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Interview Dr. Andreas Pfeifer, Mahle

"Drei bis fünf Prozent Verbrauchspotenzial"

Foto: Mahle

Dr. Andreas Pfeifer, Leiter Produktentwicklung Motorensysteme und -komponenten bei Mahle, über das Potenzial des Dieselmotors, die Zukunft des 48-Volt-Bordnetzes und das Mahle-System zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Abgas.

03.09.2018 Thomas Rosenberger
Wie lange werden schwere Nutzfahrzeuge noch mit einem Dieselantrieb fahren?

Dr. Pfeifer: Das Potenzial des Dieselmotors ist noch groß. Er hat jetzt eine annähernd 100-jährige Geschichte, aber seine Entwicklung ist noch nicht beendet. Genau das macht es so spannend, diese letzten Prozente noch herauszuholen. Und das nicht nur im Verbrauchs-Bestpunkt, sondern auch in einem großen Kennfeldbereich. Wir reden dann über Wirkungsgrade, die bei mehr als 50 Prozent liegen. Bezüglich seines Verbrauchspotentials darf man den Dieselmotor nicht isoliert betrachten, sondern als Teil des kompletten Antriebssystems. Dabei muss man im Blick behalten, dass die Energiemenge, die für den Vortrieb erforderlich ist, im Fahrzeug mitgenommen werden muss. Es geht also auch darum, dass der Lkw, um eine sehr weite Strecke fahren zu können, unterwegs eine Versorgungsinfrastruktur für den Antrieb und ein Speichermedium mit hoher Energiedichte braucht. Das funktioniert mit Flüssigkraftstoff am besten. Im schweren Nutzfahrzeug wird der Dieselmotor also eine deutlich längere Lebensdauer als im Pkw haben.

Die Dieseldiskussion aus dem Pkw-Bereich hat sich in der breiten Öffentlichkeit aber auch auf den Antrieb schwerer Nutzfahrzeuge übertragen.

Dr. Pfeifer: Bei der Dieseldiskussion ist völlig untergegangen, dass die Nutzfahrzeuge schon sehr lange eine deutlich ausgeweitete Abgasemissionserfüllungspflicht im kompletten Kennfeld und im realen Betrieb haben. Damit stellt sich die Situation grundsätzlich anders dar als beim Pkw. Es gibt nur extrem wenige einzelne Anwendungsfälle, in denen spezifische Nutzfahrzeuge wie Stadtbusse oder Müllsammelfahrzeuge besondere Zyklen aufweisen, die nicht ausreichend von den Emissionszyklen abgedeckt sind. Da gibt es vor allem die Herausforderung, dass die Abgasnachbehandlung nicht selbstständig durchgehend warm bleibt, sondern Maßnahmen ergriffen werden müssen, um sie warm zu halten, um kontinuierlich die hohen Wirkungsgrade in der Konvertierung realisieren können. Das sind genau die Maßnahmen, die jetzt aus dem Nutzfahrzeug auf den Pkw übertragen werden und damit ermöglichen, beim Pkw die Euro 6 final zu realisieren. Teilweise wird hierüber in der Öffentlichkeit sehr undifferenziert diskutiert: Verbrenner gelten tendenziell als schlecht und alles was ohne einen Auspuff am Fahrzeug auskommt, wird grundsätzlich als gut angesehen. Dabei beschränkt sich dieses Schwarz-Weiss-Sehen nicht nur auf den Diesel. Diese Betrachtung greift zu kurz, weil sie weder mindestens die Well-to-Wheel-Bilanz berücksichtigt oder noch besser die Cradle-to-Grave-Betrachtung. Im letzten Fall werden in der Umweltbilanz die Herstellung des Fahrzeugs, dessen Betrieb und Entsorgung sowie die Erzeugung der Antriebsenergie über den gesamten Lebenszyklus berücksichtigt. Beim Thema „lokale Emissionen" haben wir natürlich Sondersituationen, wie den rein innerstädtischen Verkehr. Bei gewissen Arten von Nutzfahrzeugen, etwa für den Verteilerverkehr, ist zu überlegen, ob man hier auf ein lokal emissionsfreies Fahrzeug setzt. Dabei sollte man zwingend mitberücksichtigen, wie nachhaltig und CO2-frei letztlich der Strom erzeugt wird.

Tank-to-Wheel, Well-to-Wheel, Cradle-to-Grave – welcher Studie kann man trauen beziehungsweise welcher Antrieb liegt bei der CO2-Effizienz tatsächlich vorne?

