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17.11.2022 | Motorentechnik | Nachricht | Online-Artikel

Heavy-Duty-Bereich setzt auf alternative Kraftstoffe und H2

verfasst von: Christiane Köllner, Patrick Schäfer

7 Min. Lesedauer

Die 17. MTZ-Fachtagung "Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren" fand als Hybrid-Event statt. Ausgewählte Inhalte der Konferenz zu optimierten, nachhaltigeren Nutzfahrzeug-Antriebs­systemen haben wir hier zusammengestellt.

Die Hybrid-Fachtagung Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren 2022 zeigt den aktuellen Stand der Energiewende im Heavy-Duty-Bereich auf. ATZlive lädt dazu am 16. und 17. November 2022 nach Donaueschingen ein. Die 17. Internationale MTZ-Fachtagung Großmotoren bietet Motorenentwicklern und -konstrukteuren von Nutzfahrzeugen, mobilen Maschinen, Marine und stationären Anlagen eine Plattform, sich über die aktuellen Entwicklungen neuer Aggregate und alternativer Energieträger zu informieren und auszutauschen. Das Wiesbadener Online-Team Springer Professional bündelt ausgewählte Inhalte der Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren 2022 im Artikel.

Tag 2

Brennstoffzellen-Systementwicklung für Nutzfahrzeuge

Dr. Stephan Schnorpfeil, Technology Leader, Segula Technologies GmbH, beschreibt in seinem Vortrag Brennstoffzellen-Systementwicklung für Nutzfahrzeuge die grundlegenden Aspekte und Prozesse zur Definition des Layouts eines Brennstoffzellensystems mit all seinen Teilkomponenten. Dabei sei bei der Entwicklung von Brennstoffzellensystemen die Simulation des Systems im Vorfeld ein entscheidender Schritt. Hier würden die grundlegenden Komponenten definiert werden. Aus den Fahrzeugdaten und dem Fahrzyklus ließen sich die Anforderungen an die einzelnen Komponenten ableiten. Auch könnten alle Betriebszustände des Brennstoffzellensystems simuliert und die Funktionalität der Komponenten überprüft werden. (chk) 

Empfehlung der Redaktion

2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

Fuel Cell System Integration for Heavy-Duty Applications

A concept for converting conventional diesel-powered long-haul trucks to a combined battery and hydrogen fuel cell powertrain is presented. The development of the concept is outlined whereas the focus is on the operational strategy, the thermal design, the spatial constraints, FEM strength simulations and safety aspects. Based on a costumer drive cycle the battery capacity as well as the fuel cell power output is determined with the help of a 1D-Matlab/Simulink model. Beside this the thermal system and especially the low temperature and high temperature circuit requirements are defined by system simulation. The results of these simulations were implemented in the design concept of the fuel cell heavy duty tractor (“HyBatt truck”) and are validated by the testing results of the first prototype.

CO2-Impact von Nfz-Antriebssystemen

Well-to-Wheel-CO2-Bilanzierung zukünftiger Nfz-Antriebskonzepte in repräsentativen Fahrszenarien lautet der Titel des Vortrages von Nicolas Hummel. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (VKM) der TU Darmstadt. Sein Fokus liegt auf der Untersuchung unterschiedlicher Antriebssysteme in Nutzfahrzeugen. Dabei werden neben dem Standard-Dieselantrieb unter anderem die Well-to-Wheel CO2-Emissionen eines Erdgasfahrzeugs, eines batterieelektrischen Fahrzeugs und eines Wasserstoffverbrenners in verschiedenen Anwendungsfällen untersucht. Die Lastprofile reichen dabei von dem hochspezifischen Müllsammelbetrieb bis hin zur Warenlieferung auf der Langstrecke. Dabei spielen die Zuladung und die Topographie ebenfalls eine wichtige Rolle. Bei seiner Methode wird eine im realen Fahrzeug aufgenommene Strecke in die virtuelle Umgebung IPG-Truckmaker überführt. Anschließend wird das Modell des realen Referenzfahrzeugs erstellt und die erzeugte Simulationsumgebung wird anhand des Vergleichs von realen und simulierten Kraftstoffverbräuchen validiert. Das validierte Referenzfahrzeug dient von nun an als Basis für den Aufbau der Nutzfahrzeuge mit alternativen Antrieben. Das ermöglicht den Vergleich der Verbräuche der unterschiedlichen Antriebssysteme in den ausgewählten Anwendungen. 

