Forum
Wasserstoffantriebe
Deutsche Bahn und Siemens bauen Wasserstoffzug mit Schnellbetankung
Siemens und die Deutsche Bahn entwickeln einen Wasserstoffzug. Der Mireo Plus H soll 600 Kilometer Reichweite haben und genauso schnell betankt werden können wie ein Dieseltriebzug.
Bis 2050 will die Deutsche Bahn (DB) klimaneutral sein. Um auf den rund 13.000 Kilometern Schiene ohne Oberleitung die dort fahrenden 1.300 Dieseltriebzüge zu ersetzen, testet die DB jetzt den Einsatz von Zügen mit Wasserstoff-Antrieb. Im Rahmen des Projekts H2 goes Rail arbeitet die DB mit Siemens Mobility zusammen. Siemens entwickelt dazu einen Wasserstoffzug auf Basis des Regionaltriebzugs Mireo Plus. DB Energie entwickelt eine neuartige Wasserstofftankstelle, wie die Konzerne mitteilen.
Wasserstoffzug: Schnellbetankung in 15 Minuten
Die mobile Tankstelle und ein neuartiges Verfahren sollen dafür sorgen, dass der Wasserstoffzug künftig in nur 15 Minuten betankt werden kann. Das entspricht ungefähr dem Zeitraum, der für das Betanken eines Dieseltriebzuges benötigt wird – angesichts der eng getakteten Zugfolgen im Regionalverkehr ein wichtiger Aspekt des geplanten Wechsels auf Wasserstoff-Antrieb.
Der noch in der Entwicklung befindliche Wasserstoffzug Mireo Plus H soll laut DB ähnlich leistungsfähig sein wie elektrische Triebzüge. Die Reichweite wird derzeit mit 600 Kilometern angegeben, die Höchstgeschwindigkeit soll 160 Kilometer pro Stunde betragen. Betrieben wird der Zug von einer Brennstoffzelle und einer Lithium-Ionen-Batterie. Die Brennstoffzelle dient dazu, den Wasserstoff an Bord in elektrische Energie umzuwandeln. Diese wird wiederum in der Batterie gespeichert, die den Elektromotor antreibt.
Test mit Mireo Plus H ab 2024
Die DB will ihren Wasserstoffzug-Test 2024 für ein Jahr auf der Strecke zwischen Tübingen, Horb und Pforzheim fahren lassen und damit etwa 330 Tonnen Kohlendioxid einsparen. Neu sind Versuche mit Wasserstoff-Antrieben im Bahnbereich derweil nicht. Zwischen Cuxhaven und Buxtehude fahren etwa schon seit zwei Jahren zwei Alstom-Züge für das niedersächsische Regionalverkehrsunternehmen EVB.
Ab 2022 sollen in Niedersachsen 14 der Alstom-Regionalzüge im regulären Einsatz sein, wie tagesschau.de berichtet. In Bremervörde wird dafür derzeit die weltweit erste Wasserstofftankstelle für Passagierzüge gebaut. Laut Siemens-Mobility-Chef Michael Peter könnten in den kommenden zehn bis 15 Jahren allein in Europa bis zu 15.000 Triebzüge ausgetauscht werden. Das entspricht einem Marktpotenzial von bis zu 150 Milliarden Euro.
Australische Durchbruchserfindung verspricht Halbierung der Kosten
Grüner Wasserstoff könnte dank australischen Forschern bald deutlich günstiger und effizienter werden. Sie haben ein neues Verfahren entwickelt, das die Kosten für die Produktion des umweltfreundlichen Energieträgers massiv senken könnte. Wird dies die ersehnte Revolution in der Wasserstofftechnologie einleiten?
Grüner Wasserstoff: Der kostspielige Energieträger der Zukunft
Grüner Wasserstoff gilt als der Energieträger der Zukunft – er kann in verschiedensten Bereichen von Industrie über Verkehr bis hin zur Energieerzeugung eingesetzt werden und trägt dabei erheblich zur Vermeidung klimaschädlicher Treibhausgase bei. Doch trotz seiner Vorteile wurde die Produktion von grünem Wasserstoff durch den hohen Kosten- und Energieaufwand bisher oft als ineffizient und teuer kritisiert.
