Graafmachines en laadschoppen (bouw)

Conventioneel (benzine, diesel, LPG)

Bijna alle conventionele graafmachines en laadschoppen gebruiken diesel als brandstof. Graafmachines en laadschoppen worden vaak intensief gebruikt en zijn vaak vele uren per dag operationeel. Dit vertaalt zich in een grote energievraag, die niet eenvoudig door andere energiedragers gerealiseerd kan worden. Graafmachines variëren van minigravers van 1 ton tot rupsgraafmachines van 90 ton.

Gasvormig (CNG, LNG)

Een aantal partijen in de markt werkt aan een onderzoek naar de potentie van vloeibaar aardgas (LNG) in bouwmaterieel. Vergeleken met diesel zou LNG minder uitstoot veroorzaken, minder geluid reduceren en goedkoper zijn. Een praktijktest moet gaan uitwijzen of dit ook werkelijk zo is. Het initiatief wordt ondersteund door onder andere BMWT, Etec Grondverzetmachines en SVMP, de opleidingstak van Het Zwarte Corps [BouwMachines, 2018].

Elektrisch

Natuur & Milieu heeft onlangs samen met BMWT (de branchevereniging van leveranciers van bouwmachines, magazijninrichtingen, wegenbouwmachines en transportmaterieel) een overzicht gemaakt van de beschikbare en aangekondigde modellen elektrische machines in het zware segment. Beschikbare elektrische modellen zijn [N&M, 2019]:

• Laadschoppen op banden (<8 ton en <10,5 ton);
• (Mini-)graafmachines (<10 ton);
• Graafmachines op banden (<11,5 ton);
• Graafmachines op rupsen (elektrisch <23 ton, hybride <33 ton of met voedingskabel zelfs < 120 ton);
• Overslagmachines (breed beschikbaar, vooral met voedingskabel);
• Hijskranen die volledig elektrisch kunnen rijden en opereren (max. last 7 ton). In sommige sectoren zoals havens zijn deze altijd elektrisch. Op bouwplaatsen is de uitdaging om daar een zware 100-200 kW kabel naar toe te leggen. In de praktijk gebeurt dit nog weinig. Vaak vinden de werkzaamheden op afgelegen locaties plaats. Bovendien moeten de benodigde kabels zwaar uitgevoerd zijn vanwege de gewenste hoge vermogens en zijn ze kostbaar. Ook is het niet eenvoudig om dergelijke hoog belaste aansluitingen zomaar te realiseren;
• Ook in het kleine compacte segment (minigravers, trilstampers en trilplaten) is er ruim aanbod aan elektrisch werkmaterieel;
• Daarnaast zijn generatoren en bronbemalingspompen elektrisch beschikbaar.

Wat opvalt is dat er langzamerhand een aanbod aan kleine elektrische bouwmachines (onder de 20 ton) ontstaat en groeit. Deze worden alleen nog niet veelvuldig gebruikt [TNO, 2020]. Dit komt onder andere door de hogere aanschafprijzen en beperkte laadinfrastructuur, maar ook door de onwetendheid en onzekerheid van bouworganisaties. Daarnaast zorgen recente ontwikkelingen, zoals de landelijke stikstofcrisis, ervoor dat de vraag naar grote elektrische bouwmachines aanzienlijk toeneemt.

Grote elektrische bouwmachines zijn daarentegen nog zeer beperkt beschikbaar op de markt. In [TNO, 2020] is gekeken naar de haalbaarheid van een grote elektrische graafmachine, op basis van een 26 tons Caterpillar 326 F/L rupsgraafmachine met C7.1 ACERT dieselmotor (zie onderstaande figuur). In de studie wordt geconcludeerd dat een batterijpakket en aandrijfsysteem, waarmee aan de gemiddelde dagelijkse energievraag kan worden voldaan⁹, technisch mogelijk is en economisch een aantrekkelijk alternatief kan bieden. Zowel het batterijpakket als de aandrijflijn is inpasbaar in het beschikbare volume en zal niet of nauwelijks leiden tot een toename van het gewicht. Vervolgens heeft Caterpillar recent in samenwerking met dealer Pon een prototype 25 tons graafmachine (type: Caterpillar 323 F Z-line) ontwikkeld met een 300 kWh batterij, waarmee vijf tot zeven uur achtereen gewerkt kan worden. Het opladen van de batterijen duurt normaliter een hele nacht, maar kan met de snellader fors worden ingekort tot een half uur, bijvoorbeeld tijdens lunchtijd [GWWTotaal, 2019].

Figuur 3: Caterpillar 326 F/L rupsgraafmachine [TNO, 2020]

Er zijn ook enkele pilots en concepten, zoals bijvoorbeeld de wals van BAM (zie onderstaande figuur). BAM heeft in 2020 ’s werelds eerste elektrische 10-12 ton wals gebouwd en in gebruik genomen. Waar het lastig is om zwaar materieel te elektrificeren, leent een wals zich daar beter voor. Die hoeft niet keer op keer een zware last te hijsen of continu te graven in een bouwput. De wals heeft alleen energie nodig om te rijden en te sturen, net als een personenauto. De wals is natuurlijk wel zwaarder dan een gemiddelde auto, maar hij hoeft geen rijbereik van honderden kilometers te hebben om zorgeloos op de eindbestemming te komen. Met een volgeladen accu is de wals acht uur inzetbaar; opladen duurt drie tot vijf uur.

Figuur 4: Volledig elektrische wals van BAM

Waterstof

De Rijksoverheid heeft in het kader van de DKTI-regeling een subsidie toegekend aan de ontwikkeling van een bouwmachine op waterstof [RVO, 2019]. Met deze subsidieregeling wordt ook een waterstof-powerpack voor mobiele werktuigen ontwikkeld, die worden ingezet in een vijftal veegmachines. Daarnaast is Hyundai bezig met het ontwikkelen van een waterstof graafmachine, die in 2023 in productie moet gaan [Hyundai, 2020].

Vloeibare biobrandstoffen (hoge mixen)

100% HVO is een goed alternatief voor diesel, mits de motor door de fabrikant is vrijgegeven voor EN15940-brandstoffen. JCB geeft bijvoorbeeld aan dat GTL en HVO zijn toegela­ten, maar noemt geen series. Voor Caterpillar geldt dat zij inmiddels de motoren van de laatste generatie (Stage V) hebben vrijgegeven. Bij oudere motoren wordt nog onderzocht of het gebruik van HVO/GTL mogelijk is. Caterpillar geeft in eigen documenten aan dat een minimum dichtheid van 800 gram per liter hiervoor noodza­kelijk is. HVO heeft een dichtheid van 780,5 gram per liter. Dit maakt het onwaarschijnlijk dat oudere motoren hiervoor geschikt zijn. Liebherr geeft helder aan dat zolang er af-fabriek geen officiële vrijgave is, de brandstof niet is toe­gestaan [Grondig, 2018].

⁹430 kWh batterijcapaciteit en een elektromotor met 150 kW continue vermogen en 300 kW piekvermogen.