Branchenexperten sprechen über Wasserstoff-Verbrennungsmotoren bei der Dekarbonisierung

Während die Debatte über die langfristige Rolle von Verbrennungsmotoren (ICE) bei den weltweiten Dekarbonisierungsbemühungen anhält, hat das gemeinnützige Engine Technology Forum kürzlich ein Gremium von Branchenexperten zu einem Webinar zusammengebracht, um die Zukunft von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren als Dekarbonisierungsstrategie zu diskutieren.

„Wir sehen die Zukunft des Verbrennungsmotors in der Senkung der Emissionen, der Steigerung der Effizienz und der Umstellung auf nachhaltige und erneuerbare Kraftstoffe“, sagte Allen Schaeffer, Geschäftsführer des Engine Technology Forum, in seiner Einführung zum Webinar. „Und letztendlich sehen wir ihn auch als einen wichtigen Teil der Energiezukunft.“

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Jim Nebergall, Executive Director für Marktstrategie bei Cummins, sagte, dass Wasserstoff-Verbrennungsmotoren für den Markt erschwinglich seien.

„Wir können in diesem Jahrzehnt die Serienproduktion starten, da es sich um konventionelle Technologie handelt“, sagte er. „Wir wissen, wie man Motoren baut – und Sie werden es von mehreren Unternehmen hören – wir wissen, wie man Motoren mit diesem Kraftstoff betreibt.“

Nebergall fügte hinzu, dass seine Gespräche mit Endnutzern gezeigt hätten, dass viele von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren begeistert seien, weil „sie die dieselähnlichste Lösung sind, die die Arbeit erledigt, die Leistung und das Drehmoment liefert. Sie können in bestehenden Umgebungen und mit bestehenden Anlagen betrieben werden.“

Ivan Tate, Leiter der Produktentwicklung für Nordamerika bei FPT Industrial, bezeichnete Wasserstoff-Verbrennungsmotoren als einen „natürlichen technologischen Fortschritt“ im Vergleich zu anderen Motoren, beispielsweise solchen, die mit Erdgas betrieben werden.

Auch der Abgasnachbehandlungsspezialist Johnson Matthey nahm an der Podiumsdiskussion teil. „Sauberer Wasserstoff – wir sind überzeugt, dass er in einer kohlenstoffarmen Zukunft eine entscheidende Rolle spielen wird, insbesondere in Bereichen, in denen eine Dekarbonisierung sonst nur schwer möglich ist“, sagte Louise Arnold, Produktlinienleiterin für leichte Nutzfahrzeuge bei Johnson Matthey.

Laut Dmitri Konson, Vice President of Global Engineering beim Antriebstechnologieunternehmen Tenneco, sind wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren der Schlüssel zur Mobilität der Zukunft. „Wir sehen darin den pragmatischsten Schritt in naher Zukunft zur Dekarbonisierung von Nutzfahrzeugflotten und Geländefahrzeugen.“

Emissionsvorteile

Einer der Hauptvorteile, die die Diskussionsteilnehmer während des Webinars nannten, waren die Emissionen. Nebergall sagte, dass grüner Wasserstoff, der mithilfe erneuerbarer Energien erzeugt wird, als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren eine CO2-freie Lösung entlang der gesamten Lieferkette darstellt.

„Wenn die zur Herstellung des Kraftstoffs verwendete Energie erneuerbar ist, gibt es von der Quelle bis zum Rad keine Emissionen und auch keine CO2-Emissionen“, sagte er.

Einer der Vorteile von Wasserstoff als Kraftstoff liege darin, dass er die derzeitigen fossilen Brennstoffe nahezu vollständig ersetzen könne, sagte Arnold.

Ich sage fast – es steckt viel dahinter – aber es kann auf sehr ähnliche Weise genutzt werden wie Diesel. Daher kann es uns helfen, eine Zukunft mit noch weniger CO2-Emissionen zu erreichen, als wir derzeit erwarten.

Nebergall wies darauf hin, dass Wasserstoffkraftstoff von Natur aus geringere Stickoxidemissionen (NOx) aufweist. „Daher ist die Nachbehandlungstechnologie, die zur weiteren Reduzierung von NOx erforderlich ist, weniger aufwendig, um die endgültigen NOx-Emissionen zu reduzieren.“

Bezüglich der Nachbehandlung erläuterte Arnold den Ansatz.

„Der Oxidationskatalysator beseitigt den Wasserstoffschlupf“, sagte sie. „Er reinigt das Abgas für die Reduktion mit Harnstoff. Möglich wäre auch ein Ammoniakschlupfkatalysator (ASC), der eine mögliche Übereinspritzung von Harnstoff verhindern könnte.“

Arnold sagte, der letzte Schritt sei ein kleiner Partikelfilter, der alle vom Motor erzeugten oder aus dem Abgasnachbehandlungssystem selbst stammenden Partikel abscheide. Sie fügte hinzu, Johnson Matthey arbeite gemeinsam mit Kunden an verschiedenen Varianten dieses Ansatzes, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.

Konson sagte, dass die minimalen NOx-Emissionen, die vom Wasserstoff ausgehen, nicht auf den Kraftstoff selbst zurückzuführen seien, der keinen Stickstoff enthalte.

„Der einzige Stickstoff, der tatsächlich im Abgas vorkommt, ist der Stickstoff aus der Luft, die im Verbrennungsprozess in den Motor gelangt“, sagte er. „Die Stickstoffmenge ist also gering.“

Bedenken hinsichtlich des Immobilienmarktes

Eine Herausforderung im Zusammenhang mit Wasserstoff besteht darin, sicherzustellen, dass genügend Kraftstoff an Bord eines Fahrzeugs oder einer Maschine gespeichert werden kann, um einen sinnvollen Betrieb zu gewährleisten. Laut Nebergall strebt Cummins an, etwa 80 kg Wasserstoff an Bord eines Fahrzeugs zu haben, was einer entsprechenden Reichweite von etwa 800 Kilometern entspricht.

„Diese 80 kg – wir glauben, dass wir sie in typischer Kabinenform unterbringen können“, sagte er. „Sie würden einem Erdgas-Lkw sehr ähnlich sehen. Man würde den Unterschied nicht einmal an den Tanks erkennen, obwohl sie aufgrund des höheren Drucks dickere Wände haben und mehr wiegen.“

Laut Nebergall beträgt das Gesamtgewicht eines Lkws zwischen Kraftstoff und Tanks etwa 1.130 Kilogramm. Er äußerte die Hoffnung, dass die vom US-Verkehrsministerium (DOT) für alternative Technologien, wie beispielsweise Erdgas, vorgesehenen Toleranzen auch für Wasserstoff gelten würden.

Tate fügte hinzu, dass es zwar relativ einfach sei, auf einem Straßen-LKW Platz für Wasserstoffkraftstoff zu finden, bei Geländefahrzeugen jedoch größere Herausforderungen bestehen.

„Wenn wir uns unsere großen Offroad-Kunden ansehen – die verbrauchen 1000 Liter Kraftstoff auf einmal, in einem Arbeitsgang, an einem Tag“, sagte er. „Wir haben immer noch Bedenken hinsichtlich der Verpackung. Und die zylindrischen Behälter sind sicherlich auch schwieriger zu verpacken.“

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