Institut für Fahrzeugsystemtechnik

Studie zur Emissionsreduktion von Fahrzeugen im Unter-Tage-Bau

Studie zur Emissionsreduktion von Fahrzeugen im Unter-Tage-Bau
Vom 01.01.2017 bis 31.12.2017 hat das Teilinstitut Mobile Arbeitsmaschinen eine vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau des Landes Baden-Württemberg geförderte Studie zur Dieselmotoremissionsreduktion von mobilen Arbeitsmaschinen im Untertagebau durchgeführt. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit der e-mobil BW und vier in Baden-Württemberg ansässigen Bergwerksbetrieben durchgeführt, deren Betriebe sich insbesondere in der Art der Gewinnung, den gewonnenen Rohstoffen und der Größe unterscheiden.

Studieninhalt
Im Rahmen der Studie wurden Maßnahmen erarbeitet, um die Dieselmotoremissionen (DME) zu reduzieren. Hierfür wurden ausgewählte in den Bergwerken eingesetzte Förderfahrzeuge bezüglich ihrer Häufigkeit, ihres Leistungsprofils und ihres Energieverbrauchs untersucht. Für diese Untersuchungen wurden verschiedene Messreihen durchgeführt, um die Fahrzeuge in ihrem täglichen Betrieb abbilden zu können und um eine repräsentative Datenbasis aufzubauen. Um vielversprechende Maßnahmen generieren zu können, wurde in einem weiteren Schritt der Stand der Technik und Forschung von Energiespeichersystemen und emissionsreduzierten mobilen Arbeitsmaschinen recherchiert und dokumentiert. Daraus wurden Maßnahmen abgeleitet, die zur DME-Reduzierung untertage beitragen können. Als Schlüsseltechnologie wurde in dieser Studie die Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen gesehen, da elektrifizierte Fahrzeuge lokal keine DME erzeugen. Ausgewählte Fahrzeuge in den beteiligten Bergwerken wurden hinsichtlich ihrer Elektrifizierbarkeit untersucht und entsprechende Konzepte wurden erarbeitet. Hierzu wurde das Elektrifizierungspotential der Fahrzeuge und dessen Einflussgrößen definiert und bestimmt. Auf Basis der im Rahmen der Studie gesammelten Ergebnisse wurde anschließend der Forschungsbedarf abgeleitet, der bei der Umstellung eines Bergwerks auf emissionsfreie Gewinnung gedeckt werden muss. Abschließend wurde das in der Studie angewendete Vorgehen in Form einer Methode zusammengefasst, die angewendet werden kann, um beliebige andere Bergwerke auf eine DME-freie Produktion umzustellen.

Ergebnisse
Als Ergebnis hat die Studie gezeigt, dass für ausgewählte Fahrzeuge elektrifizierte Alternativen am Markt vorhanden sind, allerdings fehlen diese vor allem bei Maschinen mit hoher Nutzlast (größer 11 Tonnen, Stand: 31.12.2017) bzw. hoher Leistung. Als besonders problematisch erwiesen sich hierbei Fahrlader (LHD). Maßgeblich daran beteiligt sind aktuell am Markt verfügbaren Batterien, deren volumetrische Energiedichte noch deutlich zu niedrig ist, um sinnvoll auf mobilen Arbeitsmaschinen mit hoher Energie-/Leistungsanforderung eingesetzt werden zu können. Selbst durch erhöhte Laderaten bzw. Batteriewechselsysteme kann dieses Problem nachweislich noch nicht behoben werden. Die Umstellung von konventioneller (Bohr- und Sprengvortrieb) auf maschinelle Gewinnung würde zwar das Problem der fehlenden elektrifizierten Hochleistungs-LHDs beheben, allerdings sind elektrifizierte Dumper zum Materialtransport noch nicht in ausreichender Anzahl am Markt vorhanden (Stand: 31.12.2017). Als Alternative könnten hierfür Förderbänder verwendet werden. Grundsätzlich bringt die Umstellung auf maschinelle Gewinnung allerdings gewisse Einschränkungen sowie immense Investitionskosten mit sich, was deren Einsatz vor allem in kleinen Gruben unwirtschaftlich macht. Kabelgebundene Maschinen sind zwar in den notwendigen Leistungsklassen vorhanden, allerdings können sie den geforderten Grad an Flexibilität und Produktivität nicht bereitstellen. Andere Antriebstechnologien, die lokale Emissionsfreiheit versprechen sind noch nicht ausreichend auf dem Markt verfügbar. Die Studie hat darüber hinaus einige minimalinvasive Maßnahmen aufgezeigt, die kurzfristig umgesetzt werden könnten, um die gegenwärtige Problemlage zu entspannen – eine Lösung derselben kann dadurch allerdings nicht herbei geführt werden.

Danksagung
Das Teilinstitut für Mobile Arbeitsmaschinen bedankt sich bei allen am Projekt Beteiligten für die gute Zusammenarbeit und insbesondere beim Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau für die Förderung.