Wasserstoffverbrennung
Ansprechpartner
Nachhaltig gewonnen wird Wasserstoff aus Wasser, welches per Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff aufgetrennt wird. Klimaneutral gelingt dies nur dann, wenn hierfür erneuerbar erzeugte elektrische Energie zum Einsatz kommt.
Somit hat Wasserstoff künftig das Potential ein klimaneutraler Kraftstoff für die Nutzung in Verbrennungsmotoren zu sein.
Durch seine besonderen Eigenschaften im Verbrennungsprozess ist die Nutzung in Verbrennungskraftmaschinen Gegenstand aktueller Forschung.
So führen beispielsweise die weiten Zündgrenzen und hohe Brenngeschwindigkeit durch Abmagerung und Annäherung an den Gleichraumprozess (kurze Brenndauer) zu einer Wirkungsgradsteigerung des Wasserstoffmotors. Eine zur Dieselmotor vergleichbare oder sogar leicht höhere Effizienz kann so erreicht werden.
Diese und weitere Eigenschaften wie eine geringe Zündenergie stellen in der Brennverfahrensentwicklung jedoch auch Herausforderungen dar. Die Vermeidung von vorzeitiger Zündung, Rückzündungen ins Ansaugsystem, Klopfen und Stickoxidemissionen werden aktuell am Institut auf Einzylindermotoren untersucht.
Neben der Brennverfahrensentwicklung ist auch die Untersuchung von Motorkomponenten hinsichtlich der Interaktion mit Wasserstoff ein wichtiger Bestandteil der Arbeiten, die am Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (TME) durchgeführt werden und umfasst abgestimmte Motormechanik-Komponenten genauso wie Einspritz- und Zündsysteme sowohl für direkt-, als auch für saugrohreinspritzende Verfahren. Dies ist besonders für die Kalibrierung von zuverlässigen Simulationsmodellen relevant, mit denen der Motorprozess prädiktiv berechnet werden kann.
Da Wasserstoff komprimiert oder verflüssigt mit einer im Vergleich zu Batterien bis zu 11-fachen Energiedichte gespeichert werden kann, bietet sich die Nutzung in sehr energieintensiven Sektoren an. Hierzu zählen beispielsweise Medium- und Heavy-Duty LKW, sowie Off-Road und Bergbauanwendungen. Hinzu kommt die Möglichkeit eines zügigen Tankvorgangs auch mit mobilen Versorgungssystemen, was für viele Nutzer ein ausschlaggebender Faktor in der Wahl des Antriebssystems ist.
Weiterhin benötigt ein H2-Verbrennungsmotor keinen hochreinen Wasserstoff und kann auch unter harten Umgebungsbedingungen und starken Lastschwankungen betrieben werden, was diese Antriebsform beispielsweise für Baumaschinen gegenüber aktuell verfügbaren Brennstoffzellen besonders interessant macht.