Australische Innovation: Ein neues Verfahren zur Gewinnung von grünem Wasserstoff
Forscher der australischen University of Wollongong haben nun ein revolutionäres Verfahren zur Gewinnung von grünem Wasserstoff entwickelt. Ihr Ansatz: Statt die Elektroden direkt im Wasser zu platzieren, leiten sie das Wasser über dünne Kapillarleitungen zu den Elektroden. Dies erhöht die Effizienz des Prozesses erheblich und senkt die Betriebstemperatur deutlich auf 90 Grad Celsius, was zu erheblichen Energieeinsparungen führt.
Hysata: Cleantech-Unternehmen mit Ambitionen
Das aus der Universität hervorgegangene Cleantech-Unternehmen Hysata hat vor, diese neue Technologie weltweit zu vermarkten. Laut eigenen Angaben könnte ihr Verfahren eine Effizienz von 95 Prozent erreichen – im Vergleich zu den üblichen 75 Prozent bei der Elektrolyse. Wenn das Verfahren sich bewährt, könnte der Preis für Wasserstoff bis Mitte der 2020er-Jahre auf unter 1,50 US-Dollar pro Kilogramm sinken und somit die aktuell üblichen Preise halbieren.
Deutschland setzt auf grünen Wasserstoff
Bereits die vorherige Bundesregierung hat die Bedeutung von grünem Wasserstoff erkannt und plant, Deutschland zum Vorreiter in diesem Bereich zu machen. Mit Investitionen in Forschung und Entwicklung sowie in den Ausbau der Infrastruktur für grünen Wasserstoff will die aktuelle Regierung bis 2030 eine Elektrolysekapazität von 10 Gigawatt erreichen und Deutschland bis 2045 vollständig emissionsfrei machen.
Die australische Innovation könnte der lang ersehnte Durchbruch in der Wasserstofftechnologie sein und den Weg für eine grünere und nachhaltigere Zukunft ebnen.
Revolution Deutschland: Wasserstoff-Netz nimmt Fahrt auf
In einer bahnbrechenden Entscheidung hat das Bundeskabinett einen Gesetzentwurf zur Schaffung eines zentralen Wasserstoffnetzes in Deutschland verabschiedet. Diese positive Entwicklung wurde beim Nationalen Wirtschaftsforum Wasserstoff in Hamburg mit Freuden aufgenommen.
Erster Schritt zur Wasserstoff-Infrastruktur
Das Ziel ist, in einem ersten Schritt wichtige Wasserstoff-Infrastrukturen zu vernetzen, die bis 2032 in Betrieb genommen werden sollen. Es wird erwartet, dass diese Infrastruktur Deutschland auf den Weg zur Klimaneutralität bringt.
Wasserstoff: Schlüssel zur Klimaneutralität
Rolle von Schleswig-Holstein in der Wasserstoffwirtschaft
Tobias Goldschmidt, Umweltminister von Schleswig-Holstein, unterstrich die Bedeutung des Wasserstoffstarts für sein Bundesland und sagte: “Schleswig-Holstein sieht den Aufschwung der Wasserstoffwirtschaft als Schicksalsfrage für unser Land.”
Hamburgs Ambitionen im Bereich der Wasserstoffwirtschaft
Melanie Leonhard, Wirtschaftssenatorin von Hamburg, betonte, dass die Stadt bereits ein Hotspot der Wasserstoffwirtschaft in Deutschland ist und ihre Position durch den Aufbau von Großelektrolyseanlagen weiter stärken will.
In der Abschlussfolgerung kann festgehalten werden, dass die Bundesregierung mit dem Gesetzentwurf einen raschen Aufschwung des Wasserstoffmarktes erreichen und die Dekarbonisierung von Wirtschaftssektoren mit hohen Treibhausgasemissionen vorantreiben will.
Emilia Schneider, eine erfahrene Journalistin und Expertin auf dem Gebiet der Wasserstoffwirtschaft, hält diese Entwicklung für einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer klimaneutralen Zukunft.
