Technologieoffenheit vs. Transformation

Auf politischer Ebene entsteht der Eindruck, dass die Klimaziele und die dafür notwendige Transformation trotz offensichtlich bereits gravierender Klimaveränderungen in den Hintergrund getreten sind. Gleichzeitig ist an vielen Stellen sichtbar, dass sich die Wirtschaft längst unumkehrbar auf den Weg gemacht hat, diese Klimaziele mit Entwicklung und Einsatz entsprechender Technologien umzusetzen. Es gibt dabei keine allgemeingültige Patentlösung, die fossile Energieträger auf erneuerbare Energie umstellen kann. Vielmehr spannt jeder Fahrzeugtyp beziehungsweise sogar jeder einzelne Anwendungsfall ein eigenes Zielsystem auf. Dieses umfasst neben den rein technisch getriebenen Zielwerten weitere, die sich aus den drei Nachhaltigkeitsdimensionen, Ökonomie, Ökologie und Sozialwesen, ergeben.

Im Folgenden wird nicht eine konkrete Antriebsform präferiert, sondern die vielfältigen Entwicklungen in einen Optionenkanon aufgenommen. Dabei soll aber gleichzeitig die Falle der oft propagierten Technologieoffenheit umgangen werden, die im Zweifelsfall zu einem dauerhaften Entscheidungspatt führt und die notwendige Transformation damit behindert. Hierzu wurde am Smart Mobility Institute das Forschungsprojekt DERo2 initiiert, das mit dem Hersteller MAFI und dem Anwender Atlantik Hafenbetriebe ein IT-Tool zur Unterstützung der Auswahl einer geeigneten alternativen Antriebsform abhängig von den spezifischen Anforderungen im RoRo-Umschlag erarbeitet. Eine Übertragbarkeit auf andere Fahrzeugtypen und Anwendungsfälle wird dabei gewährleistet.

RoRo-Zugmaschinen werden für den Transport von unbegleiteten, schweren Lasten bis zu 200 Tonnen in Seehäfen und in der Industrie eingesetzt. Ein wichtiges Merkmal ist eine 180-Grad-Drehsitzkonsole. Eine Bedienung in Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt ist somit gleichermaßen zu ermöglichen.

Laut einer NOW-Studie wurden im Jahr 2021 in deutschen Seehäfen 155 Kilotonnen THG-Emissionen durch Hafenumschlaggeräte emittiert. Für das Jahr 2040 wurde ein Anstieg auf mehr als 195 kT prognostiziert. Auf den Einsatz von Staplern und Terminal-Zugmaschinen entfällt ein Emissions-Anteil von 19 Prozent.

Motto: „Das haben wir schon immer so gemacht“ kein guter Ratgeber

Derzeit gibt es für RoRo-Zugmaschinen auf dem Markt keine Alternativen zum Dieselantrieb. Die Herausforderung beim Einsatz von Alternativen wie beispielsweise Wasserstoffmotoren besteht darin, die Komponenten aufeinander abzustimmen und ein Tanksystem mit ausreichender Kapazität möglichst kostengünstig im vorhandenen Bauraum unterzubringen. Ferner benötigen Fahrzeuganwender Unterstützung bei der Auswahl einer passenden Antriebskonfiguration, um eine möglichst einfache und störungsfreie Substitution der vorhandenen fossil betriebenen Bestandsfahrzeuge realisieren zu können. Hierzu ist die alternative Fahrzeuglösung ohne den Verlust von Kapazitäten bspw. durch zu häufige Lade- und Tankvorgänge in den bestehenden Betriebsablauf zu integrieren. Allerdings werden auch die Anforderungen selbst einer Prüfung unterzogen, um so eventuell Limitationen durch die Einstellung „das haben wir schon immer so gemacht“ aufzudecken und im Sinne einer bestmöglichen Lösung zu eliminieren.

Zur Evaluation der erforderlichen Leistungsfähigkeit der alternativen Antriebstechnologien erfolgen während der Projektlaufzeit Untersuchungen an bestehenden dieselbetriebenen RoRo-Zugmaschinen, aus denen Leistungsanforderungen des Regelbetriebs ermittelt werden. Des Weiteren werden die Spezifikationen potenzieller alternativer Antriebstechnologien erhoben. Auf diese Weise kann das SOLL-Profil des Anwendungsbereichs mit dem IST-Profil der Antriebstechnologie auf ihre Passgenauigkeit geprüft werden.

Die ersten Auswertungen zeigen auf, dass neben den in der Logistik üblichen Tonnenkilometern sowie der darüber geleisteten Geschwindigkeit, sowohl Temperaturen als auch der Fahrstil relevante Kennzahlen sind, um auf den erwarteten Energiebedarf zu kommen. Der Fahrstil wird dabei nicht nur von der persönlichen Fahrweise bestimmt, sondern insbesondere durch Beschleunigungsbedarfe (positive wie negative) stark beeinflusst. Die Topologie des Geländes (zum Beispiel Fahrt auf Schiffsrampe) hinsichtlich Steigungen ist ebenfalls aufzunehmen. Demgegenüber stellt der vorhandene Bauraum dieselbetriebener RoRo-Zugmaschinen eine entgegen gerichtete Determinante dar. Da häufig auf engem Raum rangiert werden muss, sind die Dimensionen der Zugmaschine limitiert, dies wiederum setzt der Speicherkapazität alternativer Energieträger zum Teil enge Grenzen.

Die Umsetzung im IT-Tool soll bewusst nicht über probabilistische Inferenznetze der Large Language Models erfolgen. Das Expertenwissen liegt explizierbar vor, weswegen ein sogenannter White-Box Approach zur Anwendung kommen soll. Das Ergebnis wird auf Basis von Entscheidungstabellen deterministisch und damit wiederholbar erzeugt.

Die zentrale Aufgabe besteht darin, solche Eingangsgrößen zu formulieren, die einen ausreichenden Wirkzusammenhang darstellen und gleichzeitig bei Anwender:innen des Tools abgefragt werden können; beispielsweise stellt sich die direkte Abfrage der pro Schicht benötigten kWh als schwieriger dar als eine Ermittlung des Energiebedarfs auf Basis der Eingangsgrößen Tonnage, Strecke, Geschwindigkeit, Beschleunigungsfaktor etc.

Die Endlichkeit der Ressourcen zwingt uns zur Anpassung unseres Handelns. Dabei sind technische und nachhaltigkeitsbezogene Forderungen maßvoll abzugleichen, um wettbewerbsfähige Lösungen zu entwickeln. Es entsteht ein kompliziertes Zielsystem, das die Befähigung von uns Menschen an ihre Grenzen bringt. Ein (traditionelles) IT-Tool bildet die Sachzusammenhänge zwischen Parametern der Anwendung und den resultierenden Verbrauchswerten ab, um eine transparente sowie umfassende Bewertung alternativer Antriebstechnologien zu erzeugen. Aufgrund des Aufbaus des Entscheidungstools ist eine grundsätzliche Übertragbarkeit auf andere Anwendungsgebiete und Fahrzeugtypen zu erwarten. Hierzu zählen etwa Flurförderfahrzeuge in anderen Einsatzfeldern, landwirtschaftliche Fahrzeuge, Fahrzeuge im Bergbau und Baufahrzeuge.

Mitarbeit:

Senad Hasanspahic (M.Sc.), Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Smart Mobility Institute, University of Applied Sciences Bremerhaven
Lars Wöltjen , Bachelor of Engineering, University of Applied Sciences Bremerhaven