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Der Bahnbau begegnet heute komplexen Herausforderungen. Nachhaltiges Handeln ist auch für diesen Industriezweig gefordert. Plasser & Theurer arbeitet seit zehn Jahren an Gleisbaumaschinen mit alternativen Antrieben. Sie müssen ökologisch zukunftssicher, ausreichend leistungsstark und wirtschaftlich darstellbar sein.
E³-Maschinen im Einsatz begeisterten 2015 zum ersten Mal die Fachwelt. Drei Ziele standen im Fokus der neuen Maschinengeneration: Economic, Ecologic und Ergonomic. Bereits 14 E³-Maschinen wurden im vergangenen Jahrzehnt in Betrieb genommen, über 60 weitere sind in Produktion bzw. beauftragt. Anfangs handelte es sich noch um hochgradig individualisierte Einzellösungen. Der gesteigerte Bedarf an CO₂-Reduktion und die Rahmenbedingungen für die Zulassung in Europa fordern Standardisierung und serienähnliche Entwicklung von Bahnbaumaschinen. Plasser & Theurer hat das erkannt und die nötigen Schritte in der Weiterentwicklung von E³-Maschinen gesetzt. Denn eines zeichnet sich deutlich ab: Die Investitionen in nachhaltigen Gleisbau zahlen sich aus.
Beginn der Leistungssteigerung als Basis für mehr Effizienz
Das Angebot an Möglichkeiten, konventionelle Maschinen „grüner“ zu machen, ist vielfältig. Der Energiebedarf sinkt bereits mit zunehmendem Einsatz an kontinuierlicher Arbeitsweise, da nur mehr 20 % der Maschinenmasse bei jedem Stopfeingriff gebremst und wieder beschleunigt werden. Drehzahlregelungen bei Stopfaggregaten machen die Arbeitseinsätze leiser und effizienter. Bei Retrofits stehen elektrische Stopfaggregate – Öko-Retrofits – im Angebot. Sie senken die Motordrehzahl und damit Lärmemissionen, CO₂-Ausstoß und Treibstoffverbrauch. Alternative Treibstoffe wie HVO100 machen Maschinen mit Verbrennungsmotoren „grüner“. Doch reichen diese Maßnahmen aus? Der Anfang einer Trendwende ist im Bahnbau deutlicher erkennbar denn je.
Nun bricht ein neues Zeitalter in der Dekarbonisierung des Bahnbaus an. Wie Vorzeigeprojekte belegen, bieten alternative Antriebskonzepte unter Einbeziehung der Oberleitung ein Synergiepaket aus Vorteilen für Anwender, Umfeld und Ökosystem.
E³ in Serie
Einen ersten Schritt zur Standardisierung setzten die Instandhaltungsfahrzeuge mit trimodalem Antrieb für die ÖBB, die in neuartiger modularer Serienbauweise gefertigt werden. Energiequellen sind die Oberleitung, Batterien im Arbeitseinsatz und als Rückfallebene ein dieselelektrisches Powerpack, das mit synthetischen Kraftstoffen betrieben wird. Dabei wurde E³ erstmals für eine Maschinenserie entwickelt und realisiert.
Der zweite Schritt ist die Standardisierung der kontinuierlich arbeitenden Universalstopfmaschinen mit alternativen Antrieben. Die neue UnimatExpress-Serie nutzt dazu den Strom aus der Oberleitung. Bei Bedarf können auch zwei unterschiedliche Fahrstromsysteme als Energiequelle dienen. Alternativ übernimmt ein integrierter Generator die Stromerzeugung.
Neue Technologie erfordert ganzheitliche Bewertungsmethoden
Eine Total Cost of Ownership-Berechnung (TCO) zeigt eine ganzheitliche Kostenperspektive für fundierte Investitionsentscheidungen auf. Die Analysemethode ermöglicht eine übersichtliche Vergleichbarkeit etablierter und alternativer Antriebsformen. Unser Ziel: ökonomische, nachhaltige und ergonomische Lösungen für die Bahn der Zukunft.
Investition in Zukunftssicherheit
Kaufentscheidungen werden sehr oft vorrangig nach dem Anschaffungspreis einer Gleisbaumaschine getroffen. Alle weiteren im Produktlebenszyklus anfallenden Kosten haben dabei untergeordneten Einfluss. Dazu gehören Energiekosten durch Diesel oder Bahnstrom, Wartungskosten und CO₂-Zertifikatskosten.
