Im Rahmen des diesjährigen Wissenschaftsfestivals EFFEKTE fand der Tag der offenen Tür des KIT am 29.06.2019 statt. Auf dem Gelände des Campus Ost präsentierten sich die Zentren, Institute, Partner und Hochschulgruppen des KIT. Das MOBIMA war dabei als ortsansässiges Institut stark vertreten. Die etwa 9 000 Besucher bekamen einen umfangreichen Einblick in die Tätigkeiten des Instituts. So bestaunten viele die Prüfstände, insbesondere unseren Akustik-Allrad-Rollenprüfstand (https://www.fast.kit.edu/mobima/3406_3232.php). Dort war ein Radlader des Typs L580 aufgebaut, an dieser Stelle ein Dankeschön an Liebherr für die Leihgabe. Die Besucher waren von der Größe der Maschine, des Prüfstandes und dessen Akustikauskleidung begeistert und stellten viele interessante Fragen. Bei 34°C Außentemperatur ließ es sich im Prüfstand aufgrund der Klimatisierung auch gut aushalten.

Neben der Infrastruktur stand auch die Vorstellung unserer Forschungsaktivitäten im Fokus. Hier gilt es insbesondere das Projekt Lernfähige Steuerungssysteme für mobile Arbeitsmaschinen (LernSmArt) (https://www.fast.kit.edu/mobima/forschung_10966.php) zu erwähnen, welches mit einem eigenen Stand unter dem Slogan „Landtechnik 4.0“ vertreten war. Die Besucher konnten sich hautnah über die Aktivitäten im Forschungsprojekt informieren. Dazu war ein Forschungstraktor mit Pflug und Ballenpresse ausgestellt. Für die kleinen und jung gebliebenen Gäste gab es einen Trettraktor Parcours auf dem sie ihr Können unter Beweis stellen konnten, vielen Dank an unseren Partner Müller Landmaschinen für die Bereitstellung des Trettraktors.

Für Technik- und Studieninteressierte gab es an drei Demonstratoren aus der Lehre einiges rund um die Mobilen Arbeitsmaschinen zu erfahren. An verschiedenen Ständen konnten Interessierte einen Einblick in die Hydraulik und deren Verhalten von Druck und Volumenstrom, den Aufbau und die Funktionsweise von leistungsverzweigten Getrieben sowie die CAN-Bus Technik gewinnen.

Insgesamt war der Samstag für uns und das KIT ein erfolgreicher Tag der offenen Tür. Weitere Berichte und Bilder finden Sie auch auf der allgemeinen Internetseite des KIT:

http://www.kit.edu/kit/pi_2019_086_erfolgreicher-tag-der-offenen-tur-am-kit.php

Zur Pfingstexkursion 2019 trieb es uns westwärts nach Zweibrücken, Boppard und Windhagen. Dort besuchten wir einen Hersteller von Erntemaschinen sowie zwei Hersteller von Straßenbaumaschinen. Unser Nachtlager schlugen wir in Koblenz auf, wodurch wir einen Einblick in das schöne Städtchen an Mosel und Rhein bekamen.

Tag 1: Dienstag, 11.6.2019

Pünktlich um 6 Uhr trafen wir uns am MOBIMA Institut am Campus Ost, um dann 15 min später mit dem Teambus der Karlsruhe Lions nach Zweibrücken zu starten. Dort angekommen wurden wir um 9 Uhr zu einer kurzen Vorstellung des Unternehmens mit anschließender Werksführung im Hause John Deere empfangen. Dort werden Mähdrescher und Feldhäcksler entwickelt und gefertigt. Auf einer Strecke von 6 km konnten wir in den kompletten Produktionsablauf einblicken. Nach einer Stärkung im Besucherzentrum stellten uns vier junge Mitarbeiter ihre Erfahrungen im Unternehmen vor und standen uns Rede und Antwort zu all unseren Fragen rund um das Thema „John Deere als Arbeitgeber“. Abschließend gab John Deere uns noch die Chance, all unsere fachbezogenen Fragen bei einem Expertengespräch rund um das Thema Mähdrescher und Feldhäcksler loszuwerden. Mit Kaffee und ein paar süßen Teilchen wurden wir dann verabschiedet.