Zusammen mit den ermittelten Well-to-Wheel Emissionen der betrachteten Energiespeicher erfolgt schließlich die Bewertung des anwendungsspezifischen CO2-Impacts der einzelnen Antriebssysteme. So könnte die Nutzung lokaler Überkapazitäten an erneuerbarer, elektrischer Energie bereits heute zu H2/E-Fuels mit geringem CO2-Impact führen. Darüber hinaus könnten verfügbare biogene Kraftstoffe wie HVO bereits die CO2-Emissionen eines Standard-Diesel-Lkw reduzieren. Zudem kann H2 den CO2-Impact von ICE-Trucks weiter reduzieren, wobei die Infrastruktur hier erst noch aufgebaut muss. Außerdem gelte es beim Vergleich der CO2-Emissionen verschiedener Antriebssysteme das Energiesystem zu berücksichtigen. Um die Klimaziele zu erreichen, müssten letztendlich alle Antriebsarten zum Einsatz kommen. (ps+chk) 

Empfehlung der Redaktion
Elektro-Lkw lädt an Ladesäule.

17.10.2022 | Nutzfahrzeuge | Themenschwerpunkt | Online-Artikel

Nutzfahrzeuge werden elektrisch

Immer mehr Busse, Lkw, Transporter, Traktoren oder Bagger fahren elektrisch. Wie weit die Elektrifizierung bei Nutzfahrzeugen vorangeschritten ist, verdeutlicht unser Themenschwerpunkt.

Tag 1

MTZ-Fachtagung Großmotoren eröffnet

Dr. Alexander Heintzel, Chefredakteur ATZ | MTZ-Gruppe, eröffnet die Fachtagung mit 180 Teilnehmern aus 13 Ländern. Sie wird unterstützt durch den Kooperationspartner KST-Motorenversuch sowie den Sponsor SEM. In der begleitenden Fachausstellung sind ACTech, Emissions Analytics, KST-Motorenversuch, Liebherr-Components Deggendorf, Mahle, Parker Hannifin, Poppe + Potthoff, Rotera, SEM, Sonplas und UT99 vertreten. (chk) 

Wasserstoff und seine Derivate als Energieträger der Zukunft

Im Keynote-Vortrag Die Kraft des Wassers – mit Wasserstoff zur CO2-neutralen Nfz-Industrie erläutert Dr. Marco Warth, Entwicklungsleiter Motorsysteme und -komponenten bei Mahle, warum insbesondere im Verkehrs- und Industriesektor Wasserstoff als Lösung für die Dekarbonisierung energieintensiver Prozesse und schwerer On- und Off-Road-Anwendungen mit hohen Autonomieanforderungen angesehen wird. Zum einen, da immer strengere Vorschriften für On-Road-Anwendungen zu erwarten seien, zum Beispiel aufgrund der auf europäischer Ebene festgelegten CO2-Sektorenziele ("Fit for 55"). Des Weiteren seien erste CO2-Grenzwerte für Off-Road-Anwendungen nur eine Frage der Zeit. Im Verkehrssektor bei schweren Anwendungen lasse sich eine Kostenparität zwischen Wasserstoff und fossilen Kraftstoffen noch früher erreichen als im Industriesektor. Aufgrund der oft gegebenen räumlichen Nähe zwischen Industrie und Verkehr/Bau würden sich hier zusätzliche Synergien ergeben. Die ersten wasserstoffbetriebenen Antriebslösungen (Brennstoffzelle und Wasserstoffmotor), die derzeit entwickelt werden und bereits im Einsatz sind, sollen laut Warth das hohe Potenzial und die Machbarkeit von Wasserstoff zur Etablierung einer CO2-neutralen Nutzfahrzeugindustrie zeigen. (chk) 

Empfehlung der Redaktion

01.02.2022 | Titelthema

Wasserstoffmotor und -Brennstoffzelle im schweren Nutzfahrzeug

AVL und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) stellen in diesem Beitrag Auszüge der Studie "Systemvergleich zwischen Wasserstoffverbrennungsmotor und Brennstoffzelle im schweren Nutzfahrzeug" vor. Das Ziel ist eine Bewertung der beiden Antriebe, um Vor- und Nachteile für den genannten Anwendungsfall zu beurteilen.

