(Frankfurt am Main) – Wasserstoff eignet sich als Energieträger nicht nur für die Brennstoffzelle. Er kann auch direkt in Verbrennungsmotoren und Gasturbinen genutzt werden. „Allerdings unterscheiden sich die chemischen Eigenschaften des Wasserstoffs signifikant von jenen, die fossile Brenn-, Kraft- und Treibstoffe charakterisieren. Deshalb ist eine technische Anpassung von Verbrennungsmotoren und Turbomaschinen notwendig“, heißt es in einer Mitteilung der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV).

Wasserstoff im Verbrennungsmotor

Mit einem Dutzend neuer Forschungsvorhaben will die FVV die wissenschaftlichen Grundlagen dafür schaffen, wie Verbrennungsmotoren zur Wasserstoffnutzung eingesetzt werden können. Auf diese Weise sollen bereits laufende Forschung ergänzt und die Umsetzung der deutschen und der europäischen Wasserstoffstrategie beschleunigt werden. „Ziel der Forschungsvereinigung ist es, die Defossilisierung der kompletten Energiekette voranzutreiben“, heißt es. Übersetzt: Man will innerhalb eines nicht genannten Zeitraums fossile Energieträger aus der Energieversorgung verbannen.

So untersuchen Wissenschaftler etwa am Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) des Karlsruher Instituts für Technologie das Potenzial künftiger Brennverfahren am Beispiel schwerer Nutzfahrzeuge. Zunächst wird der Wasserstoff dazu in das Saugrohr des Motors eingeblasen und nach einem Umbau des Motors direkt in den Zylinder. Dadurch könne der Einfluss der Gemischbildung auf die Wasserstoffverbrennung untersucht werden.

Alternative für Nutzfahrzeuge

Hohe Chancen werden Wasserstoffmotoren vor allem in Nutzfahrzeugen eingeräumt, etwa im Schwerlastverkehr oder bei Baumaschinen. Dabei könnten sowohl Brennstoffzellen als auch die Wasserstoffverbrennung im Hubkolbenmotor in Frage kommen. Im Rahmen eines weiteren Projekts werden „die technischen Optionen für unterschiedliche Anwendungen und Zyklen simuliert und eine Bewertungsmatrix erstellt“.

Schifffahrt als Herausforderung

In der Schifffahrt stelle die Einführung nicht-fossiler Energieträger eine besondere Herausforderung dar, da im Langstreckenverkehr sehr hohe Energiemengen und -speicherdichten benötigt würden. Flüssiger Wasserstoff hingegen könne aufgrund der niedrigen Siedetemperatur nicht dauerhaft gelagert werden und sei für den Transport über lange Strecken weniger gut geeignet.

Deshalb werde in der Branche eine Weiterverarbeitung des regenerativ erzeugten Wasserstoffs zu Ammoniak „intensiv diskutiert“, der auch als Ausgangsstoff für Wasserstoff dient. Ammoniak (NH3) ist bei Raumtemperatur schon bei einem Druck von mehr als neun Bar flüssig und daher einfach zu lagern und zu transportieren. In einem neuen Vorhaben will die FVV sowohl die grundsätzliche Eignung von Ammoniak als Zukunftstreibstoff als auch die Randbedingung für die motorische Verbrennung untersuchen.

Flugzeugtreibstoff mit Wasserstoffbeimischung

Als Energieträger für einen nachhaltigen Flugverkehr würde neuerdings die direkte Nutzung von Wasserstoff diskutiert. Analog zu Motoren müssten aber auch Turbinen auf den neuen Brennstoff ausgelegt werden. Man profitiere davon, „dass die Forschung an stationären Gasturbinen und an Flugturbinen eng vernetzt erfolgt“, sagt Dirk Hilberg, Technologiemanager bei Rolls-Royce Deutschland und stellvertretender Leiter des Wissenschaftlichen Beirats der FVV. So seien bereits in der Vergangenheit immer wieder Vorhaben zum Einfluss der Wasserstoffbeimischung durchgeführt worden.

Die FVV fokussiere sich aber nicht ausschließlich auf wasserstoffbetriebene Energiewandler, sondern erforsche auch den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen mit anderen regenerativen Energieträgern. Zudem spiele die Effizienzsteigerung von Verbrennungsmotoren, etwa durch Hybridkonzepte, eine wichtige Rolle im Forschungsportfolio.

FVV-Forschungen zu Wasserstoff (Stand 11/2020)

aktuell

• H2 im Gasnetz (Laufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2021)
• Potenzialanalyse eines selbstgezündeten Wasserstoffmotors im geschlossenen Arbeitsgas-Kreislauf (Laufzeit: 01.09.2020 – 31.10.2021)

geplant

• CO2-neutrale Langstrecken-NFZ-Antriebe 2050 II
• Neues Wasserstoffspeicher-Konzept mit Nutzung der Freiheitsgrade neuer Technologien und Materialien
• DI-Wasserstoff-Brennverfahren
• Hocheffizienter H2-Ottomotor mit Direkteinblasung
• Wasserstoffverbrennung & Vergleich SI/CI Konzepte
• NH3-Brennverfahren für Großmotoren
• Vergleich und Weiterentwicklung zukünftiger Nutzfahrzeug-Wasserstoff-Antriebssysteme
• Ammoniak als Zukunftskraftstoff
• Gasförmige H2-Inhibitoren
• Grundmotorkomponenten für H2-ICEs
• Verbrennungsgeräusch H2-Hubkolbenmotor
• NVH Brennstoffzelle
• Niedrigstemissionskonzept für H2-DI-Ottomotor
• Hochtemperatur-H2-DeNOX an H2-DI-Ottomotoren

Die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen ist ein Netzwerk von Unternehmen, Forschungsstellen und Fördergebern. Sie hat mehr als 200 Mitglieder aus den Bereichen Motorenherstellung und Brennstoffzellen sowie deren Zulieferer und Entwicklungsdienstleister.

Deep Link
https://www.fvv-net.de/medien/presse/detail/schneller-druckanstieg-fvv-verstaerkt-wasserstoffforschung/

Foto
Wasserstoffprüfstand am Institut für Kolbenmaschinen / © IKFM, KIT