Gut gestärkt machten wir uns auf den Weg nach Koblenz, um dort in unserem Hotel gegen 17 Uhr einzuchecken. Zum Abendessen lud uns der WVMA e.V. ins Alte Brauhaus ein. Diese war Ende des 17. Jahrhunderts, wie wir am nächsten Tag bei der Stadtführung erfuhren, die erste Koblenzer Brauerei. Nach dem Abendessen teilte sich die Gruppe auf. Ein Teil ging zurück zum Hotel und der Rest ließ den Abend im Irish Pub ausklingen.

Tag 2: Mittwoch, 12.6.2019

Pünktlich um 8 Uhr fuhren wir 30 min von Koblenz nach Boppard, um dort die Firma BOMAG zu besichtigen. BOMAG ist Experte im Gebiet Walzenzüge sowie Müllverdichter, Straßenfertiger und -fräßen sowie für handgeführte Maschinen zur Bodenverdichtung. Zu Beginn wurde uns das Unternehmen und die Produktpalette vorgestellt, um dann später in einer Werksführung die Produktionsabläufe dieser Maschinen zu sehen. Nach der Werksführung hatten wir die Möglichkeit, uns bei einem Mittagssnack in lockerer Runde mit Ingenieuren des Unternehmens auszutauschen. Um 14 Uhr machten wir uns wieder auf den Rückweg nach Koblenz.

Dort hatten wir die Möglichkeit, um 16 Uhr bei einer 2-stündigen Stadtführung die Altstadt und die Highlights der Stadt zu entdecken. Aufgelockert durch viele interessante Fakten zu Bauwerken und die Geschichte der Stadt, endete diese Am Deutschen Eck, wo Rhein auf Mosel trifft. Von dort machten wir uns auf den Weg zum Koblenzer Weindorf, um dort am Rheinufer Abend zu essen. Glücklicherweise hatten wir einen sehr sonnigen Abend und somit bot es sich an, diesen in einem Biergarten direkt am Deutschen Eck ausklingen zu lassen. Zu späterer Stunde teilte sich die Gruppe dann. Ein Teil ging nach dem ereignisreichen Tag zurück ins Hotel. Ein paar unternehmenslustige erkundeten noch die Koblenzer Kneipenkultur.

Tag 3: Donnerstag, 13.6.2019

Etwas früher als am Tag zuvor machten wir uns um 7:45 auf den Weg zur Firma Wirtgen in Windhagen. Dort erwartete uns ein breites Produktportfolio an Maschinen für Straßenbau und Mining. Unter der Dachorganisation John Deere vereint die Wirtgen Group Maschinen für den gesamten Arbeitsprozess im Straßenbau. Nach einer Vorstellung des Unternehmens erhielten wir eine Werksführung und konnten in die laufende Produktion des Unternehmens einblicken. Bei einem Mittagsessen hatten wir dann die Chance, uns mit Mitarbeiten über die Produkte und das Unternehmen auszutauschen.

Um 13:30 machten wir uns dann auf den Rückweg nach Karlsruhe. Um 17:15 Uhr kamen wir dann wieder in Karlsruhe an. Mit vielen neuen Eindrücken und vielleicht auch neuen Freundschaften verabschiedeten wir uns nach drei tollen Tagen.

Kurzbeschreibung

Carbon Capture in Baumaschinen

Kurzbeschreibung der Innovation / des innovativen Projektes

Die Zeit ist gekommen, sich der Herausforderung der globalen Erwärmung zu stellen und unsere Verantwortung für den Generationenvertrag zu übernehmen, um unsere Kinder nicht mit irreversiblen Klimafolgen zu belasten.

Baumaschinen können durch die Entwicklung des innovativen Carbon Capture Systems, welches CO₂ im Abgas mit Aktivkohlefiltern kontinuierlich abscheidet und verflüssig in einem Tank speichert, ihre Treibhausgasemissionen eliminieren

Detaillierte beschreibung der Innovation

Motiviert durch den Klimawandel, hat die EU das Ziel bis 2050 die Treibhausgasemissionen um 85-95% im Vergleich zu 1990 zu senken. Unter Berücksichtigung von Methan von Tieren und der Annahme, dass Baumaschinen eine Lebensdauer von max. 18 Jahren haben, bedeutet dies, dass bis spätestens 2032 keine CO₂-emittierenden Baumaschinen mehr verkauft werden können. Aktuelle Prognosen von der EEA sagen voraus, dass durch die Einführung von weiteren Richtlinien und Maßnahmen zur Transformation in nachhaltige Systeme, die Ziele nicht erreicht werden.