Wasserstoffzukunft startet jetzt

Die zweite Keynote wird von Robert Szolak, Leiter der Abt. Thermochemische Prozesse, Bereich Wasserstofftechnologien am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) gehalten. Sein Vortrag Die Rolle von Wasserstoff und Derivaten im Energie­system und für zukünftige Non-Road-Applikationen gibt einen Ausblick auf die Herausforderungen einer globalen H2-Wirtschaft. Szolak betont, dass die Transformation der Energiesysteme mit Bezug auf die CO2-Ziele schneller gehen müsse. Wasserstoff und seine Derivate hätten dabei die wichtige Rolle, grün produzierte Energie, etwa aus Photovoltaik oder Windanlagen, zu speichern. Szolak stellt diverse globale Projekte zur Produktion von Wasserstoff vor. Die Anwendungsfälle sieht Szolak vor allem in der Industrie, Wasserstoff könnte aber auch im Mobilitätssektor genutzt werden. So könnte die Verwendung von Fischer-Tropsch-Diesel zukünftig eine 95%ige Reduktion von CO2 in Nutzfahrzeugen ermöglichen. Eine Fraunhofer-Simulation sieht etwa Saudi-Arabien als günstigen Standort für die P2X-Anwendungen. Szolak betont, dass globale H2-Ökosysteme jetzt aufgebaut werden müssten und fordert von der Politik klare Rahmenbedingungen. (ps)

Auch der Verbrennungsmotor ist eine grüne Technologie

Dr. Markus Münz, Stellvertretender Geschäftsführer Motoren und Systeme beim VDMA, erklärt in seinem Keynote-Vortrag Grüne Moleküle – Rettung des Verbren­nungs­motors oder Rettung des Klimas?, dass wir nur das Klima retten können, wenn wir alle grüne Technologien, die zur Verfügung stehen, nutzen, was auch den Verbrennungsmotor inkludiere. In einer technologieoffenen Welt werde der Markt beziehungsweise der Preis über den Einsatz einer Technologie entscheiden. Die Rettung des Klimas sei eine Aufgabe von globalem Ausmaß, für die es zwingend erforderlich sei, globale Lösungen zu finden. Ohne globale Geschäftsmodelle keinen globalen Klimaschutz, so Münz. (chk) 

TCG 7.8 H2 geht 2024 in Serienproduktion

Dr. Georg Töpfer, Koordinator Vorentwicklung bei Deutz, beschreibt in seinem Vortrag TCG 7.8 H2 – Entwicklungsschritte zur Realisierung eines CO2-freien Antriebsstrangs für NRMM die Potenziale von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren (HICE) für Offhighway-Einsätze. Deutz entwickele derzeit einen HICE mit einem Hubraum von 7,8 l, den TCG 7.8 H2, der eine maximale Leistung von 220 kW aufweise. Es sei vorgesehen, dass dieser neue Motortyp im Jahr 2024 in die Serienproduktion gehen wird. Der TCG 7.8 H2 basiert auf dem Deutz 7.8 TCD-Dieselmotor und wurde für die H2-Verbrennung angepasst. Das H2-Einspritzsystem und die T/C-Technologie seien Herausforderungen bei der Entwicklung von Wasserstoffmotoren. Studien hätten gezeigt, dass HICE bei Anwendungen im Bereich nicht-straßengebundener Maschinen und Geräte (NRMM) mehrere Vorteile aufweisen. (chk) 

Empfehlung der Redaktion

01.06.2020 | Entwicklung

Transformation vom Diesel zum H2-Hoch-AGR-Magerkonzept

Der Wasserstoffverbrennungsmotor ist im Bereich der Zero-Emission-Antriebe für den Schwerlastverkehr eine Alternative zu Brennstoffzellenantrieben und rein batterieelektrischen Antriebskonzepten. Mit einem von Keyou vorgestellten Ansatz lassen sich konventionelle Grundmotoren, zum Beispiel Dieselmotoren, in fremdgezündete H2-Verbrennungsmotoren mit Hoch-AGR-Magerbrennverfahren weiterentwickeln.

