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Erneuerbare Energien
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Wasserstoff hoch zwei: Dichtungen für die Brennstoffzelle und den Wasserstoffmotor
Alternative Antriebe sollen eine klimafreundliche Mobilität ermöglichen. Neben batterieelektrischen Fahrzeugen ruhen große Hoffnungen auf Wasserstoffantrieben. Zu ihnen zählen neben Fahrzeugen mit Brennstoffzelle auch solche mit Verbrennungsmotoren. Freudenberg Sealing Technologies kann beide mit Dichtungslösungen bedienen.
„Der Wasserstoffverbrenner wird im Schwerlastverkehr und bei Bussen serienmäßig kommen“, ist sich Professor Eberhard Bock sehr sicher. Da ansonsten die Brennstoffzelle in aller Munde ist, mag diese Meinung des Vice President Technology and Innovation, Freudenberg Sealing Technologies, mutig klingen. Von Motorenbauern wird sie jedoch mitgetragen. Schließlich arbeiten viele namhafte Hersteller von Verbrennungsmotoren an der Entwicklung von Wasserstoffmotoren. Der Grund liegt auf der Hand; es ist eine vielversprechende Technologie und keiner von ihnen möchte ins Hintertreffen geraten, sobald die Wasserstoffwirtschaft Fahrt aufnimmt. Zulieferer unterstützen den Entwicklungsprozess mit passenden Produkten, damit nicht mehr nur Diesel und Benzin, sondern auch Wasserstoff die Verbrennungsmotoren antreibt.
Wir haben für knifflige Situationen immer wieder Dichtungslösungen gefunden. Sei es für den Verbrenner, sei es für die Brennstoffzelle.
Professor Eberhard Bock, Vice President Technology and Innovation bei Freudenberg Sealing Technologies
Modifizierung des Verbrennungsmotors
Letztlich wird die Basis für etwas gelegt, das bei genauerer Betrachtung logisch erscheint. Denn die Grundlagen sind da. „Das Potenzial des Wasserstoffmotors liegt in der Erfahrung mit dem herkömmlichen Verbrennungsmotor“, sagt Professor Bock. Er wird seit weit mehr als 100 Jahren gebaut und gilt unter technologischen Gesichtspunkten als ausgereift. „Es gibt ausreichend Know-how und Fachkräfte, um Wasserstoffmotoren mit vergleichsweise wenig Aufwand zu entwickeln und zu optimieren“, ist der Honorarprofessor der Technischen Universität Kaiserslautern überzeugt. Immerhin haben Motorenhersteller aus Deutschland und den USA zuletzt kraftvolle Modelle präsentiert und streben eine Serienfertigung an. Dabei profitieren sie von Bauteilen, die sie ohne Weiteres von klassischen Verbrennungsmotoren übernehmen können. Derweil waren und sind sie gefordert, Komponenten wie Zylinderköpfe, Kolben, Kolbenringe und die Einspritzanlage auf den Wasserstoff hin anzupassen. Dabei müssen sie unter anderem berücksichtigen, dass die Temperaturen im Wasserstoffmotor punktuell höher sein können als in Dieselmotoren.
Technologieoffenheit: Ganz gleich ob Wasserstoffmotor oder Brennstoffzelle. Für Prof. Eberhard Bock, Vice President Technology and Innovation bei Freudenberg Sealing Technologies, ist jeder Antrieb willkommen, der nachhaltig ist.
Was die Produktion der Wasserstoffmodelle darüber hinaus begünstigt, sind die bestehenden Produktionsanlagen, die sich mit überschaubaren Investitionen für den H2-Verbrenner anpassen lassen. Zudem sind Materialversorgung und Lieferketten eingeschwungen und es werden keine seltenen Materialien benötigt. Vor kurzem vorgestellte Wasserstoffmotoren erreichen rund 300 Kilowatt (kW) und kommen auf Drehmomente von über 1.000 Newtonmeter (Nm). Ausreichend für den Einsatz der Motoren in Land- und Baumaschinen. Daneben kommen sie für stationäre Anlagen infrage. Etwa in Blockheizkraftwerken und als Notstromaggregate. Dafür sind bereits Motoren mit bis zu 1.000 kW und 5.000 Nm in Entwicklung. Diese 12-Zylinder-Motoren haben bis zu 50 Liter Hubraum und sollen auch im Mining-Bereich eingesetzt werden.
