MAN hat es sich zur Aufgabe gemacht, den CO2-Ausstoß der verkauften Fahrzeuge bis 2030 deutlich zu reduzieren. Damit das gelingt setzt das Unternehmen unter anderem nach einer intensiven Entwicklungsphase auf eine CO2-Klimaanlage im MAN Lion’s City E. Neben ihrer Umweltfreundlichkeit punktet diese mit einer überzeugenden Effizienz.
Das Thema Nachhaltigkeit treibt MAN Truck & Bus an und um. Das Unternehmen hat sich das Ziel gesetzt, den CO2-Austoß der verkauften Flottenfahrzeuge drastisch zu reduzieren. So soll bis 2030 der Treibhausgasausstoß pro gefahrenem Kilometer der abgesetzten LKW, Busse und Transporter um 28 Prozent gegenüber 2019 gesenkt werden. Bis spätestens 2050 strebt MAN die bilanzielle Treibhausgasneutralität an – also Netto-Null-Emissionen (Net Zero) entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Um dieses Ziel zu erreichen, setzt MAN auf die Antriebselektrifizierung der verschiedenen Baureihen – ebenso wie auf den Einsatz nachhaltiger Kältemittel für die Klimaanlagen. Noch sind in allen Bus-Segmenten weitgehend HVAC-Systeme (Heating, Ventilation & Air Conditioning) auf Basis von synthetischem R134a als Kältemittel üblich, welches durch seinen hohen GWP-Wert (Global Warming Potential) von 1430 den Treibhauseffekt verstärken kann.
Die Umstellung von HVAC-Systemen benötigt einen hohen Entwicklungs- und Validierungsaufwand. Folglich wurden bei MAN Truck & Bus SE für die zukünftige Kältemittel-Strategie intensive wissenschaftliche Analysen durchgeführt. Unterteilt in natürliche und synthetische Kältemittel wurden die natürlichen Kältemittel R744 (CO2) und R290 (Propan) untersucht, aber auch das mittlerweile in der Automobilindustrie großflächig eingesetzte synthetische Kältemittel R1234yf. Bei den Analysen stand neben der Umweltverträglichkeit des Kältemittels insbesondere auch die Effizienz-Verbesserung des HVAC-Systems im Mittelpunkt. Denn gerade bei Bussen hat die HVAC-Technologie einen hohen Einfluss darauf, wie effizient ein Fahrzeug unterwegs ist. Schließlich ist aufgrund des hohen Innenraum-Volumens der Verbrauch der Klimatisierung im Heiz- und Kühlbetrieb entscheidend für die Reichweite elektrisch betriebener Busse.
Analyse der verschiedenen Kältemittel – zu welchen Ergebnissen die MAN Experten kamen
Das synthetische Kältemittel R1234yf kann grundsätzlich als Nachfolger von R134a betrachtet werden, jedoch würde sich weder in punkto Ökologie noch in Bezug auf die Effizienz ein wesentlicher Vorteil in der Anwendung für den MAN Lion’s City E ergeben. Zudem ist die Zukunftsfähigkeit des Kältemittels aufgrund möglicher gesetzlicher Vorgaben derzeit nicht sicher. Aus heutiger Sicht ist der Einsatz folglich nur als temporäre Alternative zu R134a sinnvoll – sollte es zukünftig zu deutlichen Preissteigerungen für R134a kommen. Da man bei MAN aber einen klaren langfristigen Trend hin zu natürlichen Kältemitteln sieht und diesen auch vorantreibt, wurde das synthetische Kältemittel R1234yf nicht weiter im Detail analysiert.
Das natürliche Kältemittel Propan jedoch wurde intensiv analysiert. Die physikalischen Eigenschaften dieses Kältemittels versprechen grundsätzlich eine hohe Effizienz im Winter ebenso wie im Sommer bei einem vergleichsweise niedrigen Systemdruck sowie einem niedrigen GWP von 3. Bei näherer Betrachtung ergaben sich jedoch systembedingt einige Herausforderungen: So ist Propan als A3 eingestuft und demzufolge leicht entzündlich. Folglich sind zur Erreichung einer TÜV-Freigabe einige Systemanpassungen unabdingbar. Aus aktueller Sicht sind diese Herausforderungen aber durchaus technisch lösbar. Bei optimaler Umsetzung könnte sich somit in wenigen Jahren eine weitere HVAC-Option mit natürlichem Kältemittel entwickeln. Aktuell ist jedoch für die MAN Bus-Anwendungen keine ausreichend leistungsfähige Propan-Anlage verfügbar und kann so noch nicht für eine Serienanwendung angeboten werden. MAN Truck & Bus wird die Entwicklung dieser Technologie aber in jedem Fall weiterverfolgen.