Dr. Pfeifer: Die Randbedingungen für Studien sind häufig so spezifisch, dass sie nicht direkt miteinander vergleichbar sind. Alleine in Europa gibt es in jedem Land einen anderen Strommix mit einem unterschiedlichen CO2-Fußabdruck. In Studien, die einen französischen Strommix ansetzen, kommt man zu ganz anderen Werten als beispielsweise in Deutschland. Da es in Frankreich sehr wenig CO2 aus der Stromproduktion gibt, weil fast alles nuklear erzeugt wird, schneiden dort batterieelektrische Antriebskonzepte grundsätzlich besser ab.

Wie ist in Ihrem Unternehmen die Gewichtung oder die Priorisierung der einzelnen Entwicklungsstränge – konventioneller Antriebsstrang, Elektromobilität und als Sonderfall der E-Mobilität die Brennstoffzelle?

Dr. Pfeifer: Unsere Prämisse bei Mahle ist eine duale Strategie. Wir schöpfen die bestehenden Antriebstechnologien sinnvoll weiter aus. In vielen Fällen über systemische Ansätze, weil man hier noch viel Potenzial heben kann, etwa an den Schnittstellen zwischen den Komponenten und in der Art und Weise, wie man das Fahrzeug oder einzelne Systeme und Subsysteme optimaler betreibt. Wenn man weiß, wie es richtig geht, kann man über Betriebspunktverschiebung, optimale Auslastung und Temperaturführung in Summe mehr herausholen, als wenn man vielleicht noch irgendwo einen Zehntelprozentpunkt in der Reibleistung über die Optimierung einer einzelnen Komponente holt. Der zweite Aspekt ist das Thema Elektromobilität. Das kann ein batterieelektrischer Antrieb oder auch die Brennstoffzelle sein. Gerade beim Nutzfahrzeug kann die Brennstoffzelle für den Fernverkehr langfristig eine sinnvolle Alternative zum Dieselmotor sein. Zwischenzeitlich sehen wir aber auch gute Chancen für Gas, also LNG. Dafür ist die Grundtechnologie, nämlich der Verbrennungsmotor, vorhanden. Für die Langstrecke ist Gas eine sehr gute Brückentechnologie, um über das andere Kohlenstoff-Wasserstoffverhältnis der Kraftstoffe den CO2-Ausstoß zu limitieren. Mit dem stöchiometrischen Gasmotor sind auch niedrigste NOx-Emissionen unter allen Betriebsbedingungen leichter zu beherrschen als beim Dieselmotor. Langfristig sehen wir dann die Brennstoffzelle.

Der Weg dorthin ist für uns kein kompletter Umbruch, wir verzeichnen sehr viele Synergien bei den unterschiedlichen Antriebskonzepten. Viele der systemischen Fragestellungen sind identisch, lediglich der Energieträger und die Art und Weise, wie man den Antrieb realisiert, sind unterschiedlich.

Mehr als 50 Prozent Wirkungsgrad beim Dieselantrieb sind möglich. Haben Sie eine grobe Einschätzung, wo wir mittel- bis langfristig tatsächlich landen?

Dr. Pfeifer: Wir sehen beispielsweise an den sogenannten Supertruck-Programmen, die es in den USA schon seit mehreren Jahrzehnten gibt, aber auch in China und der EU, dass Werte von deutlich über 45 Prozent reproduzierbar erreicht werden können. Natürlich müssen dann alle Technologien auch in Kombination angewandt werden. Das ist ein komplexer und damit auch nicht kostengünstiger Antrieb. Die Technologien sind im Grunde bekannt, die Technologiepakete auch. Jetzt geht es darum, diese auch wirklich in Serie zu bringen. Dabei muss vor allem das Kosten-Nutzen-Verhältnis optimal sein, weil das Nutzfahrzeug ein Investitionsgut ist.

An welches Paket denken Sie da genau? Was umfasst das?

Dr. Pfeifer: Das Paket umfasst beispielsweise das Thema Rightsizing. Das betrifft zum einen die Verwendung des in Größe, Leistungsvermögen und spezifischer Leistung richtigen Motors für die jeweilige Anwendung; zum anderen auch die Kombination mit dem optimalen Getriebe und Antriebsstrang für die spezifische Anwendung. Auf der Motorseite geht es darum, sämtliche Verluste weiter zu limitieren. Das fängt bei Ladungswechsel und Verbrennung an, wobei der richtige Kompromiss zwischen verbrauchsoptimaler Verbrennung und dadurch erhöhten NOx-Abgasnachbehandlungsmaßnahmen gefunden werden muss. Bei den mechanischen Verlusten geht es um die weitere Absenkung der direkten Reibungsverluste, also durch optimale Kolbenform, Verringerung der Reibung in Lagerschalen und zwischen den Ringen und Laufbuchsen. Selbst an den kleinen Kontaktflächen im Ventiltrieb gibt es noch Potenzial für weitere Reibleistungsoptimierung. Eine weitere Maßnahme zur direkten Reduktion der Reibleistung ist der Einsatz von niedrigviskosen Schmierölen. Hier dienen unsere Motorkomponenten, die dafür mit neuen Beschichtungstechnologien ausgestattet sind, als „Enabler", also als „Ermöglicher" für die Verwendung dieser extrem dünnflüssigen Öle, ohne dass erhöhter Verschleiß oder gar ein Schaden auftritt. In Summe können wir mit diesen Maßnahmen den Motorwirkungsgrad im kleinen einstelligen Bereich erhöhen.