Magnetische Kühlung revolutioniert nun Wasserstoff-Verflüssigung für grüne Zukunft
Wasserstoff ist auf dem Weg, eine Schlüsselrolle in einer CO2-neutralen Gesellschaft einzunehmen. Aber wusstest Du, dass bei der Verflüssigung ein Drittel des Energieinhalts von Wasserstoff verloren geht? Das soll sich nun dank der magnetischen Kühlung ändern.
TL;DR:
- Weltweiter Wasserstoff-Bedarf wird bis 2050 auf 550 Millionen Tonnen steigen.
- Magnetokalorische Materialien sollen Energieverbrauch und Kosten bei der Wasserstoff-Verflüssigung senken.
- HyLICAL-Projekt zielt auf eine Produktion von mehr als 5 Tonnen Flüssigwasserstoff pro Tag ab.
- Erwartete Energieeinsparung von bis zu 50 % bei der Verflüssigung.
- Mögliche Anwendung zur Unterstützung erneuerbarer Energiequellen.
Die Lösung: Magnetokalorische Materialien
Das Horizont Europa-Projekt HyLICAL, das mit rund fünf Millionen Euro gefördert wird, hat sich zum Ziel gesetzt, die Effizienz der Wasserstoff-Verflüssigung durch den Einsatz von magnetokalorischen Materialien zu verbessern. Diese Materialien ändern ihre Temperatur, wenn sie in ein Magnetfeld gebracht werden. Wissenschaftler aus neun europäischen Ländern wollen so den Energieverbrauch sowie die Investitions- und Betriebskosten bei der Wasserstoff-Verflüssigung entscheidend senken.
Magnetokalorik: Revolutionäre Technologie
Magnetokalorische Materialien sind das Herzstück dieser neuen Verflüssigungstechnologie. Verglichen mit dem herkömmlichen Kühlprozess würde ein Magnet die Rolle des Kompressors übernehmen und das magnetokalorische Material die des Kühlmittels. Dies ermöglicht die Erreichung der tiefen Temperaturen, die für die Wasserstoff-Verflüssigung erforderlich sind.
Mit der Hilfe von magnetokalorischen Materialien könnte die Verflüssigung von Wasserstoff eine größere Rolle im Verkehr spielen – bis hin zum Energieträger in der Schwerlastmobilität. Die im HyLICAL-Projekt geplante Verflüssigung von Wasserstoff soll die technologische Machbarkeit zur Handhabung großer Mengen Wasserstoff erkunden.
Das große Ziel: Markteinführung der magnetischen Kühlung
Die Firma MAGNOTHERM, die aus der TU Darmstadt ausgegründet wurde, hat bereits ein kommerzielles Produkt auf Basis der magnetischen Kühlung entwickelt: einen Getränkekühler für industrielle Anwendungen. Das Start-up will diese Technologie weiter vorantreiben, um Effizienz und Nachhaltigkeit zu steigern, ohne auf Kompressoren oder umweltschädliche Kühlgase angewiesen zu sein. Dies könnte die grüne Transformation beschleunigen.
Ein ambitioniertes Ziel: 5 Tonnen Flüssigwasserstoff pro Tag
Die Forschenden planen, einen Prototyp zu entwickeln, der die magnetische Kühlung in die industrielle Wasserstoff-Verflüssigung integriert. Sie bauen dabei auf langjährige Expertise im Bereich der Magnetspulenentwicklung und Kryotechnik. Das Team erwartet eine Energieeinsparung von bis zu 50 % bei der Verflüssigung im Vergleich zur herkömmlichen Technologie. Das Ziel: eine Produktion von mehr als 5 Tonnen Flüssigwasserstoff pro Tag.
Dezentrale Verflüssigungsanlagen zur Unterstützung erneuerbarer Energien
Die magnetokalorische Verflüssigungstechnologie ermöglicht auch den Betrieb kleiner und dezentraler Anlagen. Dies macht die Technologie interessant für den Ausbau erneuerbarer Energiequellen. Energie, die oft dezentral gewonnen wird, könnte vorteilhaft über den Umweg Flüssigwasserstoff zwischengespeichert werden.
