Alternative Antriebssysteme und Energiekonzepte für Baumaschinen und Baustelleneinrichtung : Auswirkungen auf Baubetrieb, Kosten und Nachhaltigkeit

Abstract

Um die Klimaziele der Vereinten Nationen (UN) bzw. der Europäischen Union zu erreichen,sind in den kommenden Jahren weitere Senkungen der Treibhausgas-Emissionen erforderlich.Baumaschinen und die Bauindustrie im Allgemeinen leisten einen Anteil an diesen. Da Elektromotoren keine lokalen Emissionen verursachen, bergen elektrische Baumaschinen das Potenzial,die Treibhausgas-Emissionen der Baubranche zu senken.Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist es, die baubetrieblichen, ökonomischen und ökologischen Auswirkungen des Einsatzes elektrischer Baumaschinen zu untersuchen. Der Schwerpunkt liegt aufder Bewertung der Praxistauglichkeit sowie auf dem Vergleich der Gerätekosten und Treibhausgas-Emissionen zwischen elektrischen und dieselbetriebenen Baumaschinen.Als Grundlage diente eine Literaturrecherche zu Baumaschinen im Allgemeinen, technischen Eigenschaften elektrischer Geräte sowie zu sicherheitsrelevanten und rechtlichen Aspekten ihres Einsatzes. In einer Kooperation mit einem Bauunternehmen wurden ausgewählte elektrische Geräte in einem Pilotbetrieb unter realen Bedingungen untersucht. Zur Bewertung der betrieblichen Eignung der Geräte wurden Feedback-Gespräche und Online-Umfragen mit dem Baustellenpersonal durchgeführt. Ergänzend wurden Berechnungen zu den Gerätekosten und Treibhausgas-Emissionen vorgenommen und Vergleiche zwischen elektrischen und dieselbetriebenen Geräten angestellt. Dafür wurden die getesteten Baumaschinen in Geräteklassen eingeteilt und betriebliche Einsatzszenarien definiert.Die Analyse zeigt, dass die Einsatzdauer batteriebetriebener Baumaschinen aufgrund begrenzter Akkukapazitäten eingeschränkt ist und der Ausbau der Ladeinfrastruktur eine wesentliche Voraussetzung für deren Integration in den Baubetrieb darstellt. In Zusammenhang damit wurde im Pilotbetrieb festgestellt, dass elektrische Geräte in bestimmten Einsatzszenarien häufiger transportiert werden müssen als dieselbetriebene. Dies führt zu erhöhten Transportkosten. Zudem liegen die Anschaffungskosten der getesteten elektrischen Baumaschinen derzeit beim 2- bis 3-Fachen vergleichbarer Dieselgeräte.Begrenzte Akkukapazitäten sowie unzureichend ausgebaute Ladeinfrastruktur führen zu häufigeren Transportvorgängen, die derzeit überwiegend mit dieselbetriebenen Lastkraftwagen erfolgen.Die dabei entstehenden zusätzlichen Emissionen können die im Betrieb erzielten Einsparungen ausgleichen. Somit kann durch den Einsatz elektrischer Baumaschinen unter den aktuellen Rahmenbedingungen in bestimmten Einsatzszenarien keine Reduktion der Treibhausgas-Emissionen erzielt werden.

To achieve the climate goals of the United Nations and the European Union, further reductionsin greenhouse gas emissions are required in the coming years. Construction machinery and the construction industry in general contribute significantly to these emissions. As electric motors produce no local emissions, electric construction machines have the potential to contribute to reducing greenhouse gas emissions.The aim of this thesis is to examine the operational, economic, and environmental impacts of using electric construction machinery. Emphasis is placed on assessing the practical applicability of the machines, together with a comparison of the costs and greenhouse gas emissions of electricand diesel-powered construction equipment.The study is based on a literature review concerning construction machinery in general, technical characteristics of electric equipment, and the legal framework for their application. In cooperation with a construction company, selected electric machines were tested in a pilot operation under real-world conditions. To assess the operational suitability of the equipment, feedback interviews and online surveys with construction site personnel were conducted. Additionally, calculations of equipment costs and greenhouse gas emissions were performed, and comparisons between electric and diesel-powered machines were made. For this purpose, the tested machines were classified into equipment categories, and operational scenarios were defined.The analysis shows, that the operating time of battery-powered electric construction machines is limited due to restricted battery capacity and that the expansion of charging infrastructure is a critical prerequisite for their integration in construction operations. In this context, the pilot operation revealed that electric machines require more frequent transportation than diesel-powered machines. This leads to higher transport costs in certain operational scenarios. Furthermore, the procurement costs of the tested electric machines are presently two to three times higher than those of comparable diesel machines.Electric machines do not generate direct greenhouse gas emissions during operation. However,due to limited battery capacity and insufficient infrastructure, more frequent transportation is required, which is currently carried out predominantly with diesel-powered trucks. The additional emissions resulting from these transports can, in certain operational scenarios, of fset the saving sachieved during operation. Under the current conditions, the use of electric construction machines does not result in a reduction of greenhouse gas emissions in specific scenarios.