Das klingt nach nicht viel Zugewinn. Stehen hier Kosten und Nutzen in einem vernünftigen Verhältnis?

Dr. Pfeifer: Alle Maßnahmen, die zum Beispiel in Richtung Reibungsreduktion gehen, rechnen sich definitiv. Hier liegt der Aufwand letztlich in der geänderten Ausführung der Bauteile. Es geht hier nicht um große Geometrien, sondern um sehr kleine Strukturen. Das macht in der Herstellung sehr wenig Unterschied. Das Delta an Kosten ist entsprechend klein, aber die Wirkung ist messbar. Hier ist die richtige Kombination solcher Maßnahmen entscheidend. Mit dem richtigen Maßnahmenpaket, passend zum Anwendungszweck, erzielt man im Betrieb diese Vorteile. Dabei geht es nicht darum sie auf dem Papier, in einzelnen Betriebspunkten oder in entsprechenden Tests nachzuweisen, sondern im täglichen Kundenbetrieb. Bei der Reibleistungsbetrachtung muss auch das Temperaturverhalten berücksichtigt werden. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, die Kaltlaufphasen sehr kurz zu halten und die Bauteil-Temperaturen der einzelnen Motorbereiche optimal einzustellen. Eine einheitliche Kühlmitteltemperatur für den Zylinderkopf und für den Liner ist zum Beispiel nicht der Idealzustand. Vielmehr ist es ratsam, den thermisch hochbelasteten Kopf etwas kühler zu gestalten und den Liner etwas wärmer, um das Öl im Linerbereich dünnflüssiger zu machen und darüber die Reibung noch weiter abzusenken. Bei Neukonstruktionen hat es sich bewährt, die Kühlkreisläufe zu trennen und nach Bedarf unterschiedlich stark zu durchströmen. Dadurch kann auch die Antriebsleistung der Wasserpumpe gesenkt werden. Darüber hinaus kommen noch all die anderen Maßnahmen zum Tragen, bei denen man Nebenaggregate bedarfsgerecht verwendet. In den meisten Nutzfahrzeugmotoren gibt es noch Ölpumpen, die nicht bedarfsgeregelt sind. Sie sind für den Maximalbedarf dimensioniert: hohe Volumenströme bei niedrigen Drehzahlen und hohen Motorlasten. Für höhere Drehzahlen sind diese deutlich überdimensioniert. Bis dato regelt man die Überförderung ab. Wir haben die Ölpumpe anders realisiert und als Pendelschieber-Ölpumpe im Programm. Damit wird der Ölvolumenstrom passend zu den Last- und Drehzahlanforderungen des Motors individuell geregelt. Das ist ein kleiner Baustein, der aber in Summe im Ölsystem seinen Beitrag liefert, um weniger Verlustleistung zu erzeugen. Analog kann man das, wie zuvor erwähnt, bei der Wasserpumpe machen oder anstelle eines Visco®-Lüfters den Lüfter mit einem elektrischen Lüfterantrieb wirklich bedarfsgerecht betreiben. Das sind die Trends, die letztlich dazu führen, den Motor von seinen mechanisch angetriebenen Nebenverbrauchern zu befreien und diese über ein 48-Volt-Bordnetz elektrisch bedarfsgerecht zu versorgen. In Zukunft wird es viel stärker um Energieflüsse und die Energiebalance zwischen den verschiedenen Systemen gehen, die in einem Lkw aktiv sind. Dabei ist das 48-Volt-Bordnetz ein deutlicher Sprung nach vorne, um Nebenaggregate mit hoher Leistungsaufnahme bedarfsgerecht elektrisch zu versorgen. Auf 48-Volt-Basis kann man sich auch eine elektrische Lenkhilfe, eine elektrische Lenkung oder einen elektrischen Luftpresser vorstellen.

Das sind alles Themen, die nicht neu sind. Solche derart optimierten Nebenverbraucher hat man schon auf vergangenen IAA-Ausgaben gesehen. Auch von einem 48-Volt-Bordnetz spricht man schon eine Weile, doch es fehlt an Serienlösungen. Wo ist das Problem?

