Nebergall von Cummins diskutiert die Zukunft von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren

In einem Webinar des Engine Technology Forum (ETF) im Juli über Wasserstoff-Verbrennungsmotoren und Dekarbonisierung erklärte Jim Nebergall von Cummins, dass die Dekarbonisierung von Fahrzeugen und Geräten verschiedene Ansätze erfordere. Der Geschäftsführer des Wasserstoffmotorengeschäfts von Cummins fügte hinzu, dass „mehrere Antriebslösungen erforderlich seien, darunter fortschrittliche Verbrennungsmotoren, Batterieelektrik und Brennstoffzellen. Wir brauchen vielfältige Lösungen.“

Unterstützt wird diese Philosophie durch die HELM-Strategie von Cummins. Sie steht für „höhere Effizienz, geringere Emissionen, mehrere Kraftstoffe“. Jane Beaman, Leiterin des On-Highway-Geschäfts von Cummins, erklärte in einem Video auf der Website des Unternehmens, dass dieser Ansatz „Kunden die Kontrolle über ihre eigene Fahrten gibt. Sie können den Kraftstoff wählen, der am besten zu ihnen, ihrem Unternehmen und ihren Zielen passt.“

Die im Rahmen des HELM-Programms entwickelten Motoren sind so konstruiert, dass bei der Auswahl einer Kraftstoffart, einschließlich Wasserstoff, nur eine minimale Anzahl von Komponenten ausgetauscht werden muss.

„Der Motor wird ab Werk als Diesel-, Erdgas- oder Wasserstoffmotor bestellt“, sagte Nebergall in einem Interview mit Power Progress . „Ein Teil dieser Investitionsstrategie besteht darin, uns flexibler zu machen und mehr Optionen für den Markt zu haben, da wir glauben, dass für die Dekarbonisierung viele Optionen erforderlich sein werden.“

Der Cummins X15-Motor, der Teil des HELM-Programms ist. (Foto: Cummins)

Laut Nebergall sind jedoch zwei der Motoren des HELM-Programms – ein 6,7-Liter- und ein 15-Liter-Motor – auf dem besten Weg, für Wasserstoffkraftstoff bereit zu sein.

„Wir testen beide Triebwerke derzeit aktiv an verschiedenen Orten der Welt“, sagte er. „Sie befinden sich in Prüfständen, und wir testen sie derzeit auf vier Kontinenten.“

Funkenzündendes Erlebnis

Dass diese Wasserstoffmotoren kommerziell rentabel sind, liegt unter anderem an der Erfahrung von Cummins bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung.

„Wir haben über 20 Jahre Erfahrung mit Erdgas-Ottomotoren“, sagte Nebergall. „Es gibt also viele Ähnlichkeiten im Design von Erdgasmotoren, aber auch Unterschiede, da es sich um einen anderen Kraftstoff handelt. Er hat andere Eigenschaften.“

Nebergall fügte hinzu, dass es auch vereinzelte Ähnlichkeiten zu Dieselmotoren gebe. So führe Cummins‘ geplanter Einsatz der Magerverbrennungstechnologie für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren zu einer Abgasnachbehandlung ähnlich der bei Dieselmotoren.

„Das bedeutet, dass die Abgasnachbehandlung eher der von Dieselmotoren ähnelt, mit SCR (selektive katalytische Reduktion) zur NOx-Kontrolle (Stickoxiden). Im Gegensatz zu Erdgasmotoren, die stöchiometrisch arbeiten, also Luft und Kraftstoff zu gleichen Teilen verbrauchen“, sagte er. „Sie nutzen einen Dreiwegekatalysator zur NOx-Kontrolle.“

Dieselähnliche Lösung

Im ETF-Webinar wies Nebergall darauf hin, dass das Feedback der Endnutzer darauf hinweist, dass die Wasserstoff-IC-Technologie dem Diesel am ähnlichsten sei, da ein Wasserstoffmotor „die Leistung und das Drehmoment liefert – er kann in den bestehenden Umgebungen und mit der bestehenden Ausrüstung betrieben werden.“

Ein Grund dafür ist die Direkteinspritztechnologie.

