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Forscher wollen Wasserstoff direkt in Gasturbinen und Verbrennungsmotoren nutzen

© Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) © Forschungsvereinigung Verbrennungskraft­maschinen e.V. (FVV) Frankfurt am Main – Grüner Wasserstoff eignet sich als Energieträger nicht nur für die Brennstoffzelle. Er kann auch direkt in Verbrennungsmotoren und Gasturbinen genutzt werden.

Der Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen gehört bereits zum Standard. Mit einem Dutzend neuer Forschungsvorhaben will die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V. (FVV) wissenschaftlichen Grundlagen schaffen, um Wasserstoff direkt als Brennstoff einsetzen zu können.

Wasserstoffmotoren - Einsatz in schweren Nutzfahrzeugen
Die chemischen Eigenschaften des Wasserstoffs unterscheiden sich von jenen, die fossile Brenn-, Kraft- und Treibstoffe charakterisieren. Deshalb ist für den Einsatz von Wasserstoff eine technische Anpassung von Verbrennungsmotoren und Turbomaschinen notwendig. Am Institut für Kolbenmaschinen (IFKM) des Karlsruher Instituts für Technologie sollen eine Reihe von Vorhaben durchgeführt werden. Es untersucht das Potenzial künftiger Brennverfahren am Beispiel schwerer Nutzfahrzeuge. Besonderen Schwerpunkt wollen die Forscher auf den Zielkonflikt zwischen hoher Leistungsdichte und einer unkontrollierten Selbstzündung des Gemisches legen. Zudem soll die Verbrennung so effizient und so schadstoffarm wie möglich gestaltet werden.

Hohe Chancen werden Wasserstoffmotoren vor allem in Nutzfahrzeugen eingeräumt. Doch wie soll beispielsweise der Wasserstoff-Antriebsstrang als Alternative zur Brennstoffzelle aussehen? Als Ziel sollen Technologie-Roadmaps für Nutzfahrzeuge entstehen und das Verbrennungsverhalten für Motoren mit Wasserstoff-Direkteinblasung detailliert untersucht werden.

Langstrecken – Besondere Herausforderungen in der Schifffahrt
In der Schifffahrt stellt die Einführung nicht-fossiler Energieträger eine besondere Herausforderung dar, da im Langstreckenverkehr sehr hohe Energiemengen und -speicherdichten benötigt werden. Deshalb wird in der Branche eine Weiterverarbeitung des grünen Wasserstoffs zu Ammoniak (NH3) intensiv diskutiert. Flüssiger Wasserstoff hingegen kann auf Grund der niedrigen Siedetemperatur nicht dauerhaft gelagert werden und ist somit für den Transport über lange Strecken weniger gut geeignet. NH3 ist bei Raumtemperatur schon bei einem Druck von mehr als 9 bar flüssig und daher einfach zu lagern und zu transportieren. Allerdings gibt es hinsichtlich der Nutzung in Großmotoren noch viele offene Fragen. So ist etwa die Zündenergie rund 50-mal höher als bei Methan. Daher soll die grundsätzliche Eignung von Ammoniak als Zukunftstreibstoff untersucht werden.

Luftfahrt – strombasierte Flüssigkraftstoffe im Fokus
Als Energieträger für einen nachhaltigen Flugverkehr werden vorrangig strombasierte Flüssigkraftstoffe diskutiert, neuerdings aber auch die direkte Nutzung von Wasserstoff. Analog zu den Motoren müssen aber auch Turbinen auf den neuen Brennstoff ausgelegt werden. „In der FVV profitieren wir dabei davon, dass die Forschung an stationären Gasturbinen und an Flugturbinen eng vernetzt erfolgt“, sagt Dr. Dirk Hilberg, Technologiemanager bei Rolls-Royce Deutschland und stellvertretender Leiter des Wissenschaftlichen Beirats der FVV. Hilberg sieht denn auch, dass Wasserstoff und andere alternative Brenn- und Treibstoffe die Forschung an Turbinen in der Zukunft maßgeblich bestimmen werden.

© IWR, 2020


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16.11.2020

 



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