Das HyLICAL-Projekt wird von der Clean Hydrogen Partnership und ihren Mitgliedern unterstützt und ist finanziert von der Europäischen Union. Die Forschungsergebnisse könnten den Weg für eine effizientere und umweltfreundlichere Wasserstoff-Verflüssigung ebnen – ein entscheidender Schritt in Richtung einer grünen Zukunft.
Panasonic Ene-Farm: Heizen mit Wasserstoff dank neuester Brennstoffzellentechnologie
Analysten schätzen, dass sauberer Wasserstoff bis 2050 24 % des Weltenergiebedarfs decken könnte. Die Verwirklichung einer Gesellschaft, die auf Wasserstoff setzt, erfordert jedoch Investitionen, Regulierung, Marktentwicklung, Forschung und Innovation. Die Ene-Farm von Panasonic ist ein Heizgerät, das auf Wasserstoffbetrieb basiert und somit eine umweltfreundliche Alternative zu den herkömmlichen Heizsystemen darstellt.
Wasserstoff-Brennstoffzellen für Privathaushalte
Panasonic hat im Jahr 2009 eine Brennstoffzelle für Privathaushalte eingeführt, die in mehr als 200.000 Haushalten weltweit eingesetzt wird. In Panasonics erster Sustainable Smart Town in Fujisawa nutzen mehr als 2.000 Menschen seit 2014 Brennstoffzellen in ihren Häusern. Mit seiner neuesten Brennstoffzellentechnologie will Panasonic eine CO₂-freie Produktion ermöglichen und den Weg zu einer Gesellschaft ebnen, die auf Wasserstoff setzt.
Gewerbliche und industrielle Anwendungen
Mit der Einführung seines ersten kommerziell einsetzbaren Brennstoffzellensystems (5KW) will Panasonic die Anwendungsmöglichkeiten auf größere Gebäude, Geschäfte und Fabriken ausweiten. Das System ist modulare aufgebaut und kann bei Bedarf erweitert werden, ohne dass es zu Ausfallzeiten kommt. Panasonic verfolgt das Ziel, eine Welt zu schaffen, in der Wasserstoff als Energieträger genutzt werden kann.
Funktionsweise der Ene-Farm
Die Ene-Farm ist einfach zu bedienen und kann problemlos in das bestehende Heizsystem integriert werden. Es ist auch möglich, die Ene-Farm mit Solarzellen zu kombinieren, um eine noch höhere Energieeffizienz zu erreichen. Dadurch, dass die Technologie sehr effizient ist, werden nur geringe Mengen an Abwärme erzeugt, was eine deutliche Energieeinsparung bedeutet.
Grüner Wasserstoff – der Energieträger für eine nachhaltige Zukunft
Wasserstoff kann aus überschüssiger Energie wie Offshore-Windenergie und durch die Spaltung von Wasser erzeugt werden. Es ist einfach zu speichern und zu transportieren und verursacht keine CO₂-Emissionen. Im Oktober 2021 stellte Panasonic seinen ersten reinen Wasserstoff-Brennstoffzellengenerator vor, der die erste RE100-konforme Produktionslösung darstellt, die reine Wasserstoff-Brennstoffzellen, Fotovoltaik-Generatoren und Speicherbatterien kombiniert.
Mit der Ene-Farm hat Panasonic eine innovative Lösung für die Heizung mit Wasserstoff entwickelt. Die Technologie ist umweltfreundlich, energieeffizient und kosteneffektiv. Die Ene-Farm ist einfach zu installieren und zu warten und bietet eine hervorragende Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen.
Alle wollen Wasserstoffpaneele kaufen: Doch Erfinder winken ab
Wasserstoff gilt nicht nur als Energieträger, sondern auch als Hoffnungsträger für die Energiewende. Das leichte Gas soll eine umweltfreundliche Möglichkeit der Energiespeicherung bieten. Doch noch existieren nur geringe Produktionskapazitäten. Viel zu wenig, um den Energiebedarf in Deutschland zu decken. Möglicherweise ändert sich das bald. Denn belgische Wissenschaftler haben ein Solarpaneel entwickelt, das direkt Wasserstoff erzeugt - und zwar nachhaltig und dezentral. Die Nachfrage ist groß.
