Alternative Antriebe: Welche Alternativen es gibt?
Mit welchen alternativen Antrieben und Kraftstoffen werden Traktoren und andere Landmaschinen zukünftig fahren? Das ist eine der großen Fragen, die die Landwirtschaft derzeit und in nächster Zukunft bewegt, denn das Ende des fossilen Diesels ist sicher. Die Agritechnica 2025 wird darauf Antworten geben. Auf der Weltleitmesse der Landtechnik werden Hersteller neueste Serien- und seriennahe Entwicklungen präsentieren und den State-of-the-Art der alternativen Antriebssysteme für Landmaschinen zeigen.
Klimaschutzziele mit dem Ziel einer Treibhausgasneutralität bis 2045 fordern eine stetige Minderung der Treibhausgasemissionen auch in der Landwirtschaft. Das bedeutet das absehbare Ende des fossilen Dieselkraftstoffs, von dem derzeit noch etwa zwei Milliarden Liter pro Jahr in der deutschen Land- und Forstwirtschaft verbraucht werden.
Grund genug also, sich mit alternativen Antrieben in der Landwirtschaft zu befassen, also mit Antriebskonzepten, die sich hinsichtlich der Energieart oder konstruktiver Lösungen von den bereits auf dem Markt befindlichen Konzepten unterscheiden. Das Spektrum reicht dabei von Motoren für umweltverträgliche Flüssigkraftstoffe über gasbetriebene Lösungen bis hin zu batterieelektrischen Antrieben.
Die Herausforderung für die Hersteller besteht darin, dass der Einsatz alternativer Antriebe häufig die Maschinenarchitektur hinsichtlich des benötigen Bauraums und des Gewichtes komplett verändert. Um die Bereitstellung alternativer Kraftstoffe sicherzustellen, können darüber hinaus erhebliche Investitionen in die Infrastruktur der landwirtschaftlichen Betriebe verbunden sein. Eine intensive Prüfung muss folglich nicht nur die technischen Herausforderungen betrachten, sondern auch die Hofinfrastrukt
Dieselmotor mit Erweiterungen
Welche alternativen Antriebe und Kraftstoffe sind für landwirtschaftliche Fahrzeuge eine Option und welche sind relevant? Eine Antwort kann darin bestehen, den seit Jahrzehnten bewährten, zuverlässigen und wirtschaftlichen Dieselmotor mit klassischem Antriebsstrang mit Erweiterungen zu kombinieren, und die Effizienz zum Beispiel durch Elektrifizierung oder Hybridisierung zu steigern. Solange bei dieser Option weiterhin fossiler Diesel genutzt wird, ist das CO2-Einsparpotenzial aber verhältnismäßig gering.
Dieselmotor mit alternativen Flüssigkraftstoffen
Deutlich besser fürs Klima ist der Betrieb von Dieselmotoren mit alternativen flüssigen Kraftstoffen mit günstigerer CO2-Bilanz. Als flüssige Alternativkraftstoffe kommen hier vor allem Pflanzenöl, Biodiesel, hydriertes Pflanzenöl sowie synthetische Kraftstoffe infrage. Es gibt in diesem Bereich also mehrere Kraftstoffvarianten. Welche ist für die Zukunft die erfolgversprechendste, denn jeder der genannten Kraftstoffe hat seine Beschränkungen?
Pflanzenöl (Kurzbezeichnung P100) wird chemisch nicht verändert. Eine Maschine mit klassischem Dieselmotor lässt sich nicht einfach mit reinem Pflanzenöl betanken. Aufgrund seiner höheren Viskosität gegenüber herkömmlichem Diesel sind Modifikationen am Motor erforderlich.
Wie ist es um Biodiesel (Fettsäuremethlylester oder kurz FAME, Kurzbezeichnung B100) bestellt, mit dem konventionelle Dieselmotoren betrieben werden können? Eine gängige Variante ist Rapsmethylester (RME) auf der Basis von Raps. Dieser ist aber temperatursensibler als Diesel, was unter anderem Fragen hinsichtlich der Lagerfähigkeit aufwirft.
Basis von hydriertem Pflanzenöl können neben reinen Pflanzenölen auch andere ölhaltige Stoffe wie Abfallfette sein, die mit Wasserstoff zu HVO (Hydrocreated Vegetable Oil) aufbereitet werden. HVO hat ähnliche Eigenschaften wie Dieselkraftstoff. Der Drop-in-Kraftstoff kann in üblichen Dieselmotoren nach Freigabe durch den Motorenhersteller verwendet werden, ohne dass Anpassungen am Motor notwendig sind, und er ist in jedem Mischungsverhältnis mit fossilem Diesel mischbar. HVO gilt deshalb als Hoffnungsträger, um zumindest kurzfristig für Bestandsmaschinen die CO2-Bilanz zu verbessern. Seine überragenden Eigenschaften machen ihn aber auch begehrt, beispielsweise für Baumaschinen und Nutzfahrzeuge, was die Verfügbarkeit einschränkt. Mit bestehenden Produktionsanlagen lässt sich der Bedarf außerdem aktuell nicht decken.
Welche Optionen gibt es noch? Richtet man den Blick etwas weiter in die Zukunft, kommen noch die synthetischen Kraftstoffe ins Spiel. Mit ihnen können neben Diesel- auch Ottomotoren CO2-neutral genutzt werden. Synthetische Kraftstoffe werden mit elektrischer Energie aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt und liegen als gasförmiges (Power to Gas, PtG) oder flüssiges Endprodukt (Power to Liquid, PtL) vor. Ihr großer Nachteil ist aber die enorm energieintensive Herstellung.
