Einsatz einer wasserstoffberiebenen Flurförderzeugflotte unter Produktionsbedingungen: Herausforderungen, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit

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1 Einsatz einer wasserstoffberiebenen Flurförderzeugflotte unter Produktionsbedingungen: Herausforderungen, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit 18. VDI-Flurförderzeugtagung R. Micheli M.Sc., Lehrstuhl fml Dipl.-Ing. M. Hanke, AG

2 2,5t & 3,5t Projektziele Entwicklung und Einsatz von H 2 -Gabelstaplern und H 2 -Schleppern Aufbau der ersten H 2 -Indoor-Betankungsanlage für FFZ in Deutschland Erforschung der Leistung und Belastung von H 2 -FFZ und Infrastruktur Erforschung der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit von H 2 -Flurförderzeuge FFZ = Flurförderzeuge Seite 2

3 Einsatzort H 2 -Flurförderzeuge Lackiererei Karosseriebau Presswerk Kohlefaserverstärkter Kunststoff Technologie Montage -i Montage Technologie Karosseriebau -i H2IntraDrive Technologie Exterieur Komponenten -i Staplerbereich H 2 -Dispenser H 2 -Betankungsanlage Routenzugbereich Seite 3

4 H 2 -Betankungsanlage Seite 4

5 H 2 -Dispenser Seite 5

6 Vorteile Brennstoffzellenbetrieb Brennstoffzelle Wasserstoff + Sauerstoff Strom und Wasser Keine direkten Emissionen, Wasser ist einziges Reaktionsprodukt Schnelle Betankung Kein Batterieladeraum Kein aufwändiger Batteriewechsel Seite 6

7 Konstruktive Änderungen Lüftungsquerschnitte notwendig Modifikation des Rahmens & Batterietür Integration Zusatzgewicht Tankklappe mit Wegfahrsperre H 2 -Betankungsnippel Reaktionswasser ggf. Kommunikation ggf. Erdung Seite 7

8 Betriebsstunden nach kg H 2 -Verbrauch > Bh > Bh Seite 8

9 Verfügbarkeit: Anzahl Störungsmeldungen h 115h 186h 380h Für industriellen Einsatz sind Standby-Systeme & Full-Service Partner vor Ort notwendig Seite 9

10 Ökologische Nachhaltigkeit Ökobilanz (LCA) Quelle: DIN Ziel: Gegenüberstellung H 2 -FFZ mit Elektro-FFZ Untersuchungsrahmen: Cradle to Grave (Rohstoffgewinnung Entsorgung) 3,5t Gabelstapler und 3t Routenzugschlepper Funktionelle Einheit Lebensdauer Flurförderzeug Daten für Sachbilanz: LindeMH Lieferanten Servicepartner Gabi-Datenbank Literatur Wirkungsabschätzung: Gabi-Software Treibhauspotential (GWP 100) Eutrophierungspotential (EP) Luftversauerungspotential (AP) Photoch. Ozonbildungspotential (POCP) Primärenergiebedarf aus nicht reg. Ressourcen (PEne) FFZ = Flurförderzeuge Seite 10

11 LCA-Einflussfaktoren auf Betrachtungsphasen Rohstoffproduktion Rohstofftransport Herstellung Distribution Betriebsphase Transport Entsorgung/ Recycling Power Unit Power Unit Service & Wartung Energieverbrauch Flurförderzeug Flurförderzeug Flurförderzeug Power Unit Ersatz- Batterien Verschleiß -teile Herstellung Flurförderzeug Emissionen aus Rohstoffgewinnung, Herstellung und Recycling (u.a. Gutschriften) Herstellung Power Unit Emissionen aus Ersatzbatterien, Rohstoffgewinnung, Herstellung und Recycling (u.a. Gutschriften) Transport Emissionen aus Rohstofftransport, Distribution und Transporte Service und Wartung Emissionen aus Service und Wartung sowie Verschleißteile (z.b. Reifen, Gabelzinken) Betrieb Emissionen aus Herstellung Energieträger (z.b. Dampfreformierung Wasserstoff) Seite 11

12 LCA-Vergleich Gabelstapler konventionelle Energiepfade 100% 90% 80% 100% 97% E-Gabelstapler FC-Gabelstapler 84,2% 81,9% Rahmenbedingungen Flurförderzeug Lebensdauer Flurförderzeug LindeMH h 70% 60% Standstunden VDI Verbrauch Standverbrauch h 9,8 kwh/h 0,01 kwh/h 50% Stromherstellung Strom-Mix Deutschland 40% Wirkungsgrad Batterieladung 84% 30% 20% 10% 0% Gesamt 5,3% 5,6% Herstellung Flurförderzeug 6,8% Herstellung Power Unit 1,6% 1,2% 0,8% Transport 4,9% 4,9% Service und Wartung Betrieb Lebensdauer Batterie Wasserstoffherstellung Wirkungsgrad Brennstoffzelle Lebensdauer Brennstoffzelle h Dampf-Reforming aus Erdgas 45% (LHV) h Emissionen bei Batterieherstellung (3,3 Batterien über Lebensdauer) deutlich höher als bei Brennstoffzelle Höheren Emissionen im Betrieb des H2-FFZ werden durch Herstellung Power Unit kompensiert FFZ = Flurförderzeuge Seite 12

