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„Eine Alternative für anspruchsvolle Anwendungen“
Wasserstoffmotoren sind technisch weit fortgeschritten und bereit für die Serienproduktion. In vielen Fällen können sie einen herkömmlichen Verbrennungsmotor ersetzen.
Zu Land, zu Wasser und in der Luft: Verbrennungsmotoren bringen Fahrzeuge voran und als Stationäraggregate sichern sie beispielsweise eine Stromversorgung. Idealerweise passiert das künftig umweltfreundlich sowie klimaneutral ohne Schadstoff- und CO2-Ausstoß. Das rückt Wasserstoff als Treibstoff in den Fokus. Statt fossiler Brennstoffe wie Benzin oder Diesel zündet Wasserstoff im Brennraum des Motors und liefert so die Antriebsenergie. Die Verbrennung ist sauber – lediglich Wasserdampf und Stickoxide entstehen als Abfallprodukt. Ist der Wasserstoff klimaneutral hergestellt, fällt kein CO2-Ausstoß an. Auf diese Weise wird der Wasserstoffmotor zur Alternative für batterieelektrische Antriebe oder die Brennstoffzelle.
Die Technik ist sehr weit entwickelt. Die großen Motorenhersteller haben erste Wasserstoffmotoren auf dem Markt oder bereiten die Serienfertigung vor, Fahrzeughersteller stehen ebenfalls in den Startlöchern. Dabei haben sie Anwendungen im Blick, in denen bisher vor allem der Dieselmotor gepunktet hat. Zum Beispiel Deutz: Deren Wasserstoffmotor TCG 7.8 H2 leistet 220 Kilowatt (299 PS) und entwickelt ein Drehmoment von 1.000 Newtonmeter. Er basiert auf dem Diesel-Sechszylindermotor TCD 7.8, und überall dort, wo dieser eingesetzt wird, ließe sich die Wasserstoffvariante mit ebenfalls 7,8 Liter Hubraum verwenden, sagt das Unternehmen. Die Serienproduktion ist für Ende dieses Jahres geplant.
Umrüstung des Motors notwendig
Wasserstoffmotoren profitieren davon, dass die Verbrennungstechnik sehr weit fortgeschritten ist, Motorenproduktionen etabliert sind und dichte Servicenetze bestehen. Es ist freilich nicht einfach damit getan, einem Dieselmotor den anderen Treibstoff zu geben. „Die Umrüstung ist notwendig. So müssen zum Beispiel sämtliche Dichtungen auf Wasserstoff ausgerichtet sein. Vor allem das Einspritzsystem muss komplett überarbeitet werden, damit sich bei der Verbrennung ein ähnlicher Wirkungsgrad wie bei Dieselkraftstoff erzielen lässt“, beschreibt Robin Möller, Global Segment Director im Bereich Power Generation bei Freudenberg Sealing Technologies. „Der Wasserstoffmotor ist eine Weiterentwicklung der bekannten Verbrennungstechnologie und wird für anspruchsvolle Anwendungen als mittel- und langfristige Lösung zur Emissionsreduzierung wahrgenommen. Daher sind Produkte für die Wasserstoffverbrennung fester Bestandteil unserer Wasserstoffstrategie.“ Die Ausgangsposition ist vorzüglich: Das Unternehmen hat jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung und Produktion der vielen unterschiedlichen Dichtungskomponenten für Gasverbrennungsmotoren.
Der Wasserstoffmotor ist eine Weiterentwicklung der bekannten Verbrennungstechnologie und wird für anspruchsvolle Anwendungen als mittel- und langfristige Lösung zur Emissionsreduzierung wahrgenommen.
Robin Möller, Global Segment Director im Bereich Power Generation bei Freudenberg Sealing Technologies
Doch im Vergleich zu konventionellen Motoren sind die Anforderungen an die Dichtungen deutlich höher. Dabei gibt es zwei Hauptziele: Zum einen die Wasserstoffpermeation minimieren, also das Entweichen dieses äußerst flüchtigen Gases aus dem System sowie das Eindringen ins Dichtungsmaterial. Und zum anderen die Lebensdauer der Dichtungen trotz anderer chemischer und mechanischer Gegebenheiten so hoch zu halten, wie es Betriebsdauer und Wartungszyklen erfordern.