Verbrennungsmotor für gasförmige Kraftstoffe
Neben alternativen flüssigen Kraftstoffen für Dieselmotoren gibt es noch gasförmige für Verbrennungsmotoren, primär Methan und Wasserstoff. Beide Kraftstoffarten sind bei Umgebungstemperatur und normalen Drücken gasförmig. Um genügend Energie auf die Maschine zu bekommen, müssen sie komprimiert oder verflüssigt werden.
Methan muss auf unter minus 162 Grad Celsius heruntergekühlt werden, damit es flüssig wird (Liquefied Natural Gas, LNG). Weniger energieaufwendig ist es, Methan zu komprimieren (Compressed Natural Gas, CNG). Flüssiger Wasserstoff (H2) muss noch weit stärker heruntergekühlt werden, verbraucht also noch mehr Energie für die Herstellung. Alternativ kann Wasserstoff auch unter hohem Druck verdichtet und in Drucktanks gespeichert werden.
Da die Energiedichte von Methan und Wasserstoff pro Liter Tankvolumen deutlich geringer ist als die flüssiger Kraftstoffe, werden sehr große Tanks benötigt, um einen langen Arbeitstag zu meistern. Hinzu kommt, dass – wie auch bei den alternativen flüssigen Kraftstoffen – ihre CO2-Bilanz nur bei grüner Herstellung positiv ist. Aktuell ist dies noch sehr teuer.
Elektrische Antriebssysteme
Im Automobilbereich kommt die Elektrifizierung zunehmend in Fahrt. Warum sollte dann in der Landwirtschaft nicht auch alles elektrisch angetrieben werden?
Auf den ersten Blick liegt der Vorteil batterieelektrischer Fahrzeuge (Batterie Electric Vehicle, BEV) auf der Hand, denn der Wirkungsgrad elektrischer Antriebe ist im Vergleich zum Verbrennungsmotor sehr gut. Der Knackpunkt ist der häufig weitaus größere Bedarf an Maschinenleistung in der Landwirtschaft. Im Gegensatz zu einem Pkw, der eine hohe Motorleistung nur zum Beschleunigen und zur Bergauffahrt benötigt, ist ein Traktor bei schwerer Feldarbeit permanent mit einer hohen Auslastung unterwegs und braucht damit auch viel mehr Energie.
Bei Arbeiten mit hohem Energiebedarf über längere Zeit kommt die Batterieelektrik schnell an ihre Grenzen. Um die benötigte Energiemenge auf Großtraktoren oder großen Erntemaschinen für einen Arbeitstag mitzuführen, ohne zwischendurch laden zu müssen, braucht es tonnenschwere Batterien, die teuer sind, viel Platz benötigen und auch die Gefahr der Bodenverdichtung erhöhen. Das macht den batterieelektrischen Antrieb für solche Maschinen unpraktikabel.
Aus diesem Grund kommen nur kleinere, nicht hoch ausgelastete Traktoren oder Landmaschinen mit einer Leistung bis etwa 100 PS für die Batterieelektrik infrage. Beispiele sind Hoftraktoren, Hoflader und Weinbautraktoren. Sie können während der Standzeiten ans Ladekabel angeschlossen werden, um die Batterie wieder zu laden.
Neben batterieelektrischen Fahrzeugen werden auch Brennstoffzellenfahrzeuge (Fuel Cell Electric Vehicles, FCEV) elektrisch angetrieben. Im Gegensatz zur Batterie wird beim Brennstoffzellenfahrzeug der Strom erst auf dem Fahrzeug aus Wasserstoff produziert und kommt nicht aus der Steckdose wie bei BEVs. Ein höheres Gewicht und Platzbedarf, komplexe Technik, eingeschränkte Reichweite und hohe Preise sind bei dieser Technologie die begrenzenden Faktoren.
Fazit
Für die Landwirtschaft kommen unterschiedliche alternative Antriebskonzepte in Betracht. Ein Allround-Antrieb wie der klassische Dieselmotor ist (noch) nicht darunter. Das derzeitige Spektrum reicht von Verbrennungsmotoren mit flüssigen und gasförmigen Alternativkraftstoffen bis hin zu batterieelektrischen Fahrzeugen. Ein herkömmlicher Dieselmotor betriebenmit fossilem Diesel und ausgestattet mit elektrischen Komponenten macht mit Blick auf die CO2-Einsparung hingegen wenig Sinn. Und wie ist es um MultiFuel-Motoren bestellt, die mit fossilem Diesel, Pflanzenöl oder Biodiesel in Reinform oder in beliebiger Mischung betankt werden können? Noch ist offen, welche Technologie bzw. Technologien das Rennen machen werden.
Auf der AGRITECHNICA 2025 werden alternative Antriebe und Kraftstoffe ein wichtiges Thema sein. In Hannover werden dieses Jahr deutlich mehr Serien- oder seriennahe Maschinen zu sehen sein als noch vor zwei Jahren. Sie werden auf großes Interesse stoßen, denn aufgrund der vorgegebenen politischen Rahmenbedingungen führt mittel- und langfristig kein Weg an ihnen vorbei. Aus Kosten- und Handling-Gründen wird sich die Wahl der Landwirte wohl auf ein, zwei Alternativen beschränken, sofern die alternative Antriebstechnik und Kraftstoffe für die Betriebe bezahlbar sind oder sich der Mehrpreis auf andere Weise, etwa durch Fördermaßnahmen, amortisiert.