Dr. Pfeifer: Man muss diesen Schritt konsequent gehen. Damit man ein 48-Volt-Netz einführen kann, müssen alle 48-Volt-Komponenten verfügbar sein. Man braucht einen richtig dimensionierten Energiespeicher, Generatoren, Starter und alle elektrischen Nebenaggregate von denen ich gesprochen habe. Damit das dann auch wirklich sinnhaft wird, muss man zeitgleich den Motor um seine mechanischen Auxiliaries erleichtern. Wird das 48-Volt-Bordnetz um ein KERS, ein kinetisches Energie-Rückgewinnungssystem mit elektrischem Speicher, ergänzt, erhält man einen 48-Volt-Hybrid, der Beschleunigungsvorgänge aktiv unterstützt. Integriert man dann noch ein e-WHR-System, kann man einen Teil der Abwärmeenergie, der sonst ungenutzt mit dem Abgas über das Endrohr in die Umwelt entweicht, dem 48-Volt-Bordnetz zur Verfügung stellen.

Mit dem WHR-System wollen Sie drei bis fünf Prozent an Antriebseffizienz holen. Das ist vergleichsweise eine ganze Menge. Wie wichtig ist dieser Baustein für die Strategie?

Dr. Pfeifer: Wenn man die Verbrauchspotenziale für jede einzelne Komponente betrachtet, wird schnell klar, dass das WHR-System das Hardwarepaket ist, mit dem man auf einen Schlag den größten Einzelbeitrag liefert. Das System kann – je nach Betriebspunkt – drei bis fünf Prozent Verbrauchspotenzial erreichen. Die Integration eines WHR-Systems in einen Truck ist eine umfangreichere betriebswirtschaftliche Entscheidung als die inkrementelle Modifikation einer Einzelkomponente. Die geplante europäische Gesetzgebung für Nutzfahrzeuge schreibt für 2025 minus 15 Prozent CO2-äquivalente Kraftstoffverbrauchsreduktion vor und für 2030 minus 30 Prozent jeweils vom Status 2019. Damit wird klar: Um diese Ziele zu erreichen, müssen alle Möglichkeiten ausgeschöpft werden. Die Fahrzeughersteller werden sich stärker auf das Komplettfahrzeug konzentrieren als bisher. Das heißt auch: Es wird keine einzige Maßnahme ausgespart bleiben, um die minus 30 Prozent zu realisieren. Neben innermotorischen Maßnahmen werden also auch Aerodynamikmaßnahmen ganz stark kommen. Eine interessante Frage ist, ob für den erwarteten Schritt im Jahr 2030 auch Betriebsweisen wie Platooning angerechnet werden dürfen.

Welchen Anteil von den 15 Prozent kann ein Unternehmen wie Mahle bis zum Jahr 2025 übernehmen?

Dr. Pfeifer: Wir können, abhängig von der Ausgangsbasis, im und rund um den Dieselmotor mit unseren Komponenten und Systemen zwei bis drei Prozent holen. Mit dem WHR-System sind es weitere drei bis fünf Prozent, wenn man es mit einem KERS kombiniert. Beim elektrischen Speicher des KERS gibt es entweder die Möglichkeit, diesen als Batteriespeicher, als Supercap-Speicher oder als eine Kombination auszuführen. Letzteres halte ich für die intelligenteste Lösung.

Wenn ich jetzt die idealen Werte addiere, dann komme ich auf elf Prozent.

Dr. Pfeifer: Ja, wenn man alles rein summarisch addiert. Leider wird keine Lkw-Basis je so sein, dass alle Maßnahmen simpel addiert werden können. Aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung der Effekte sind etwa zwei Drittel des Summenwertes realistisch erreichbar.

Aber auch das ist ein respektabler Wert. Wie werden sich gleichzeitig die Kosten für den Antriebsstrang verändern?

Dr. Pfeifer: Seit jeher betrachten wir immer auch die Kosten unserer Produkte sehr intensiv – und haben nicht nur eine reine technische Weiterentwicklung betrieben. Zudem gibt es natürlich die Vorgabe der OEMs, den Produktpreis kontinuierlich zu optimieren. Dem stellen wir uns auch. Wir erwarten, dass durch eine Emissionsgesetzgebung oder eine CO2-Gesetzgebung trotz zunehmender Komplexität der Fahrzeuge die Komponenten- oder Systemkosten der bestehenden Bauteile nicht weiter steigen werden.

Mit Einführung von Euro 6 ging eine Preiserhöhung von durchschnittlich 10.000 Euro bei einem Fernverkehrs-Lkw einher, also eine Steigerung von rund zehn Prozent. Das erwarten Sie im Zuge der CO2-Diskussion also nicht?