Vorteile von Wasserstoffantrieben
Vergleicht man Fahrzeuge mit batterieelektrischen Antrieben mit Fahrzeugen, die von einem Wasserstoffmotor angetrieben werden, dann punkten Letztere in einigen relevanten Kategorien. So ist abzusehen, dass der Anschaffungspreis niedriger ist, wenngleich der Unterhalt teurer sein wird. Daneben sind Fahrzeuge mit H2-Verbrenner leichter, sie lassen sich schneller betanken und sie erreichen eine größere Reichweite. Und sollte einmal eine großflächige Wasserstoffinfrastruktur mitsamt Tankstellennetz aufgebaut sein, dann werden auch die Absatzchancen für PKW mit Wasserstoffmotor steigen.
Dafür fällt bei Wasserstoffmotoren der Wirkungsgrad weniger überzeugend aus. Er gibt an, wie hoch die nutzbare Energie im Vergleich zur investierten Energie ist. Bei batterieelektrischen Fahrzeugen liegt er bei bis zu 85 Prozent. Dahingegen kommt der Diesel auf knapp 50 Prozent, wenngleich kürzlich ein Hersteller in China mit einem Wirkungsgrad von 53 Prozent von sich reden machte. Der H2-Verbrenner liegt bei gut 40 Prozent mit Potenzial nach oben. Der Wirkungsgrad der ebenfalls mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzelle liegt bei über 60 Prozent.
Wasserstoff-Unimog
Daimler Truck hat zuletzt einen Unimog mit einem 290 PS starken Wasserstoffmotor vorgestellt. Das Fahrzeug hat seine Leistungsfähigkeit bereits im Alltagsbetrieb unter Beweis gestellt. Den Motor entwickelte Daimer Truck gemeinsam mit 17 Partnern, und zwar im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts „WaVe - Wasserstoffbasierte Verbrennungsmotoren für den Medium Duty Bereich“. Der Wasserstoffmotor versorgt auch am Unimog angebrachte Arbeitsmaschinen mit Energie. Das Beispiel zeigt somit, dass Fahrzeuge mit Wasserstoff-Technologie ähnlich zum Dieselmotor eingesetzt werden können und nur geringfügige Anpassungen notwendig sind. In dem Wasserstoffmotor sind auch Dichtungen von Freudenberg Sealing Technologies verbaut.
Headerbild: Copyright Daimler Trucks
Technologieoffenheit bei nachhaltigen Antrieben
Doch ganz gleich ob Brennstoffzelle oder Wasserstoffmotor, Professor Bock empfiehlt ohnehin Technologieoffenheit: „Jeder Antrieb, der nachhaltig ist, sollte willkommen sein.“ Bei Wasserstoffantrieben setzt das die grüne Produktion des Wasserstoffs voraus. Die Brennstoffzelle ist inzwischen eine weit entwickelte Technologie. Auch für sie gelten die Vorteile der schnellen Betankung und der größeren Reichweite. Auch für sie gibt es einen Markt beim Schwerlastverkehr, bei Logistikfahrzeugen und bei Bussen. „Wir bei Freudenberg Sealing Technologies setzen uns schon lange mit Dichtungslösungen für die verschiedenen Antriebsarten auseinander. Auf diese Weise helfen wir Herstellern bei der gemeinschaftlichen Entwicklung herausragender Lösungen oder auch mit standardisierten Produkten“, weiß Professor Bock.
Saubere Energie: Abfallsammelfahrzeuge wie diese, fahren im nordrhein-westfälischen Herten mit Brennstoffzellentechnologie.