Hightech-Dichtungsmaterialien sind verfügbar
“Die Auswahl des Dichtungsmaterials ist entscheidend“, sagt Möller. „Wir haben nicht nur ein sehr breites Werkstoffwissen – bei uns sind auch Hightech-Materialien für den Wasserstoffeinsatz verfügbar.“ Wie bisher schon bei traditionellen Verbrennungsmotoren helfe das Unternehmen mit dieser umfassenden Kompetenz, Wasserstoffmotoren ebenfalls zur Perfektion zu bringen. Daimler Truck erprobt den Alltagsbetrieb bereits. Zusammen mit 17 Konsortialpartnern entwickelte der Fahrzeughersteller einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor für Praxiseinsätze. Das erste Fahrzeug ist ein Unimog. Dabei lassen sich auch am Fahrzeug angebrachte Arbeitsmaschinen über den schadstoffarmen Verbrenner betreiben. Den 213 Kilowatt (290 PS) starken Motor versorgen vier 700-bar-Hochdrucktanks mit insgesamt 13 Kilogramm gasförmigem Wasserstoff.
Das US-Unternehmen Cummins ist einer der größten Motorenhersteller und hat auf Fachmessen den Wasserstoffmotor B6.7H gezeigt. Aus 6,7 Liter Hubraum schöpft er eine Leistung von 216 Kilowatt (290 PS) und ein Drehmoment von 1.200 Newtonmeter. Das Aggregat basiere auf einer vollständig neu entwickelten Motorenplattform, um Leistungsdichte, Reibungsverluste und thermische Effizienz zu optimieren, beschreibt Cummins. Als Ergebnis biete der Motor dieselbe Leistung wie ein vergleichbarer Dieselmotor und sei vollständig kompatibel mit Antriebsstrang, Getriebe und Wasserkühlern. Ein weiterer Vorteil des B6.7H sei das deutlich leisere Laufgeräusch im Vergleich zum Dieselmotor.
Das Unternehmen hat den Wasserstoffmotor versuchsweise in einen handelsüblichen Lastwagen der Klasse zehn bis 26 Tonnen Gesamtgewicht eingebaut, wie sie im Verteilerverkehr gängig ist. Bei Fahrleistung, Nutzlast und Ladefläche gebe es keine Unterschiede. Wartungsarbeiten inklusive Kosten seien vergleichbar zu Dieselmotoren. Diese Lösung biete laut Cummins somit eine kostengünstige Technik, um die Dekarbonisierung des Transportsektors voranzutreiben. Der „Concept Truck“ speichere den Wasserstoff ebenfalls in 700-bar-Hochdrucktanks. Damit habe er bis zu 500 Kilometer Reichweite – ausreichend für den typischen Alltagsbetrieb und mehr als ein vergleichbarer Lastwagen mit batterieelektrischem Antrieb. In nur zehn Minuten können beide Tanks neu befüllt werden. Außerdem arbeitet Cummins am Wasserstoffmotor X15H mit 15 Liter Hubraum für schwere Nutzfahrzeuge.
Stationäreinsatz von Wasserstoffmotoren
Eine hohe Bedeutung habe zudem der stationäre Einsatz von Wasserstoffmotoren, sagt Robin Möller. „Etwa in Notstromaggregaten. Das Spektrum reicht bis hin zu sehr großen Ausführungen mit mehreren Megawatt Leistung für Einrichtungen wie Krankenhäuser, Flughäfen und Datencenter.“ Die Lebensdauer solcher Großmotoren liege bei 20 bis 30 Jahren – so lange müssen die Dichtungen ihre Funktion erfüllen.
„Unsere Kunden sehen Freudenberg Sealing Technologies als Technologiepartner, denn wir beraten mit tiefem Wissen rund um Dichtungen – zu Materialien, Design und Herstellungsverfahren. Darüber hinaus investiert das Unternehmen kontinuierlich in Forschung und Entwicklung, um die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Dichtungen weiter zu verbessern“, sagt der Experte. Dies schließe die Erforschung neuer Materialien und Herstellungsverfahren ein, die den steigenden Anforderungen gerecht werden. „So wird das Optimum erzielt und auf diese Weise die Wasserstofftechnik vorangebracht.“
Dieser Beitrag stammt aus unserem Unternehmensmagazin „ESSENTIAL“, in dem wir kontinuierlich über Trends und Schwerpunktthemen aus unseren Zielindustrien und -märkten berichten. Weitere Beiträge des Magazins finden Sie hier.
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