Elektroantriebe: Die Zukunft steht unter Strom

Spätestens seit der Lancierung des Tesla Model S gehören Elektrofahrzeuge zum Alltag auf den Strassen. Doch auch in Sachen Landtechnik laufen seit rund 15 Jahren Versuche zur Elektrifizierung von Antrieben für Fahrzeuge.

Einen Überblick über den aktuellen Stand der Dinge bot die auch als «Feldkirchtagung» bekannte Fachkonferenz «Landtechnik im Alpenraum», die am 3. und 4. April unter Beteiligung von Fachleuten aus der Schweiz und Österreich in Feldkirch (A) stattfand.

Verschiedene Vorteile …

Heinrich Prankl, stellvertretender Direktor und Leiter Forschung und Entwicklung an der Lehr- und Forschungsanstalt Francisco Josephinum im österreichischen Wieselburg, strich zu Beginn der Tagung die Vorteile elektrischer Antriebe heraus. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören die folgenden Punkte:

• Hoher Wirkungsgrad: Im Vergleich zum Verbrennungsmotor wird ein grosser Anteil der zugeführten Energie bei der Fortbewegung umgesetzt.
   
• Sehr gute Regelbarkeit: Elektromotoren lassen sich sehr präzise regeln.
   
• Hohe Dynamik: Das Drehmoment eines modernen Elektromotors lässt sich innert Millisekunden anpassen.
   
• Hohe Flexibilität: Im Hinblick auf verschiedene Anforderungen und in der Kombination verschiedener Antriebstechnologien sind Elektromotoren sehr flexibel.
   
• Reparatur: Wartungsarbeiten und Reparaturen erfordern meistens keinen grossen Aufwand.
   
• Rekuperation: Ein Teil der Energie, die beim Bremsvorgang freigesetzt wird, kann rückgewonnen werden.

… und Herausforderungen

Keine Technologie ohne den einen oder anderen Nachteil – das gilt auch für Elektroantriebe. Heinrich Prankl sprach in seinem Referat die folgenden Herausforderungen an:

• Energiespeicherung: Das Speichern von Energie ist bei Elektromotoren vergleichsweise aufwendig und teuer.
   
• Bauraum: Es kann herausfordernd sein, in eine bestehende Konstruktion genügend Bauraum für Motor und Energiespeicher zu integrieren.
   
• Integrierbarkeit: Ebenso schwierig kann die Integration des Elektromotors in ein bestehendes Antriebskonzept sein.
   
• Know-how und Kompetenzen: Neue Technologien erfordern auch Personal, das über die nötigen Kenntnisse für Wartung und Reparaturen verfügt. Solches Personal muss geschult werden.

Optimistisch gestimmt

In die nähere Zukunft blickte der Ingenieur Ewald Luger von der Abteilung Forschung, Entwicklung und Prüfung am Francisco Josephinum. «Im Bereich der Elektromotoren stossen wir auf ein paar Schlüsselpunkte, bei denen die Forschung enorme Fortschritte gemacht hat und bei denen die Entwicklung noch weitergehen wird», hielt er fest. Das gebe guten Grund für einen optimistischen Blick in die Zukunft. So seien etwa die Kosten für eine Lithium-Ionen-Batterie im Lauf der vergangenen zehn Jahre um fast 90 Prozent gesunken, wodurch die Technologie viel breiter einsetzbar werde.

Weiter sprach Luger die Batteriekapazität an, einen häufigen Knackpunkt bei Elektrokonzepten. «Hohe Batteriekapazitäten sind derzeit nur mit sehr hohem Batteriegewicht und mit hohem Batterievolumen möglich», so sein Fazit. Hier gelte es auf Batteriewechselsysteme zu setzen, bei denen das Auswechseln der Speichereinheit rasch und unkompliziert vonstattengehe.

Luger kam auch auf den häufig kritisch betrachteten Punkt der Batterielaufzeit zu sprechen. «Der Schlüsselbegriff ist hier das Schnellladen. Schon in ein paar Jahren soll es möglich sein, auch grosse Batterien in 10 bis 15 Minuten auf einen Batteriestand von 80 Prozent zu bringen.»

So könnte es im Jahr 2040 aussehen

«Elektromotoren werden den Weg in die Praxis finden», zeigte sich Ewald Luger gewiss. Der gegenüber dem Verbrennungsmotor um das Dreifache geringere Energieverbrauch, die wegfallenden Emissionen in puncto Abgase und Lärm sowie die niedrigen Betriebskosten und der reduzierte Wartungsaufwand seien aus Anwendersicht klare Vorteile. Hinzu komme die Möglichkeit, Batterie-elektrische Fahrzeuge in Zeiten geringer Nutzung als Stromspeicher zu nutzen.

Trotz einiger aktueller Herausforderungen skizzierte Luger seine Vision des Jahres 2040. Dabei stellte er folgende Punkte in Aussicht:

• Fahrantriebe: Die Fahrantriebe künftiger Landmaschinen sollen zumeist elektrisch sein. Zapfwellen werden elektrisch angetrieben, ebenso die meisten Anbaugeräte und die Hydraulik.
   
• Batterien: Sehr schnell aufladbare Batterien und Batterie-Schnellwechselsysteme werden zum Standard.
   
• Kleine und mittlere Traktoren: Ewald Luger sieht eine Dominanz von Batterie-elektrischen Traktoren vor allem in den unteren und mittleren Leistungssegmenten. Also Maschinen, die in Gebäuden, auf dem Hof und in Kommunen zum Einsatz kommen.
   
• Grosse Maschinen: Die meisten leistungsstarken neuen Traktoren und Energiemaschinen werden Hybrid-Maschinen sein. Zwei Drittel bis drei Viertel der Energie werden sie aus dem Kraftstoff- bzw. Methangastank beziehen und den Rest aus der Fahrbatterie. «Das hängt allerdings vom Preis für E-Fuel und Biomethan beziehungsweise von den Kosten von am Hof selbst erzeugtem Strom ab», schränkte Luger ein. Abschliessend sprach Luger auch das Potenzial zur Energieeinsparung an. Man werde zurückgehen zu «vernünftigen Grössen und Motorleistungen» und vermehrt das Potenzial autonomer kleiner Trägerfahrzeuge und Roboter nutzen, so der Ingenieur.

In diesem Sinne darf man also gespannt sein auf die Entwicklungen in den kommenden Jahren. Und darauf, ob sich Ewald Lugers Vision vom Jahr 2040 bewahrheiten wird.