eines neuen Modells für den Über- und Untertagebau ist daher entscheidend für die Erreichung der Nachhaltigkeitsziele.
„All diese Maßnahmen, die eingeläutet wurden, dienen dazu, Baumaschinen nachhaltiger zu machen. Dabei werden Unternehmen bei der Gewinnung von Rohstoffen unterstützt, die in Smartphone-Displays und Batterien für Elektrofahrzeuge stecken, aber auch für unser Leben unverzichtbar sind. Noch sind die neuen Entwicklungen erst in kleinen Stückzahlen gestartet, bevor sie dann im großen Stil eingeführt werden. Doch es sind nicht die einzigen Schritte. In der Industriemotorsparte laufen bei Caterpillar viele Entwicklungen im Bereich der Wasserstofftechnologie. Es gibt Stromgeneratoren, die mit Wasserstoff arbeiten. Und es wird an Brennstoffzellen geforscht. 2021 wurde eine Kooperation von Caterpillar und Microsoft bekannt, die zusammen mit dem kanadischen Brennstoffzellen-Entwickler Ballard Power realisiert wird. Bei dem Projekt soll gezeigt werden, dass eine zuverlässige und nachhaltige Notstromversorgung von Rechenzentren mit einem Brennstoffzellen-System im Megawatt-Bereich möglich ist. Man kann davon ausgehen, dass daraus gewonnene Erkenntnisse dann auch in die Forschung und Entwicklung von Baumaschinen einfließen werden. Da wird noch viel Neues kommen. Denn viele Experten sehen den Elektroantrieb als reine Brückentechnologie an. Es wird die nächsten Jahre viel passieren und es bleibt spannend, wie etablierte Energiequellen mit neuen Technologien kombiniert werden“, verspricht Staale Hansen.
März/April 2023