Mahle stellt H2-Versuchsmotor vor

Dr. Simon Schneider ist Projektleiter bei der Konzernvorausentwicklung Mechatronik von Mahle. In seinem Vortrag H2-ICE-DI-Vollmotor­versuche für Thermo­dynamik­unter­suchungen und Kompo­nenten­entwicklung stellt er einen Mahle-H2-Forschungsmotor vor, der mit Direkteinblasung (H2 ICE DI) arbeitet. Dabei kommen in den Tests die Einblasestrategien PFI und DI zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigen die Vor- und Nachteile dieser Strategien und Potenziale des DI-Verbrennungssystems in Bezug auf Motorlast und Wirkungsgrad, der bei bis zu 44 % liegen kann. Die Stickoxidemissionen bleiben in beiden Modi sehr niedrig. Randbedingung ist die Realisierung an einem typischen Nutzfahrzeugmotor und die Verwendung von Komponenten, die für einen zukünftigen Serieneinsatz von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren entwickelt wurden. Im DI-Betrieb könnte durch die Optimierung des Einspritzverlaufs eine bessere Homogenisierung erreicht werden. Der Fokus der Mahle-Versuche am Vollmotor liegt auf der Erprobung und Entwicklung von Komponenten. (ps)

Empfehlung der Redaktion

01.11.2022 | Titelthema

Direkteinblasung für Wasserstoffverbrennungsmotoren

Die Direkteinblasung von Wasserstoff in den Brennraum von Verbrennungsmotoren erfordert aufgrund der stofflichen Eigenschaften des Gases speziell ausgelegte Injektoren und Konzepte. ITAZ veranschaulicht das Potenzial eines auf Wasserstoff zugeschnittenen Injektors in Kombination mit einer Mitteldruckauslegung mit bis zu 50 bar.

Systemansatz für die Wasserstoff-Einblasung

Mario D'Onofrio, Abteilungsleiter, System-Validierung und -Anwendung bei Liebherr-Machines Bulle SA, erläutert in seinem Vortrag Liebherrs Systemansatz zur Wasserstoff-Einblasung. Liebherr habe ein komplettes System entwickelt, das alle für die Druckregelung und Kraftstoffdosierung notwendigen Komponenten umfasse. Während der gesamten Entwicklung wurden reale Lastzyklen von mobilen Schwerlastmaschinen berücksichtigt, um das System und seine Komponenten richtig auszulegen. D'Onofrio gibt einen detaillierten Einblick in die Auslegung, Konstruktion und Funktionalität des Systems. Liebherr entwickele Injektor-Lösungen für beide Einblasestrategien, PFI und DI. Der Liebherr-Ansatz für die Wasserstoff-Einblasung sei nicht nur auf schwere Nutzfahrzeugmotoren beschränkt. Auch Komponenten für Großmotoren würden im Rahmen des Gesamtkonzepts berücksichtigt. (chk) 

Empfehlung der Redaktion

01.09.2022 | Entwicklung

H2-Einblassystem für Heavy-Duty-Anwendungen

Mobile Baumaschinen und schwere Lkw werden heute fast ausschließlich von Verbrennungsmotoren angetrieben. Der Wasserstoffverbrennungsmotor ermöglicht eine CO2-freie Antriebslösung ohne Anpassung der Fahrzeugkonzepte. Insbesondere für mobile Baumaschinen bedeutet das einen schnell umsetzbaren und gleichzeitig wirtschaftlichen Weg, um CO2-frei den bestehenden Anforderungen an Dynamik und Robustheit gerecht zu werden. Liebherr entwickelt hierfür H2-Einblassysteme für Heavy-Duty-Motoren.

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2022 | Buch

Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren 2021

Die Zukunft des Verbrennungsmotors und der alternativen Antriebe

2021 | Buch

Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren 2020

Verbrennungsmotoren und Hybridantriebe 15. Int. MTZ-Fachtagung Großmotoren

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