CO2-Technologie verspricht deutliche Effizienz-Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen HVAC-Systemen
Schlussendlich fiel die Entscheidung der MAN Experten auf das natürliche R744 (CO2). Auch bei diesem Kältemittel gibt es einige Herausforderungen zu meistern, bedingt durch die hohen Systemdrücke. Diese sind aber mittlerweile vollständig beherrschbar, entsprechende Anlagen werden bereits bei einigen Herstellern erfolgreich im e-Mobility-Bereich eingesetzt. Um aber das volle Potential des Kältemittels insbesondere in der kalten Jahreszeit ausschöpfen zu können, hat MAN mit einem Systempartner die Anlagentechnik sowie die Steuerung und Einbindung ins Gesamtsystem weiterentwickelt und verfeinert. Die abschließenden Wintertests im hohen Norden haben gezeigt, dass die Performance der seit Mai 2022 verfügbaren Anlagentechnik die ursprünglichen Projektziele hinsichtlich Effizienz und Reichweiten-Gewinn sogar übertreffen. So war das Ziel der Entwicklung, auch in sehr kalten Regionen möglichst ausschließlich mittels hocheffizienter Wärmepumpe zu heizen – und dabei auf den Support von E-Heizern weitgehend verzichten zu können. Im Ergebnis ist mit der CO2-Technologie die Unterstützung von E-Heizern erst bei sehr kalten Aussentemperaturen erforderlich, was eine deutliche Effizienz-Verbesserung zu herkömmlichen HVAC-Systemen darstellt.
Nach umfangreicher Beobachtung der Marktentwicklung und einer intensiven Entwicklungsphase ist der MAN Lion’s City E jetzt mit einer CO2-Klimaanlage erhältlich. Neben der Umstellung auf das klimafreundliche Kältemittel CO2 stehen bei der neuen Technologie folgende Punkte besonders im Fokus:
- hohe Leistungsfähigkeit
Durch die Entwicklung eines innovativen und hocheffizienten Klimaanlagenkonzepts garantiert der MAN Lion’s City E in sämtlichen Temperaturbereichen optimale Performance. Auch in den für Elektrofahrzeugen kritischen Wintermonaten liefert die Anlage ausreichend Heizleistung – und zwar ohne den Verbrauch und in Folge die Reichweite negativ zu beeinflussen.
- effizientes Thermomanagement
Neben dem priorisierten Einsatz der effizienten Wärmepumpe der CO2-Klimaanlage werden mit Hilfe einer intelligenten Steuerung sämtliche Umgebungseinflüsse genutzt, um den Heiz- und Kühlbetrieb optimal zu gestalten. Zur weiteren Steigerung der Energieeffizienz wurden zudem sämtliche Energiequellen und deren Beitrag zum Energiehaushalt geprüft und intelligent ins System integriert.
- Integration eines sVF-Controler (smart Vehicle Function)
Mit Hilfe des sVF-Controlers (smart Vehicle Function) passt sich das Fahrzeug an die individuelle Kundennutzung an, indem es das jeweilige Energieoptimum kalkuliert. Erste Testläufe dazu wurden bereits gestartet.
Auch in die Entwicklung der digitalen Steuerung (over the air – OTA) und die Intelligenz von Heizung, Lüftung und Klimatisierung wurde investiert. Bei der Fahrzeugvorkonditionierung – der idealen Temperierung des Fahrgastinnenraums und der Kreislaufbefüllung vor Fahrbeginn – wurden die bestehenden Kommunikationswege über Ladesäulen und MAN-Backend durch die Prüfung vielzähliger Test-Fälle optimiert. Ziel all dieser Maßnahmen war und ist es, ein umweltfreundliches und gleichzeitiges höchst effizientes Klimasystem auf den Markt zu bringen. Das hat die MAN Lion’s City E Familie mit seinen innovativen und prämierten eBussen in drei Längen nun für den internationalen Markt im Angebot. Nichtsdestotrotz wird das Gesamtsystem in den nächsten Monaten und Jahren kontinuierlich weiterentwickelt, um das Potenzial für weitere Optimierungen bestmöglich auszuschöpfen.