HyBau

Energieautarke, CO2-neutrale Baustelle

Finanzierung:	Sächsische Aufbaubank - Förderbank - (SAB)
Förderkennzeichen:	100694137
Laufzeit:	04/2024 - 03/2025
Kontakt:	Lukas Trommler

Motivation und Problemstellung

Die Leistungsversorgung mobiler Baumaschinen basiert heute zum weit überwiegenden Teil auf Verbrennungsmotoren, bei denen die in flüssigen Kraftstoffen gebundene chemische Energie zur mechanischen Leistungsbereitstellung genutzt wird. Die Bundesregierung hat mit ihrem Energiekonzept das zentrale Ziel formuliert, bis 2045 die Treibhausgasneutralität zu erreichen. Generell lässt sich daher in allen Industriebereichen ein Trend zu CO2-reduzierenden Maßnahmen durch alternative Antriebstechnologien beobachten, welche je nach anwendungsspezifischen Anforderungen auf unterschiedliche Art und Weise umgesetzt werden.

Die Notwendigkeit und das Bekenntnis zur Elektromobilität in Deutschland macht sich auch in dem eher (auf bewährte Lösungen setzenden) konservativen Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen zunehmend bemerkbar, sodass Baumaschinen- und Systemhersteller beginnen, hybride und elektrifizierte Antriebskonzepte anzubieten. Für Maschinen im kleinen Leistungsbereich (< 50 kW) werden hierbei in der Regel Akkumulatoren als Energiespeicher eingesetzt. Bei Baumaschinen größerer Leistungsklassen kann der Einsatz von Wasserstoff als Energieträger und Brennstoffzellen als Energiewandler die Lücke zwischen moderner Batterietechnik und alternativer eFuel-Technologie bedienen.

Eine wichtige Voraussetzung für den zukünftigen Betrieb batterieelektrischer und wasserstoffbasierter Baumaschinen bildet die lokale Versorgungs- und Betankungs-infrastruktur auf der Baustelle. Hierfür müssen, vergleichbar mit der Baustellenbetankung mittels Dieseltanklastwagen, dezentrale mobile Lade- und Betankungssysteme etabliert werden. Eine besondere Herausforderung stellen Baustellen dar, welche aufgrund ihrer Lage nicht über das Stromnetz mit Elektrizität versorgt oder mit Wasserstoff beliefert werden können. Dies betrifft beispielsweise Bauvorhaben auf der „grünen Wiese“, auf Autobahnen oder in unbefestigtem Gelände. Hier ist es notwendig, eine autarke Energie- und Wasserstofferzeugung direkt vor Ort zu ermöglichen (vgl. Abbildung). Eine Lösungsmöglichkeit besteht im Aufbau und Betrieb eines lokalen Microgrid. Dieses erzeugt die notwendige Energie auf der Baustelle - z. B. durch Photovoltaik oder Kleinwindkraftanlagen - und wandelt diese mittels eines Elektrolyseurs in Wasserstoff. Dieser kann einerseits in den Maschinen direkt genutzt werden (Brennstoffzellen- oder Wasserstoff-Verbrennungsmotor), um die mechanische Leistung zur Verfügung zu stellen. Andererseits kann die Energie in Form von Wasserstoff in Tanks zwischengespeichert werden, wenn keine aktiven Verbraucher bereitstehen. Parallel bietet das Microgrid die Möglichkeit elektrisch betriebene Verbraucher direkt zu betreiben oder Akkus von Maschinen aufzuladen.

Ziel des Projektes ist eine Machbarkeitsstudie zur lokalen Energie- und Wasserstoffversorgung auf Baustellen. Die Studie soll die Potenziale und Chancen einer energieautarken und CO2-neutralen Baustelle aufzeigen. Dabei soll die Machbarkeit einer energieautarken Baustelle durch die Erfassung und das Management von Baustellendaten sowie die Integration verschiedener Energiekonzepte untersucht werden. Das zentrale Konzept stellt ein Microgrid mit Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellen zur Rückverstromung dar. Wichtig ist die Entwicklung eines effizienten und nachhaltigen Energiemanagementsystems, das den spezifischen Anforderungen von Baustellen gerecht wird und zur Reduktion von CO2-Emissionen beiträgt.