„Das bedeutet, dass es pro Zylinder einen Kraftstoffeinspritzer gibt, im Gegensatz zu einem Motor mit Saugrohreinspritzung, bei dem der Kraftstoff irgendwo weiter oben in den Ansaugkrümmer eingespritzt wird und dann in die Brennkammer gelangt“, sagte Nebergall gegenüber Power Progress und fügte hinzu, dass der Motor durch diesen Ansatz eine Leistung und ein Drehmoment erreichen könne, die denen eines modernen Dieselmotors entsprechen.

Hochleistungs-Dekarbonisierung

Was den zukünftigen Einsatz von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren angeht, so Nebergall, seien die besten Anwendungen diejenigen, die schwer zu dekarbonisieren sind. Ein Ziel für eine frühzeitige Einführung sei der Markt für Schwerlast-Lkw.

„Schwerlast-Lkw legen viele Kilometer zurück“, sagte er. „Das bedeutet, dass sie viel Kraftstoff verbrauchen. Außerdem gehören Schwerlast-Lkw typischerweise einem Großkunden, der mehrere Einheiten besitzt. Diese Unternehmen verfolgen typischerweise ESG-Ziele (Umwelt, Soziales und Unternehmensführung) und versuchen, ihre CO2-Emissionen zu senken.“

Die Größe dieser Flotten und ihr Interesse an Wasserstoff können auch dazu beitragen, Hürden in der Tankinfrastruktur zu überwinden.

„Wir werden nicht vom ersten Tag an ein Tankstellennetz sehen“, sagte Nebergall. „Der Aufbau von Tankstellennetzen dauert lange.“ Er fügte hinzu, dass die Erdgasinfrastruktur in den USA zwar relativ robust sei, der Aufbau aber rund 20 Jahre gedauert habe.

„Große Flotten haben die Möglichkeit, in ihren Anlagen und Depots etwas zu unternehmen, indem sie die Infrastruktur bereitstellen und den Treibstoff liefern“, sagte Nebergall und fügte hinzu, dass dies zunächst zu einer stärker privaten Tankinfrastruktur führen werde.

„Dies vor Ort zu haben und dann Dekarbonisierungsziele zu verfolgen, ist der Beginn einiger erster Anwendungen“, sagte er.

Anwendungen für landwirtschaftliche Geräte

Auch landwirtschaftliche Geräte bieten eine Möglichkeit für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren. Nebergall verwies auf die Absichtserklärung, die Cummins 2022 mit Bühler Industries unterzeichnet hat, um Wasserstoff-Verbrennungsmotoren in Versatile-Traktoren zu integrieren.

„In dieser Umgebung gibt es nicht viele praktikable Alternativen“, sagte er. „Es ist staubig, schmutzig und meist abgelegen. Wenn heute Dieselkraftstoff eingeführt wird, kann Wasserstoff verwendet werden, und das erfüllt die Anforderungen.“

Laut Nebergall ist die Kraftstofflagerung eine Herausforderung bei landwirtschaftlichen Anwendungen.

„Die Lagerung von Wasserstoffkraftstoff benötigt viel Platz, obwohl er komprimiert ist, unter hohem Druck steht und sich in diesen Kohlefasertanks befindet“, sagte er. „Das ist ein großer Platzbedarf, wenn man den Platzbedarf einer Gallone Diesel – also den Lagerraum, den man für eine Gallone Diesel benötigt – mit dem entsprechenden Energiegehalt von Wasserstoff vergleicht.“

Nächste Schritte

Nebergall sagte, dass hinsichtlich der Wasserstoff-Verbrennungsmotoren von Cummins vor ihrer kommerziellen Markteinführung noch einige weitere Schritte unternommen werden müssten.

„Wir schränken die Architekturen auf die endgültige Lösung ein“, sagte er. „Der nächste Schritt wäre, das Produkt tatsächlich in Anwendungen und Fahrzeugen einzusetzen, Praxiserfahrungen zu sammeln und dann mit der Produktion zu beginnen.“

Auch regulatorische Unterstützung sowie an der Technologie und der Kraftstoffinfrastruktur interessierte OEMs sind für eine langfristige Einführung von entscheidender Bedeutung.

„Generell halten wir das Ende des Jahrzehnts für den richtigen Zeitpunkt, um die Markteinführung der Technologie zu planen, und genau darauf zielen wir ab.“

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