Beeindruckende Ausbeute von 250 Litern pro Tag
Entwickelt wurde das Wasserstoff-Modul in der Katholieke Universiteit in Leuven. Zwei Ingenieure erarbeiteten dort die ersten Prototypen. Aus den Überlegungen entstand das Unternehmen Solhyd. Mittlerweile erreichen die H2-Solarpaneele laut Hersteller eine Wasserstoffausbeute von 250 Litern pro Tag. Sie sollen einen Wirkungsgrad von 15 Prozent erreichen. In einem Langzeittest prüft das Unternehmen gemeinsam mit der KU Leuven das reale Betriebsverhalten ihrer Technologie. Auf dem Dach des Fluxys-Gebäudes in Anderlecht werden Testmodule in verschiedenen Ausrichtungen aufgestellt. Fluxy ist ein Fernleitungsnetzbetreiber für Erdgas.
„Die Zusammenarbeit mit der KU Leuven ist für uns eine Möglichkeit, unser Wissen zu teilen und um auf diese Weise die Zukunft zu schultern“, erklärt Raphaël De Winter, Direktor der Innovationsabteilung bei Fluxys gegenüber der belgischen Nachrichtenseite BRUZZ. Die Vorbereitungen für das Projekt laufen seit zwei Jahren. Anhand von Analysen und Messungen wollen die Wissenschaftler wichtige Informationen zur Leistung und dem realen Verhalten der Module gewinnen.
Nachfrage ist groß, Marktreife aber noch nicht erreicht
Laut dem Wissenschaftler Jan Rongé, der vonseiten der Universität beteiligt ist, fragen bereits viele Interessenten für den Kauf der H2-Module an. Allerdings sei es dafür noch zu früh. Seit der Präsentation ihres Produkts ist die Nachfrage sowohl aus Belgien als auch aus dem Ausland groß. Die Marktreife soll jedoch erst in einigen Jahren erreicht werden.
Der rege Andrang ist nicht verwunderlich. Schließlich gibt Solhyd an, dass 20 der Paneele ausreichen, um ein normales Einfamilienhaus autark durch den Winter zu bringen. „Die Wasserstoffpaneele selbst speichern keinen Wasserstoff und arbeiten mit sehr niedrigem Druck. Dies hat mehrere Sicherheits- und Kostenvorteile. Der Wasserstoff wird zentral in der Anlage gesammelt und dann bei Bedarf komprimiert“, erklärte Rongé gegenüber dem Fachportal
Das kostet ein Wasserstoff-Auto auf 100 Kilometer: Der Preis wird Sie umhauen
Bayern sei beim Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur gut dabei und müsse es auch bleiben, sagte der bayrische Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger im Mai vor dem Wirtschaftsausschuss. Wasserstoff biete im Vergleich zu Öl und Gas „eine ganz große Chance der Diversifizierung“ zitiert die Süddeutsche Zeitung Aiwanger. Deshalb soll laut dem Förderprogramm des Wirtschaftsministers ab dem dritten Quartal 2023 bayernweit bis zu 50 Elektrolyseure entstehen. Zudem stand die Eröffnung der ersten zehn geförderten Wasserstofftankstellen kurz bevor.
Im Berufsnetzwerk LinkedIn meldete sich Aiwanger nun mit einem kurzen Fahrbericht zu Wort: Der Politiker ist aktuell in einem von rund 100 Wasserstoff-BMW unterwegs. BMW hatte in einer Kleinserie etwa 100 Exemplare des X5 mit einer Brennstoffzelle ausgestattet.
„Bin mit dem Wasserstoff-Auto bisher sehr zufrieden“, schreibt Aiwanger – dazu gibt es ein Bild vom X5 an einer Wasserstofftankstelle. Die Tankzeit pro Kilogramm des Gases liege unter einer Minute, die Bezahlung erfolge direkt an der Zapfsäule via Karte – Aiwangers Resümee: „Passt!“
Die Kilometerkosten des X5 klingen allerdings alles andere als überzeugend: Aiwanger rechnet vor, dass der Wasserstoff-BMW rund 1,3 Kilo Wasserstoff auf 100 Kilometern verbraucht. Bei einem Wasserstoffpreis von 13,85 Euro pro Kilo bedeutet das: 100 Kilometer im H2-X5 kosten rund 18 Euro. Das ist etwa doppelt so viel wie beim elektrischen BMW iX, der an der öffentlichen Ladesäule Energiekosten von rund 9,40 Euro auf 100 Kilometern verursacht.