Eine mögliche Lösung ist die Entwicklung eines Carbon Capture Storage (CCS) für Baumaschinen, welche die produzierten CO₂ Emissionen abfängt. Die für das System notwendigen Funktionen der CO₂-Abscheidung und -speicherung wurden in einem Funktionsanalyse Diagramm zerlegt, siehe Abb.1. Auf dieser Basis wurde nach der Methode des morphologischen Kastens alle möglichen CCS-Konzepte für Baumaschinen aufgeführt, siehe Abb.2. Die Anwendung dieser Methode führt zum System in Abb.3. Das Konzept garantiert eine kontinuierliche CO₂ Abscheiderate von über 99% mittels zwei parallel angeordneter Aktivkohlefilter. Zuerst wird das Abgas mithilfe von Luft aus der Umgebung auf 60°C abgekühlt, dann das CO₂ mit einem der beiden Aktivkohlefilter aus Luft und Abgas abgeschieden und schließlich das CO₂-freie Gas in die Atmosphäre abgegeben. Wenn der Filter komplett mit CO₂ gefüllt ist, wird das Abgas über den Dreiwegehahn zum anderen Filter geleitet. In der Zwischenzeit wird der erste Filter regeneriert, indem er auf 120°C erhitzt wird, um das CO₂ zu desorbieren. Wenn ein Filter sich im Adsorptionszustand befindet, ist der andere Filter im Desorptionszustand. Das desorbierte CO₂ wird schließlich auf 30°C und 200bar flüssig in einem Tank gelagert. Das flüssige CO₂ kann dann verkauft und für die Herstellung von E-Fuels oder für andere Industrieprodukte wiederverwendet werden. So entstehen neue Geschäftsmodelle für Baumaschinenbetreiber. Der zusätzliche Arbeitsaufwand des Systems für den Arbeiter ist gering, da nur der CO₂ Speichertank entleert werden muss. Dies kann ohne zusätzlicher Zeitaufwand gleichzeitig mit dem Füllen des Kraftstofftanks stattfinden.

Die damit erzeugte Limitierung des Klimawandels unterstützt die nachhaltige Entwicklung von Flora, Fauna und Mensch. Erhöhte CO₂ Konzentrationen können zu Kopfschmerzen, Übelkeiten bis hin zum Tode führen. Besonders bei Arbeiten in Gruben, Tunnelbau oder Minen, wo die CO₂-Konzentration höher ist, wird der Arbeitsplatz für die Bauarbeiter somit sicherer.

Die LSU Stiftung gibt an, dass direkte Schäden und indirekte Folgen wie Anpassungsmaßnahmen wegen der globalen Erwärmung 30€ pro tCO₂ kosten. Am Bsp. eines Diesel-Baggers mit einer Lebensdauer von 10.000h entspricht dies 789tCO₂ Emissionen und 24k€. Dabei wird deutlich, dass diese Innovation durchaus wirtschaftlich ist.

CCS für mobile Maschinen werden heute noch nicht verwendet, sind aber bereits heute einsetzbar, da das Gewicht, Volumen und Energieaufwand für die Maschinen vertretbar und somit praxistauglich sind (zB für einen 27t Bagger: 1,5-6,5% Mehrgewicht, 1,3m³ Mehrvolumen, 9% Zusatzenergie). Das vorgeschlagene einzigartige nachhaltige System, welches sogar die Luft reinigt, ermöglicht der Baubranche neue Geschäftsmodelle und verleiht der Baumaschine einen neuen Ruf als klimafreundliche Maschine. Auch für den Einsatz von zukünftigen Antrieben mit Brennstoffzellen oder alternativen Kraftstoffen ist das CCS bestens geeignet.