© Alamy/imageBROKER/Jochen Eckel
Leistungsfähige und gefragte Werkstoffe
Renommierte Hersteller und Zulieferer kommen bei Fragen der Dichtungstechnik wie selbstverständlich auf Freudenberg Sealing Technologies zu. Nicht zuletzt, weil es dabei neben der Prozesssicherheit und der Expertise im Produktdesign ganz wesentlich auf das richtige Material ankommt. „Wir haben für knifflige Situationen immer wieder Dichtungslösungen gefunden. Sei es für den Verbrenner, sei es für die Brennstoffzelle“, so Professor Bock. „Dabei spielt es uns in die Karten, dass wir im Besitz der Patente von gleichermaßen bewährten wie leistungsfähigen Werkstoffen sind.“ Im Bereich der Brennstoffzelle ist hier beispielsweise Fuel Cell Polyolefin (FCPO) zu nennen, das serienmäßig zum Einsatz kommt. Der Werkstoff gibt im Gegensatz zu gängigen Kautschukmischungen keine Schadstoffe ab. Gut für die Brennstoffzelle, die auf solche Einflüsse sehr empfindlich reagiert, was sich leistungsmindernd niederschlägt. Hinzu kommt: Selbst die kleinen und flüchtigen Wasserstoffmoleküle durchwandern den langlebigen und wärmeresistenten Werkstoff nur sehr langsam.
Für den Wasserstoffmotor drängt sich ein weiterer eigenentwickelter Werkstoff auf FKM-Basis auf. Er kommt gut mit Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius klar, was ihn für den H2-Verbrenner prädestiniert. Außerdem ist er genauso beständig und permeationsdicht wie FCPO, gepaart mit einer hohen Medienresistenz gegen Kühlflüssigkeiten und Säuren. All diese Qualitäten erlauben seinen Einsatz in zu modifizierenden Komponenten wie der Einspritzanlage.
Jeder Antrieb, der nachhaltig ist, sollte willkommen sein.
Professor Eberhard Bock, Vice President Technology and Innovation bei Freudenberg Sealing Technologies
Unternehmen legen vor, Politik muss nachziehen
Damit Wasserstoffantriebe eine relevante Größe werden, sieht Professor Bock gleichwohl die Politik gefordert. „Es wird entscheidend sein, dass sie den Aufbau der Infrastruktur für die Wasserstoffwirtschaft entschlossen und schnell auf den Weg bringt.“ Umso mehr, als international betrachtet viele Staaten Wasserstoffprojekte verfolgen und Produktions- sowie Verteileinrichtungen aufbauen. „Ob Australien, Fernost oder Nordamerika, derzeit fließt vielerorts eine Menge Geld in Wasserstoffprojekte. Da müssen wir in Deutschland aufpassen, dass wir nicht den Anschluss verpassen. Denn wir haben viele gute Ideen, setzen sie aber noch zu langsam um.“
Entscheidend wird es also sein, ambitioniert am Ball zu bleiben. Umso mehr als viele die damit verbundenen Anstrengungen und die Zeit für die Umsetzung unterschätzt haben. Es wird darauf ankommen, einen langen Atem zu beweisen. Denn nur so wird die Energiewende mitsamt einer Dekarbonisierung gelingen, bei dem der Verkehr ohne kohlenstoffhaltigen Kraftstoff auskommt. „Unser größter Antrieb muss unser Klimabewusstsein sein“, sagt Professor Bock. „Damit dieser sich in allen Bereichen manifestiert, muss der Staat Anreize geben. Etwa mit einer hohen CO2-Steuer, subventioniertem grünen Wasserstoff und der Förderung einer umfassenden Wasserstoff-Infrastruktur.“
Motorenbauer und Zulieferer wie Freudenberg Sealing Technologies erarbeiten derweil bereits praktikable Lösungen für Wasserstoffantriebe, die sie immer weiter verfeinern. Denn wie sagte Professor Bock? Der Wasserstoffverbrenner, er wird kommen. Seine Vorteile liegen schließlich auf der Hand.
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