Mit einem Tankvolumen von 6 Kilogramm erzielt der Wasserstoff-BMW etwa 500 Kilometer Reichweite, fährt also rund 100 Kilometer weiter als der BMW iX. Aiwanger zeigt sich mit der Reichweite des X5 zufrieden – zumal im bayrischen Haushalt für dieses Jahr den Bau von zehn weiteren Wasserstofftankstellen budgetiert ist. Kostenpunkt: 20 Millionen Euro, also rund zwei Millionen Euro pro Wasserstofftankstelle.
Mit Bill Gates' Hilfe: Firma will unerschöpfliche Energiereserven anzapfen
Das in Denver ansässige Start-up Koloma hat bisher eine beeindruckende Finanzierungssumme von über 90 Millionen US-Dollar eingesammelt, zu deren Geldgebern auch prominente Persönlichkeiten wie Bill Gates gehören. Der Zweck der Investition besteht darin, den sogenannten geologischen Wasserstoff direkt aus der Erde zu fördern. Dieser besondere Wasserstoff, der hauptsächlich entlang tektonischer Platten unterhalb der Erdoberfläche entdeckt wurde, gilt als vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen. Eine herausragende Eigenschaft des geologischen Wasserstoffs ist seine Umweltverträglichkeit, da er im Vergleich zu anderen Wasserstoffarten tatsächlich sauberer sein soll.
Bisherige Methoden zur Wasserstoffgewinnung, wie grüner oder blauer Wasserstoff, sind zwar klimaneutral, erfordern jedoch komplexe und energieintensive Verfahren bei der Herstellung. Im Gegensatz dazu muss der geologische Wasserstoff, oft als weißer oder goldener Wasserstoff bezeichnet, nur aus der Erde extrahiert werden. Das junge Unternehmen gibt an, dass ihr Weg kosteneffizienter und weniger energieintensiv ist als herkömmliche Verfahren zur Wasserstoffgewinnung.
Über geologischen Wasserstoff gibt es bislang wenige Daten
Eine Herausforderung besteht jedoch darin, geeignete Quellen für den geologischen Wasserstoff zu finden. Koloma hält die genauen Standorte der Suche geheim, um seinen Pionierstatus nicht zu verlieren. Allerdings wurde bekannt, dass bereits erste Bohrungen im Mittleren Westen der USA stattgefunden haben. Die genaue Menge des in der Erde gespeicherten geologischen Wasserstoffs ist bis heute unbekannt. Michael Webber, Professor an der University of Texas, schätzt jedoch, dass es Wasserstoff im Wert von mindestens einer Billion Dollar geben könnte. Laut der Webseite t3n existieren diese Vorkommen auf allen Kontinenten, was den potenziellen Markt für geologischen Wasserstoff besonders interessant macht.
Wenn das Start-up erfolgreich ist, könnte dies eine riesengroße Quelle sauberer Energie erschließen und die Art und Weise, wie Wasserstoff produziert wird, nachhaltig verändern. Eine breite Nutzung des geologischen Wasserstoffs könnte also eine bedeutende Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels und der Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen spielen. Es bleibt spannend zu sehen, wie sich diese Technologie entwickelt und welchen Einfluss sie auf die globale Energielandschaft haben wird.
Dieselmotor mit Wasserstoff betreiben: Forscher finden weg zur Umrüstung
Ingenieure der University of New South Wales Sydney (UNSW) haben einen Dieselmotor erfolgreich so umgebaut, dass er stattdessen mit 90 Prozent Wasserstoff und nur zehn Prozent Diesel arbeitet. Das Team unter der Leitung von Professor Shawn Kook von der School of Mechanical and Manufacturing Engineering verbrachte laut eigener Aussage rund anderthalb Jahre mit der Entwicklung des "Wasserstoff-Diesel-Direkteinspritzungs-Doppelkraftstoffsystems".