Dr. Pfeifer: Die Fahrzeuge werden komplexer und wir erwarten nicht, dass sie in der Anschaffung kostengünstiger werden. Es wird vor allem sehr viel beim Thema Funktionalität, Software, Ansteuerung für die optimale Nutzung hinzukommen. Dadurch werden die Fahrzeuge tendenziell in der Anschaffung sicher nicht günstiger, aber sie werden im Betrieb effizienter. Die Mehrkosten werden also durch günstigere Betriebskosten kompensiert.

Mahle war nicht das einzige Unternehmen, das an einem WHR-System geforscht hat. Es ist aber bislang das einzige Unternehmen, das ein solches System seriennahe entwickelt hat. Woran liegt das?

Dr. Pfeifer: Der bestimmende Faktor für eine Serieneinführung eines WHR war für viele bisher eine reine TCO-Betrachtung über das Thema Kraftstoffpreis. Die Erwartungshaltung vor drei bis fünf Jahren war, dass der Dieselkraftstoff einen kontinuierlichen Preisanstieg erleben wird. Dann hätte sich das WHR-System aufgrund der Kraftstoffersparnis sehr schnell gerechnet, mit einem Return-on-Invest von einem oder eineinhalb Jahren. Die Kraftstoffpreise sind jedoch nicht in dem Maß gestiegen wie angenommen. Es gibt aber noch einen weiteren Treiber, der das Thema beeinflusst: die Gesetzgebung. Wenn die Gesetzgebung CO2-Senkung in deutlich größerem Maße als bisher vorschreibt, dann ist das WHR-System ein sehr guter Schritt in die richtige Richtung. Wir haben uns mit dem Thema kontinuierlich beschäftigt, weil wir gewusst haben, wie schwierig eine reine TCO-Betrachtung eines WHR-Systems ist. Deshalb haben wir überlegt, was wir an dem System optimieren müssen, um zu einem Return-on-Invest innerhalb von 24 Monaten zu kommen. Unser großer Schritt nach vorne: Wir haben das WHR-System in eine kompakte Box gebracht und den 48-Volt-Stromausgang als Schnittstelle zum Lkw zur Verfügung gestellt. Das fällt mit der absehbaren Verfügbarkeit von 48-Volt-Bordnetzen zusammen. Damit ergeben sich zwei gute Gelegenheiten, die sich zu einer noch besseren Kombination zusammenfügen.

Was heißt absehbar, wann rechnen Sie mit Fahrzeugen, die über ein 48-Volt-Bordnetz verfügen?

Dr. Pfeifer: Ich gehe davon aus, dass dies Fahrzeuge des Modelljahres 2024 sein werden. Das sind die Fahrzeuge, die aktuell definiert werden.

Sie sagten, dass für das WHR-System ein Speicher, der eine Kombination aus Batterie und Supercaps darstellt, das Beste wäre. Können Sie hier noch ins Detail gehen?

Dr. Pfeifer: Grundsätzlich ist die Art der Speicherung elektrischer Ladungen in Supercaps und Batterien unterschiedlich. Daraus ergibt sich, dass die Leistungsdichte einer Batterie, also wie viel Kilowatt man pro Zeiteinheit abrufen oder einspeichern kann, nicht so hoch ist wie bei Supercaps. Umgekehrt verhält es sich mit der Energiedichte, hier ist klar die Batterie im Vorteil. Beim hochdynamischen Fahren sind eher Speicher mit Supercap-Eigenschaften bevorzugt. Wenn man längere Strecken mit elektrischer Energie fahren möchte, sind eher batterieelektrische Speicher von Vorteil. Beim Beispiel Stadtbus, mit dem man häufig und regelmäßig aus Haltestellen heraus beschleunigt, aber oft auch wieder rekuperiert, weil man immer wieder verzögert und in die Haltestelle hinein bremst, ist das Thema Supercap der tendenziell bessere Ansatz. Für Fahrzeuge, die längere Strecken elektrisch fahren müssen und dabei keine so hohe Dynamik im Antrieb haben, sind Batterien der bessere Ansatz.

Werden wir dann eine weitere Diversifizierung der Nutzfahrzeuge erleben?

Dr. Pfeifer: Das glaube ich nicht. Um die Variantenvielfalt zu beherrschen, wird es in der Bestelloptionsliste eines Fernverkehr-Lkw wohl nicht die Wahl zwischen Energiespeicher mit einem Mix A, B oder C geben. Aber es wird unterschiedliche Ausprägungen entsprechend der Anwendung geben, beispielsweise danach, ob es ein Fernverkehr-Lkw oder ein Müllsammelfahrzeug ist.