Warum ist eine ganzheitliche Bewertung der Kosten über den gesamten Lebenszyklus des Produkts erforderlich? Weshalb sollten zusätzliche Fakten erhoben und berücksichtigt werden? Bahnbaumaschinen erreichen eine sehr lange Lebensdauer. Mehr als 50 % der in den letzten 70 Jahren von Plasser & Theurer ausgelieferten Maschinen sind noch weltweit im Einsatz. Somit leistet eine typische Bahnbaumaschine ihren Dienst über mehrere Jahrzehnte – nicht selten sogar länger als 30 Jahre. Bei einer Kostenbewertung über die lange Einsatzdauer steigt der Stellenwert von Lebenszykluskosten, die zu einem beträchtlichen Teil aus Betriebskosten entstehen.
Ökologische und wirtschaftliche Vorteile gehen Hand in Hand
Die Potenziale durch den Einsatz alternativer Antriebe sind realistisch kalkulierbar. Wir stellen sie durch eine TCO-Betrachtung auf Kapitalwertmethode transparent und nachvollziehbar dar.
Im konkreten Beispiel werden die Betriebskosten einer 2-Schwellen-Universalstopfmaschine UnimatExpress für den Einsatz in Deutschland als wesentliche Eingangswerte für die LCC-Bewertung genauer untersucht. Verglichen wird zwischen einem konventionellen dieselhydraulischen Antrieb und der hybriden E³-Technologie. Die Investitionskosten bilden das andere Teilstück, sind aber abhängig von der Ausstattung der Maschine sowie der angesetzten Nutzungsdauer und müssen daher vom Maschinenbetreiber separat berücksichtigt werden.
Arbeitsaggregate und andere Energieverbraucher wie die Klimaanlage werden bei E³-Maschinen elektrisch betrieben, wobei die Energie aus der Oberleitung kommt. Bei Gleisneulagen ist diese Stromquelle üblicherweise nicht verfügbar, daher sind die E³-Stopfmaschinen zusätzlich mit einem Generator ausgestattet, der mit synthetischen Kraftstoffen oder mit Diesel betrieben wird. Die Vielfalt an Fahrstromsystemen spiegelt sich auch in den Varianten bei E³-Maschinen wider.
Die Beispielkalkulation geht davon aus, dass der Verbrennungsmotor zu 20 % für Arbeiten und Fahren verwendet wird, bei 80 % kann die Oberleitung verwendet werden. Berechnungsbasis sind 180 Schichten pro Jahr und eine Transferleistung (Fahren von und zur Baustelle) von 15.000 km pro Jahr.
Auf 20 Jahre betrachtet, fallen mit einer Hybridmaschine „E³ C/I“ ca. 40 % weniger Betriebskosten an als bei einer dieselhydraulischen Maschine. Diese Einsparung kommt primär aus dem reduzierten Energieverbrauch. Ein weiterer Kostenfaktor sind die durch die Elektrifizierung reduzierten Ersatz- und Verschleißteilkosten. Elektrische Komponenten haben längere Wartungsintervalle als Hydraulikkomponenten. Wo technologisch sinnvoll, setzt die E³-Technologie auf ein reduziertes Hydrauliksystem. Eine E³-Maschine benötigt deshalb nur noch 600 l Hydrauliköl im Vergleich zu 2.000 l bei einer dieselhydraulischen Maschine. Durch diese Reduktion werden wichtige Ressourcen sowie auch Kosten bei Hydrauliköl und -komponenten gespart.
Eine weitere wichtige Information für die Investitionsentscheidung ist die Berechnung des CO₂-Ausstoßes der Maschine. Die TCO-Betrachtung bietet diese Möglichkeit und gibt transparente Auskünfte über die prozentuellen Einsparungen an CO₂-Emissionen. Dargestellt wird dies über die Nutzungsdauer der Maschine, das definierte Einsatzprofil und die jeweilige Technologie. Mögliche Entsorgungskosten am Ende der Nutzungsdauer werden aktuell noch nicht berücksichtigt, da derzeit eine Kostenabschätzung kaum möglich ist.
E³ rechnet sich für Umwelt und Betreiber
Die Betrachtung der Kosten über den Lebenszyklus erlaubt einen klaren Vergleich unterschiedlicher Maschinenkonzepte. Unterschiedliche Technologien werden transparent bezüglich Energiebedarf, CO₂-Ausstoß und Wartungskosten über den Lebenszyklus dargestellt. Neben Geschwindigkeit und Qualität der Arbeit sprechen die Vorteile der Energieeffizienz für die E³-Technologie. Der ökologische Fußabdruck grüner Bahnbaumaschinen zeichnet sich als nachhaltige Investition in die Zukunft ab.