Den Forschern zufolge könnte prinzipiell jeder existierende Dieselmotor, der in Lkw und Kraftmaschinen in der Landwirtschaft und im Bergbau eingesetzt wird, in nur wenigen Monaten auf das neue Hybridsystem umgerüstet werden. Den so umgerüsteten Motor mit grünem Wasserstoff zu betreiben, wäre dann entschieden umweltfreundlicher als der Betrieb mit reinem Dieselkraftstoff.
In einer wissenschaftlichen Arbeit zu dem Retrofit-Hybridmotor, die im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlicht wurde, zeigt das Team um Professor Kook, dass die CO2-Emissionen bei Verwendung des inzwischen patentierten Wasserstoffeinspritzsystems auf nur 90 g/kWh sinken – das seien 85,9 Prozent weniger als bei einem gewöhnlichen Dieselmotor.
"Diese neue Technologie reduziert die CO2-Emissionen bestehender Dieselmotoren erheblich und könnte somit einen wichtigen Beitrag zur Verringerung unserer CO2-Bilanz leisten, gerade in Australien mit seinem Bergbau, der Landwirtschaft und anderen Schwerindustrien, in denen Dieselmotoren weit verbreitet sind", erklärt Professor Kook in einer Pressemeldung. "Dieselmotoren, die bereits im Einsatz sind, nachzurüsten, geht viel schneller, als auf die Entwicklung völlig neuer Brennstoffzellensysteme zu warten, die frühestens in zehn Jahren in größerem Maßstab auf den Markt kommen könnten."
Mit der Lösung des australischen Forscherteams bleibt die ursprüngliche Dieseleinspritzung im Motor, wird aber um eine Wasserstoffeinspritzung direkt in den Zylinder erweitert. Die im Vorfeld durchgeführten Forschungsarbeiten hatten ergeben, dass es vor allem auf die zeitlich genau abgestimmte Direkteinspritzung des Wasserstoffs ankommt, welche die Gemischbedingungen im Zylinder so verändert, dass die ansonsten entstehenden, schädlichen Stickoxidemissionen beseitigt werden.
"Wenn man Wasserstoff einfach in den Motor gibt und sich alles miteinander vermischen lässt, entstehen starke Stickoxidemissionen (NOx), die eine wichtige Ursache für Luftverschmutzung und sauren Regen sind", so Professor Kook. "Wir haben in unserem System jedoch gezeigt, dass wir die NOx-Emissionen unter die eines reinen Dieselmotors senken können, wenn wir es geschichtet aufbauen – das heißt, wenn es in einigen Bereichen mehr Wasserstoff und in anderen weniger Wasserstoff gibt."
Das Wasserstoff-Diesel-Direkteinspritzsystem benötigt anders als andere Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme keinen hochreinen Wasserstoff, zudem konnten die Forscher im Vergleich zu gewöhnlichen Dieselmotoren eine Effizienzsteigerung von gut 26 Prozent nachweisen. Ermöglicht werde die verbesserte Effizienz durch die unabhängige Steuerung des Zeitpunkts der Wasserstoff-Direkteinspritzung sowie der Diesel-Einspritzung.
Das Forschungsteam hofft nun, das neue System in den nächsten ein bis zwei Jahren kommerziell vermarkten zu können. Am ehesten lasse sich die neue Technologie dabei an Industriestandorten einsetzen, an denen bereits permanente Wasserstoffversorgungsleitungen vorhanden sind. Dazu gehören vor allem Bergbaugebiete, in denen bislang etwa 30 Prozent der Treibhausgasemissionen durch den Einsatz von Dieselmotoren verursacht werden.
Rettet dieser Verbrennungsmotor die Autoindustrie?
Danach haben sich die Fans der Verbrennungsmotoren gesehnt: Ein Auto, das leicht zu betanken ist, eine Reichweite wie ein Verbrenner hat, dafür aber kaum Emissionen ausstößt. Toyota, einer der weltweit führenden Automobilhersteller, hat kürzlich einen neuen Verbrennungsmotor vorgestellt, der Wasserstoff als Kraftstoffquelle nutzt. Diese innovative Technologie hat das Potenzial, die Autos der Zukunft grundlegend zu verändern und bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Benzinmotoren. Aber wie bei den E-Fuels gibt es auch hier ein Problem.