Für welche Nutzfahrzeuggattungen bietet ein WHR-System überhaupt Potenzial?

Dr. Pfeifer: Das WHR-System ist dann sinnvoll, wenn es über längere Zeit eine größere Menge an thermisch nutzbarer Energie im Abgassystem gibt. Damit schränkt sich naturgemäß die Anwendung ein. Sie können davon ausgehen, dass an dieser Stelle eher Fernverkehrsfahrzeuge, Schwerlastfahrzeuge und andere Fahrzeuge mit einer hohen Auslastung über eine längere Strecke, zum Beispiel ein Mobilkran, ein WHR-System haben werden. Fahrzeuge, die tendenziell sehr hohen Schwachlastbetrieb haben und nur selten und für kurze Zeit am Stück eine hohe Leistung abgeben müssen, sind eher nicht prädestiniert für den WHR-Einsatz.

Lange waren die Konstruktion und insbesondere das Betriebsmedium von WHR-Systemen umstritten. Warum haben Sie sich für Ihr Betriebsmedium und die spezielle Funktionsweise entschieden?

Dr. Pfeifer: Alle, die sich mit dem Thema WHR beschäftigt haben, haben auch viele Varianten an Betriebsmedien untersucht und gesehen, welche Wirkungsgrade man mit welchem Betriebsmedium holen kann. Wir haben gesehen, dass uns der Wechsel von Ethanol zu Cyclopentan eine Wirkungsgradsteigerung um 0,5 bis 0,8 Prozentpunkte bringen kann. Die besondere Systemkonfiguration unseres elektrischen WHR (e-WHR), nämlich alles in eine Box zu bringen und aus dieser heraus elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, kommt daher, dass wir ein modulares System haben wollten. Dieses Modul kann an jeden Lkw angebaut werden kann und bedeutet deutlich weniger Integrationsaufwand für den OEM. Zusätzlich liegen alle medienführenden Bauteile innerhalb der Box und sind somit gut geschützt. Das Modul als solches kann sehr einfach integriert und platziert werden. Deshalb haben wir uns auch bewusst dafür entschieden, nur eine der potentiellen Wärmequellen am Verbrennungsmotor anzuzapfen, nämlich das Abgas nach der Abgasnachbehandlung. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die AGR-Strecke mit einem Wärmeübertrager zum WHR-Medium zu versehen, um weitere Wärme abzuziehen. Weil die AGR-Strecke wie alle anderen Bauteile, die man vor einer Abgasnachbehandlung in den Abgasstrang einbringt, emissionsrelevant ist, bedeutet das automatisch deutlich komplexere Schnittstellen zur Motorsteuerung, zur OBD, zu Function and Safety. Wir haben an dieser Stelle zugunsten geringerer Komplexität und leichterer Integrationsfähigkeit auf maximal einen zusätzlichen halben Prozentpunkt Wirkungsgrad verzichtet. Den AGR-Wärmekreis zu integrieren, ist jedoch konzeptionell vorgesehen.

Sie haben weiterhin ehrgeizige Ziele mit der Box. Sie soll bald nicht breiter als ein DIN-A4-Blatt sein.

Dr. Pfeifer: Ein DIN-A4-Blatt ist natürlich nur „zweidimensional". Die Breite dieser Box wird etwa 22 Zentimeter haben, bei einer ähnlichen Länge von ungefähr einem Dreiviertelmeter.

Wie ändert sich dann das Volumen?

Dr. Pfeifer: Das Volumen wird entsprechend kleiner. Die Grundfläche wird in der Breite schmaler, die Höhe und Tiefe werden in etwa gleich bleiben, weil wir in der Lage sind, die Komponenten noch besser zu packagen und, weil wir die Funktionsintegration vorantreiben. Zum Beispiel vereinen wir Medienpumpe und Expander zu einer baulichen Einheit. Das ermöglicht, die Box innerhalb der Rahmenlängsträger des Lkw zu integrieren. Damit steht auf der Außenseite weiterhin der Bauraum für die großen Kraftstoff-Langstreckentanks und den Adblue-Tank zur Verfügung.

Werden Sie der erste sein, der ein serienreifes System präsentiert?

Dr. Pfeifer: Das könnte sein. Wir haben das e-WHR-System nicht nur für unseren Demonstrator entwickelt; es ist nahe an einer Serienlösung. Wir werden für die Industrialisierung sicher noch das eine oder andere optimieren. So wollen wir die angesprochene Verkleinerung des Systems realisieren und mit dem verkleinerten System auf den Markt kommen. Das ermöglicht eine weitere Gewichtsoptimierung und Kostenoptimierungspotenziale.