Kurzes Video:

https://www.youtube.com/watch?v=duByzVc-AHw&feature=youtu.be

Am 19./20. Februar fand die 7. Fachtagung „Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen“ statt, die sich inzwischen als anerkanntes Expertenforum im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen etabliert hat. Herr Prof. Dr.-Ing. Marcus Geimer begrüßte knapp 200 Experten aus Industrie und Wissenschaft im Akademie Hotel Karlsruhe. Bereits die Vorabendveranstaltung am 19. Februar in den institutseigenen Versuchshallen wurde rege für ein unternehmensübergreifendes Treffen mit fachlichem Austausch in geselliger Runde genutzt. Veranstaltet wurde die Tagung durch das Teilinstitut Mobile Arbeitsmaschinen des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und den Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V., VDMA, in Kooperation mit dem wissenschaftlichen Verein für Mobile Arbeitsmaschinen e.V..

Standen im Jahre 2007 Ideen, Konzepte, und erste Lösungsansätze für Hybridantriebe im Fokus, so wurde auf dieser Tagung neben der erfolgreichen Integration von elektrischen und hybriden Antrieben auch die Frage nach neuen Betriebsstrategien und Energiespeichern mit dem Ziel einer deutlichen Emissionsreduktion bei mobilen Arbeitsmaschinen bis hin zu einer „Zero Emission“ Maschine aufgegriffen.

Eröffnet wurde die Fachtagung mit einem Vortrag der PRIMAGAS Energie GmbH & Co. KG über BioLPG als eine Alternative auch für moderne Motoren, gefolgt von der Vorstellung der Hybrid- und Elektrifizierungsstrategie der DEUTZ AG, auf die der Beitrag der GreenIng GmbH & Co. KG über Herausforderungen und Chancen bei der Elektrifizierung von Mobilen Arbeitsmaschinen aufbaute.

In der darauffolgenden Session mit dem Schwerpunkt auf energieeffiziente Antriebe wurden durch die Unternehmen Danfoss Power Solution, Logset Oy, Dana Rexroth sowie das Forschungsinstitut TU München neue Getriebeansätze, Hybridlösungen für Forstmaschinen und traktionsunterstützende Anbaugeräte vorgestellt. Nach der Mittagspause zeigten die HS Ostfalia und die RWTH Aachen den aktuellen Stand, mögliche Einsatzgebiete und Potenziale in der Domäne der elektro-hydraulischen Linearantriebe. In einer parallelen Session wurden hybride Antriebstechnologien sowohl für einzelne Komponenten, als auch für Komplettfahrzeuge mit den Zielen der Emissionsreduktion und Effizienzsteigerung vorgestellt.

Die abschließende Session befasste sich mit dem Thema der alternativen Antriebe. Folgend auf einen Beitrag des KIT über die Idee einer emissionsfreien mobilen Arbeitsmaschine zeigte die Stieler Technologie- & Marketing Beratung GmbH & Co. KG eine Studie zu sich bereits in der Umsetzung befindlichen und geplanten Antriebsmöglichkeiten der nächsten Jahre. Zuletzt berichtete die DLM Dampflokomotiv- und Maschinenfabrik AG von Dampfmaschinen mit hoher Energiedichte als alternative Antriebslösung, bevor Herr Prof. Geimer mit dem Schlusswort die 7. Fachtagung beendete.

Die insgesamt 16 vorgestellten Beiträge zeigten die große Bedeutung und den zu erwartenden Wandel im Bereich der Hybridantriebe für mobile Arbeitsmaschinen, in der Industrie und Wissenschaft. Neue Impulse sind zu erwarten, die sowohl eine Senkung der Emissionen, also auch einen Mehrwert in Form einer gesteigerten Effizienz und verbesserter Wirtschaftlichkeit bringen. Auf die angekündigte Fortsetzung 2021 darf man gespannt sein.

Die Teilnehmer konnten sich in den Pausen auf der tagungsbegleitenden Fachausstellung mit Komponenten-, System- und Steuerungsherstellern auszutauschen. Sieben Firmen nutzen die Möglichkeit zur Präsentation ihrer Produkte und Ideen.

Der zur Tagung erstellte und begleitende Tagungsband  kann über den KIT Scientific Publishing Verlag bezogen werden (ISBN 9783731508731). Die von den Vortragenden freigegebenen Vortragsunterlagen werden zum Download auf der Homepage (Mobima) des Teilinstituts Mobile Arbeitsmaschinen, KIT, bereitgestellt.

Programmausschuss:

Prof. Dr. M. Geimer, Dipl.-Ing. P.-M. Synek, M.Sc. L. Brinkschulte, Prof. L. Frerichs, Dr. F. Bauer, Dr. B. Pichlmaier, Dr. B. Volpert