Der neue Verbrennungsmotor von Toyota ist tatsächlich sauberer als herkömmliche Benzinmotoren. Während Benzinmotoren schädliche Schadstoffe wie Kohlenmonoxid und Stickoxide ausstoßen, entstehen bei der Wasserstoffverbrennung lediglich Wasserdampf und Wärme. Das bedeutet, dass Autos, die mit dieser Technologie ausgestattet sind, emissionsfrei sind – und damit deutlich umweltfreundlicher sind als herkömmliche Autos.
Der neue Motor schlägt alle Benziner
Die neue Technologie ist zudem sehr effizient und liefert eine hohe Leistung bei geringem Kraftstoffverbrauch. Der Wasserstoffverbrennungsprozess in diesem Motor wandelt bis zu 45 Prozent der Energie des Wasserstoffs in mechanische Energie um, so Toyota, um das Fahrzeug anzutreiben. Dies ist viel höher als der Wirkungsgrad herkömmlicher Benzinmotoren, die typischerweise nur etwa 30 Prozent der Energie im Benzin in mechanische Energie umwandeln.
Im Gegensatz zu batterie-elektrischen Fahrzeugen, die lange Ladezeiten erfordern und eine begrenzte Reichweite haben, können mit dieser Technologie ausgestattete Fahrzeuge schnell und in wenigen Minuten betankt werden. Und dabei eine Reichweite haben, die mit herkömmlichen benzinbetriebenen Autos vergleichbar ist. Dadurch eignen sie sich für ein breites Anwendungsspektrum, darunter Fernreisen und Schwerlastanwendungen wie den gewerblichen Lkw-Transport.
Das klingt alles sehr gut – aber natürlich hat die Sache einen Haken: Damit Autos mit einem solchen Motor wirklich sauber unterwegs sind, müssen sie Wasserstoff tanken, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wurde. Doch bisher stammen rund 97 Prozent des in der EU produzierten Wasserstoffs aus Kohle oder Gas. Dabei werden enorm hohe Mengen an CO2 freigesetzt. Es fehlt an Produktionsstätten für grünen Wasserstoff.
Es fehlt noch ein wichtiger Teil
Der wenige grüne Wasserstoff wird zudem an anderer Stelle benötigt. Die Schwerindustrie, wie die Stahl-, Zement- oder die chemische Industrie, verursachen allein rund 30 Prozent aller CO2-Emissionen. Die benötigen grünen Wasserstoff also als Erste, um die nötigen Klimaziele erreichen zu können.
Ein weiteres Problem stellt die Infrastruktur dar. Auch wenn es grünen Wasserstoff im Überfluss geben würde, die passende Infrastruktur ist nicht vorhanden. Die EU hat schon genügend Probleme eine relativ einfache E-Ladeinfrastruktur zu schaffen. Die für Wasserstoff ist erheblich komplizierter und auch sehr viel teurer. Man wird kaum zwei unterschiedliche Infrastrukturen parallel aufbauen wollen.
Im Schwerlastverkehr wird der Antrieb auf Interesse stoßen, da der Motor weniger Wartung als eine Brennstoffzelle benötigt, aber die gleiche Reichweite ermöglicht. Brennstoffzellen lassen sich zudem nicht in allen Klimazonen einsetzen, da sie schwer zu kühlen sind. Hier wird der Wasserstoffverbrennungsmotor mit Sicherheit eine große Rolle spielen.
Der neue Verbrennungsmotor von Toyota hat das Potenzial, die Autos der Zukunft grundlegend zu verändern. Diese Technologie ist sauberer, effizienter, vielseitiger und kostengünstiger als herkömmliche Benzinmotoren und stellt damit eine attraktive Option dar. Neben der Tank-Infrastruktur gibt es allerdings noch eine weitere entscheidende Frage: Ob die Autoindustrie, nachdem sie alle Weichen auf den Elektromotor gestellt hat, noch gewillt ist, eine weitere Antriebsart ins Portfolio aufzunehmen.