Interessanterweise ist diese Weiterentwicklung des Dieselantriebstrangs ein Treiber für die Hybridisierung. Werden wir mit Hilfe des WHR-Systems künftig eine Hybridisierung von schweren Nutzfahrzeugen erleben?

Dr. Pfeifer: Ja, das e-WHR kann die Einführung von Hybridsystemen unterstützen. Der Begriff Hybridisierung ist ja sehr weit gesteckt. Das kann das angesprochene 48-Volt-System sein, das schwerpunktmäßig auf elektrifizierte Nebenaggregate zielt, aber auch zusätzliche elektrische Energie in den Antriebsstrang zum Vortrieb liefert und in beschränktem Umfang rekuperieren kann. Diese Boost-Funktion sehen wir beim Lkw in der Größenordnung von etwa 25 kW oder 30 kW.

Auf der anderen Seite gibt es die volle Spanne bis hin zum Hochvolt-batterieelektrischen Lkw, der für seinen spezifischen Einsatzfall in einer Niedrigemissionszone oder einer zukünftigen emissionsfreien Zone dann vermutlich die einzige Lösung ist, die dort einfahren darf. Da reden wir dann auch über deutlich größere und schwerere Energiespeicher und gerade beim Nutzfahrzeug sinkt damit das Nutzlast-Verhältnis. Letztlich werden gesetzliche Einfahrtbeschränkungen eine reine TCO-Betrachtung überlagern. Das ist ein Thema, das sich alle OEMs ganz intensiv anschauen, bei ihnen liegt ja auch die Entscheidung, wie sie ihre Fahrzeuge auslegen.

Welche Rolle messen Sie alternativen Kraftstoffen bei? Auch mit Ihnen ließen sich konventionelle Verbrennungsmotoren weiter betreiben. Bei Gasmotoren haben Sie sich für den Einsatz von LNG ausgesprochen. Wir haben im Moment im Wesentlichen zu Ottomotoren umgebaute Dieselmotoren, also mit Fremdzündung. Das wirklich Interessante wäre natürlich die HDPI-Einspritzung. Das Thema ist aus Amerika bekannt. Die Industrialisierung ist scheinbar ein Problem. Wie viel Zukunft hat denn dieses Thema?

Dr. Pfeifer: Ich sehe HPDI als einen wesentlichen Baustein, um den Gasmotor im Nutzfahrzeug wirklich erfolgreich auf den Markt zu bringen und die CO2-Vorteile, die man sich von so einem Gasmotor erwartet, auch entsprechend zu holen. HDPI ist ein Enabler für das Thema Gasmotor im Nutzfahrzeug.

Werden Sie selbst das Thema HDPI mit einer eigenen Entwicklung angehen?

Dr. Pfeifer: Wir sind mit Gas-Direkteinspritzsystemen, auch in Verbindung mit Vorkammer-Brennverfahren, bereits in einer Phase von Pilotanwendungen und Kleinanwendungen. Unser Ingenieurteam bei Mahle Powertrain beschäftigt sich sehr intensiv mit diesem Thema. Der erfolgreiche Einsatz von Vorkammerverfahren mit Gasdirekteinblasung erfolgte bis dato bei Gasstationärmotoren mit der Zielsetzung, dort den Wirkungsgrad klopffrei weiter zu erhöhen. In der Lkw-Anwendung geht es jetzt darum, das Gasdirekteinblase-Konzept sinnvoll auf ein Lambda-1-Brennverfahren für dynamischen Motorbetrieb zu übertragen. Lamdba 1 deshalb, weil dann die Abgasnachbehandlung wenig komplex ausfällt.

Es gibt noch ganz andere Möglichkeiten, um einen Diesel noch CO2-effizienter zu betreiben, zum Beispiel die Verwendung von E-Fuels. Sehen Sie darin eine Chance?

Dr. Pfeifer: Grundsätzlich ist der Dieselmotor bereits heute dafür geeignet, regenerativ erzeugte Kraftstoffe effizient und emissionsarm zu verbrennen. Wenn man einen Dieselmotor ausschließlich mit Synfuel betreibt, kann man durch die engere Spezifikation des Kraftstoffs die Emissionen weiter deutlich senken und auch den Verbrauch tendenziell positiv beeinflussen. Das ist die technische Seite. E-Fuel ist ein Thema, das aber viel komplexer ist. Für welchen Verkehrsträger möchte man mineralischen Kraftstoff teilweise oder ganz durch E-Fuels substituieren? Man kann nicht den kompletten mineralischen Kraftstoff dadurch vollständig substituieren, dazu gibt es bei den regenerativen Energiequellen im Moment noch nicht die Masse. Aber man kann einen Teil davon substituieren und damit jetzt beginnen. Der einfachste Ansatz, um das zu tun: den Überschussstrom, den es aus den regenerativen Quellen gibt und der im Stromnetz nicht abtransportiert werden kann, vor Ort vollständig zu nutzen und daraus E-Fuels herzustellen. Das findet im Moment jedoch leider noch nicht statt.