13 Wirtschaftlichkeit Life Cylce Costing (LCC) Dynamische Kostenbewertung durch Kapitalwertmethode Betrachtungszeitraum: Lebensdauer Flurförderzeug Bewertung eines Standardszenario Bewertung verschiedener Szenarien bzw. Sensitivitäten Betrachtungsraum Wasserstoff und Blei-Säure Flurförderzeuge Infrastruktur Flurförderzeug Power Unit Investition Betrieb Entsorgung Seite 13

14 LCC-Methodik Anzahl Flurförderzeuge und Personalkosten 1. Festlegung FFZ-Stunden pro Schicht 2. Anzahl FFZ = FFZ-Stunden pro Schicht Arbeitsstunden pro Schicht x Einsatzverfügbarkeit 3. Personalkosten (PK) = PK FFZ-Stunden + PK weitere Tätigkeiten E-Gabelstapler 3-Schicht 80% 6% 100% Investition Infrastruktur Investition Flurförderfahrzeug Invest Power Unit Service und Wartung Infrastruktur Service und Wartung Flurförderzeug Service und Wartung Power Unit Personalkosten für Flurförderzeugstunden Personalkosten für weitere Tätigkeiten Energiekosten Zinsen Anlagevermögen FFZ = Flurförderzeuge PK =Personalkosten Seite 14

15 LCC-Rahmenbedingungen Standardszenario Gabelstapler Organisatorisches FFZ-Stunden pro Schicht 350 Tage/Jahr [Stück] 220 Schichten pro Tag [Stück] 2 Nettostunden pro Schicht [Stück] 7,25 Energiebedarf FFZ [kwh/bh] 6,35 Auslastung FFZ [%] 65% Ø Geschwindigkeit FFZ [km/h] 10 Lebensdauer FFZ [Betriebsstunden] Batterie [Betriebsstunden FFZ] Brennstoffzelle [Betriebsstunden FFZ] Ladegerät (50Hz) [Jahre] 15 Wechselequipment [Jahre] 15 Stellplätze [Jahre] 15 H2-Infrastruktur [Jahre] 15 Gewichtsangaben FFZ [kg/stück] Batterie [kg/stück] Brennstoffzelle [kg/stück] Batterie Batteriewechsel zentral Anzahl zusätzlicher Wechselbatterien [Stück/FFZ] 1 Personalkosten Ladestation [ /Bh] 18 Fläche pro FFZ [m²] 4 Batteriewechselzeit [min ] / Wartezeit [min] 15 / 0 Ø Anfahrstrecke Batteriewechsel [m] 200 Wirkungsgrad Ladegerät (50Hz) [%] 75 Wirkungsgrad Batterie (ohne EUW) [%] 87 Reduzierung Wirkungsgrad Batterie über Lebensdauer [%] 20 Batteriekapazität [Ah] 775 Nutzbare Batteriekapazität [%] Reduzierung Batteriekapazität über Lebensdauer [%] 20 Wasserstoff Betankungsdauer [min] 2,2 Ø Anfahrstrecke Dispenser [m] 20 Wirkungsgrad Brennstoffzelle [%] 45 Reduzierung Wirkungsgrad Brennstoffzelle über Lebensdauer [%] 14 Tankinhalt Brennstoffzellen System [kg] 1,80 Tankinhalt Nutzbarer Wert [%] 95 FFZ = Flurförderzeuge Bh = Betriebsstunden EUW = Elektrolytumwälzung Seite 15

16 LCC-Vergleich Standardszenario Gabelstapler 100% 100% 90% 80% 81% E-Gabelstapler FC-Gabelstapler 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Summe 5% 9% Investition Infrastruktur 17% 16% 17% Investition FFZ 10% Investition Power Unit 4% 0,4% Wartung Infrastruktur 8% Wartung FFZ 8% 9% 4% Wartung Power Unit 20% 2% PK weitere Tätigkeiten 10% 26% Energie 6% 9% Zinsen Anlagevermögen Personalkosten bei Batterie deutlich teurer (2 Personen an Ladestation + 1,5 Fahrer) Energiekosten bei Brennstoffzelle deutlich teurer Investition und Wartung der Power Unit bei Brennstoffzelle deutlich teurer FFZ = Flurförderzeuge PK = Personalkosten Seite 16

17 Zusammenfassung H 2 -Flurförderzeuge Produktiver Einsatz von H 2 -Flurförderzeugen möglich Full-Service Partner vor Ort notwendig Vorteile Geringer Flächenbedarf Schnelle und sehr einfache Betankung Ökologische Vorteile bei konventionellen Energiepfaden Optimierungspotenziale Geräuschemissionen 80V-System Wirtschaftlichkeit Einfluss Antriebstechnologie auf ca. 20% der Betriebskosten Wirtschaftlicher Betrieb möglich Hohe Lohnkosten oder ungünstige Batterieprozesse Jeder Anwendungsfall muss einzeln geprüft werden Ergebnispräsentation in Leipzig Voranmeldung unter Seite 17

18 Dipl.-Ing. Mark Hanke Linde Matrial Handling GmbH Carl von Linde Platz Aschaffenburg Tel Robert Micheli, M.Sc Technische Universität München fml - Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Boltzmannstr Garching Tel micheli@fml.mw.tum.de Ergebnispräsentation in Leipzig Voranmeldung unter