Hoffnungsträger Wasserstoff-Verbrennungsmotor

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.

Im laufenden Wettstreit um CO2-freie oder CO2-neutrale Antriebslösungen stößt der H2-Verbrennungsmotor vor allem für kommerzielle Anwendungen zunehmend auf Interesse. Ein wichtiges Element des Technologiepakets für H2-Motoren, das sowohl transiente Leistung, hohe Effizienz als auch niedrige Abgasemissionen sicherstellt, ist die Optimierung von Motorsteuerungsfunktionen. In diesem Beitrag stellt FEV seine modulare H2-Motorsteuerungssoftware vor.

Bosch und die TU Graz bewerten die Gemischbildung, Verbrennung und Abgasemissionen eines Wasserstoffkonzeptmotors. Für die Untersuchungen haben sie einen Ottomotor mit Abgasturboaufladung und Benzindirekteinspritzung für den Wasserstoffbetrieb adaptiert. Wie sich zeigt, lassen sich bereits mit moderatem Entwicklungsaufwand signifikante funktionale Potenziale erreichen.

Wasserstoff wird als künftigem Energieträger hohe Aufmerksamkeit zuteil. Dabei stellen Komplexität und Anforderungen von Wasserstoffmotoren sowie darauf basierende Antriebe besondere Herausforderungen für alle beteiligten Entwicklungspartner dar.

Voraussetzung für die Entwicklung konkurrenzfähiger Wasserstoff-Brennverfahren ist eine prädiktive Simulationsumgebung. In diesem Beitrag stellt IAV einen effizienten 1-D-Ansatz zur Vorausberechnung einer vorgemischten und fremdgezündeten H2-Verbrennung vor.

Durch die Direkteinblasung von H2 lassen sich Leistungsdichten wie in konventionellen Verbrennungsmotoren erreichen. In diesem Beitrag stellen FDX Fluid Dynamix, Keyou und die TU Berlin eine Düsengeometrie für einen oszillierenden Einblasstrahl vor. Die in H2- Durchflussmessungen und Einblasversuchen ermittelten makroskopischen Sprayparameter werden mit denen einer Mehrloch-Düsengeometrie verglichen.

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.

Wer bei alternativen Antrieben Wasserstoff hört, denkt in der Regel an die Brennstoffzelle. Oft vergessen wird, dass der Energieträger auch im Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Mit den neuen CO2-Vorgaben der EU für Nutzfahrzeuge könnte diese Idee eine Renaissance erleben. 

Bei der Wasserstoffverbrennung fallen ausschließlich Stickoxide als emissionsrelevante Abgaskomponenten an. Diese sind durch ein intelligent ausgelegtes Brennverfahren im Magerbetrieb und mit Abgasrückführung auf ein Minimum zu reduzieren. Jedoch kann eine NOx-freie Verbrennung nicht in allen Betriebspunkten des Motors sichergestellt werden. Aus diesem Grund entwickelt Keyou gemeinsam mit der TU Freiberg einen Katalysator, an dem die Stickoxide durch Wasserstoff effizient aus dem Abgas entfernt werden. Dieser H2-DeNOx-Katalysator soll insbesondere auf die Abgaszusammensetzung des H2-Verbrennungsmotors und geringe NOx-Gehalte von ≤ 50 vppm optimiert werden. In diesem Beitrag werden erste Forschungsergebnisse vorgestellt.

Schon seit dem Beginn seiner Karriere beschäftigt sich Thomas Korn intensiv mit alternativen Kraftstoffen. Der Fokus lag dabei stets auf dem Wasserstoff. Im Interview erläutert der Mitgründer und Geschäftsführer der Keyou GmbH seine Vision eines sauberen Personen- und Güterverkehrs der Zukunft.

Wasserstoff ist das einzige Brenngas mit technischer Verwendung, dass frei von Kohlenstoff ist. Entsprechend stellt Wasserstoff eine sinnvolle Alternative zu konventionellen Kraftstoffen dar. Gerade der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren bietet eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit einer signifikanten Reduzierung der CO2-Emissionen im Verkehrssektor.

Mit Wasserstoff als Treibstoff für Verbrennungsmotoren steht eine Alternative zum Emissionsausstoß von herkömmlich verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen bereit. Bei der H 2-Verbrennung entstehen faktisch keine kohlenstoffhaltigen Abgasemissionen wie CO, CH oder klimaschädigendes Treibhausgas CO 2. In diesem Beitrag stellt Keyou sein Wasserstoffmotorkonzept vor und zeigt die Anpassung eines Dieselmotors für den Betrieb mit Wasserstoff. 

Der Wasserstoffverbrennungsmotor war einst Hoffnungsträger einer modernen Mobilität. Während es motorseitig bemerkenswerte Erfolge gab, bereiteten die Energieeffizienz und das Speichern des flüssigen Wasserstoffs Probleme. Für Mercedes und BMW Grund genug, das Vorhaben ad acta zu legen.

Obvious changes in the world‘s climate make action necessary. Burning of fossil fuels in combustion engines not only results in CO2 emissions but also NOx and other pollutants harmful to all living beings. Today’s transport sector, including air, rail, marine, road transport and traffic, is responsible for almost a fifth of the world’s CO2 emissions.

Obvious changes in the world‘s climate make action necessary. Today’s transport sector, including air, rail, marine, and road transport and traffic, is responsible for almost a quarter of the world’s CO2 emissions. The internal combustion engine is the dominant propulsion system, and the burning of fossil fuels not only results in CO2 emissions but also NOx and other pollutants harmful to all living beings.

Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnik klingen zunächst futuristisch. Schaut man aber auf die Vielzahl der Anwendungen, dann handelt es sich um eine jahrzehntelang „gereifte“ Technologie. Von der Apollo-Mission über U-Boote bis zum unermüdlichen Gabelstapler in unseren Warenlogistik-Zentren oder dem Rennwagen, der auf 100km nur 7g Wasserstoff benötigt, spannt sich der Bogen der ersten Anwendungen.

Die Konkurrenzfähigkeit von Wasserstoffverbrennungsmotoren ist mit der darstellbaren Leistung verbunden. Um extreme Leistungsdichten zu erreichen, müssen Verbrennungsanomalien unterbunden werden. An der Technischen Universität München wurde hierzu ein Wasserstoffforschungsmotor abgestimmt und systematisch auf sein Grenzpotenzial untersucht. Neben einem erreichbaren indizierten Mitteldruck von mehr als 40 bar konnten Randbedingungen für periphere Systeme und Bauteilfestigkeiten künftiger Motorengenerationen abgeleitet werden.

Mit diskontinuierlich anfallendem Strom aus erneuerbaren Energiequellen lässt sich Wasserstoff produzieren, der einfach und dauerhaft zu speichern ist. Um CO2-neutrale Antriebskonzepte zu realisieren, bietet sich daher der Wasserstoffverbrennungsmotor an. Wasserstoff ermöglicht darüber hinaus den Vorteil von kurzen Tankzeiten für den Fahrzeugbetreiber. Die Technische Universität Graz und AVL entwickeln derzeit einen serientauglichen Wasserstoffverbrennungsmotor für Nutzfahrzeuge, der eine genügend hohe Leistungsdichte bietet, um in einem Teil der in Europa eingesetzten Lkw verwendet zu werden.