Ihr Aufgabenbereich bei Mahle ist der Dieselantrieb. Ihre Einschätzung der Brennstoffzelle würde mich gerade deswegen interessieren. In Nordamerika gibt es entsprechende Projekte wie Nikola. Wie schätzen Sie deren Marktrelevanz ein?

Dr. Pfeifer: Vor zwei, drei Jahren hat jeder über das Thema Brennstoffzelle im Lkw gelächelt. Getrieben durch die Diskussionen um lokale Emissionsfreiheit und den CO2-Footprint sehen wir, dass man sich mit dem Thema jetzt intensiv beschäftigt. Die etablierten Nutzfahrzeughersteller sind sehr realistisch, was die Zeitschiene bei der Brennstoffzelle angeht. Aber es gibt keinen, der die Brennstoffzelle als Antriebskonzept ausklammert. Allein schon wegen der Reichweitenanforderungen, die es beim Nutzfahrzeug gibt und die mit batterieelektrischen Antrieben nicht erfüllbar erscheinen. Nur die Brennstoffzelle ist hier eine sinnvolle Lösung für die Langstrecke. Wenn man sich mit einem Nachfolger für verbrennungsmotorische Antriebssysteme auseinandersetzt, dann kommt automatisch die Brennstoffzelle in den Fokus.

Glauben Sie also, dass Nikola-Lkw tatsächlich bald herumfahren werden?

Dr. Pfeifer: Abgesehen von Demonstratoren ist ja bekannt, dass beispielsweise Anheuser-Busch eine Flotte bestellt hat. Wir werden sehen, wie gut das im täglichen Betrieb funktionieren wird. Entscheidend wird die Verfügbarkeit und Funktion der erforderlichen Infrastruktur sein, weil gerade das Betanken und Betreiben mit Wasserstoff eine deutlich andere Infrastruktur und auch eine etwas andere Handhabung voraussetzt. Ich bin gespannt darauf, wie sich das etabliert.

Sie sind ein weltweit agierender Zulieferer. Wo würden Sie die Lkw-Industrie von Europa oder Deutschland in einer Innovationsskala verorten?

Dr. Pfeifer: Europa ist definitiv die Speerspitze. Die europäischen Nutzfahrzeughersteller schauen sich ganz intensiv an, ob neue Technologien oder neue Ideen wirklich umsetzbar sind. Entscheidend ist, dass neue Technologien auch in der Anwendung funktionieren. Ein europäisches Nutzfahrzeug muss ein Fahrzeug sein, das in Deutschland und Marokko genauso gut funktioniert wie in Russland. Für neue Technologien wie die Brennstoffzelle ist es natürlich deutlich leichter, wenn man nur im Liniendienst auf einer abgesicherten Strecke verkehrt. Das ist zwar ein erster entscheidender Schritt zu einer Innovation, für OEMs ist es aber entscheidend, dass sie eine Technologie nur dann flächendeckend einführen können, wenn sie unter allen klimatischen Bedingungen funktionieren –auch da, wo keine Wartung durch ein hochqualifiziertes Serviceteam vor Ort jederzeit abrufbar und verfügbar ist.

Innovativ ist also der, der ein Gesamtkonzept entwickelt und von A bis Z durchdenkt?

Dr. Pfeifer: Ja, denn Innovation ist eine in der Realität erfolgreich wirtschaftlich umgesetzte Idee.

Aus Ihrer Warte ist es also so, dass das viel gescholtene Europa im Vergleich zu China mit seinen vielen batterieelektrischen Fahrzeugen innovativer ist?

Dr. Pfeifer: China hat als Markt ganz andere Randbedingungen. Wenn ein Staat sehr schnell Vorgaben machen kann, an die sich jeder halten muss, reagieren natürlich auch die Hersteller entsprechend schnell. Das sehen wir für unseren e-WHR als Chance. Es kann durchaus sein, dass die erste Serienanwendung bei einem chinesischen OEM erfolgt. Ich schätze es aber sehr, dass wir hier in Europa die Freiheit der Technologie genießen. Dadurch öffnet man vor dem Hintergrund von Zielvorgaben bezüglich Emissionen, Verbrauch, Lebensdauer und Sicherheit den Wettbewerb zwischen Technologien. In diesem werden sich letztlich die besten Technologien durchsetzen.

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