Wasserstoff zur Rettung der Profis
Der Wasserstoffantrieb ist die Lösung von BorgWarner, um Verbrennungsmotoren auch nach 2035 noch nutzen zu können. Und so funktioniert’s.
Die Debatte um das angekündigte Ende des Verbrennungsmotors sorgt für Aufregung, seit sich ein Konsortium von acht Ländern unter der Führung Deutschlands im März letzten Jahres gegen den europäischen Gesetzentwurf ausgesprochen hat. Zur Erinnerung: Dies führte zu einer Vereinbarung, die den Verkauf von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor über das Jahr 2035 hinaus unter der Bedingung erlaubt, dass sie CO2-neutrale Kraftstoffe verwenden. Diese Entscheidung öffnet die Tür für kohlenstoffneutrale synthetische Kraftstoffe (efuel) und Wasserstoff, der keinen Kohlenstoff enthält.
Besuch im technischen Zentrum von BorgWarner in Blois
Dies bringt uns zu unserem Besuch bei BorgWarner (BW), das in Blois (Frankreich) Benzin- und Dieseleinspritzsysteme herstellt und in diesem Fall ein völlig neues Wasserstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren entwickelt hat. BMW und Mazda haben sich bereits vor fünfzehn Jahren mit diesem Thema befasst, aber ihre Motoren waren im Vergleich zu ihren Benzinmotoren nicht leistungsfähig genug. Inspiriert von dieser Arbeit hat BW in den letzten 5 Jahren im Stillen ein neues Wasserstoffeinspritzsystem entwickelt, das die Probleme von BMW und Mazda beseitigen sollte.
Wie funktioniert es also?
Das Prinzip besteht zunächst darin, dass Wasserstoff in einem Verbrennungsmotor anstelle von Benzin oder Diesel verbrannt wird. Wasserstoff wird eingespritzt und mit Luft in den Zylindern des Motors vermischt, dann komprimiert und schließlich über eine Zündkerze gezündet, um die Verbrennung zu starten.
Bei Benzin- oder Dieselmotoren wird der Kraftstoff in flüssiger Form eingespritzt, bei Wasserstoff dagegen in gasförmiger Form. Da die Dichte von Wasserstoff (bei Umgebungstemperatur und -druck) 8.000-mal geringer ist als die von Benzin und Diesel, muss er unter hohem Druck eingespritzt werden, um diesen Nachteil auszugleichen. Zur Erinnerung: Zu Zeiten von BMW und Mazda basierten die Lösungen für die Wasserstoffeinspritzung auf Saugmotoren (ohne Turbolader) und lieferten recht bescheidene Leistungswerte.
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Hochdruck-Wasserstoffeinspritzung
Die BW-Systemlösung umgeht dieses Problem, indem sie nicht nur einen Motor mit Turbolader, sondern auch ein Hochdruck-Direkteinspritzsystem verwendet. Als führender Spezialist für Kraftstoffeinspritzdüsen (Benzin, Diesel und Gas) hat BW eine neue, speziell auf Wasserstoff abgestimmte Einspritzdüse entwickelt, die in ein Einspritzsystem mit einem an die Eigenschaften dieses Gases angepassten Motormanagement integriert werden kann.
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The commercial vehicle in focus
Um die Vorzüge seines Konzepts zu demonstrieren, hat sich BW für die Umrüstung eines bestehenden Motors auf Wasserstoff entschieden und den 2.2 HDi-Turbodieselmotor der Stellantis-Gruppe gewählt, mit dem vor allem der Peugeot Boxer ausgestattet ist. Nach einer ersten Testreihe auf einem Motorenprüfstand zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Systems ging BW zur Fahrzeugerprobung über und baute diesen „neuen“ Wasserstoffmotor in zwei Fahrzeuge ein, einen Peugeot Boxer und einen Citroën Jumper.
Die Wahl der leichten Nutzfahrzeuge ist nicht zufällig, denn sie sind eine der Zielgruppen dieser Technologie, die auf kommerzielle Anwendungen abzielt. Der Grund dafür ist, dass fast 30 % der Nutzer dieser Fahrzeuge mit der elektrischen Antriebsbatterielösung nicht zufrieden sind (die in Bezug auf Reichweite und Gewicht zu restriktiv ist) und gleichzeitig das zusätzliche Volumen, das durch die sperrigen Wasserstoffspulen entsteht, nicht verkraften können. Daher ist es unwahrscheinlich, dass diese Technologie in Kompakt-Pkw Einzug hält.
Und die Magie geschieht
Erste Tests auf dem Motorenprüfstand zeigten ermutigende Leistungs- und Emissionswerte, und nach schrittweisen Verbesserungen des Konzepts hat BW nun ein vielversprechendes Ergebnis erzielt. Tatsächlich wurde nicht nur das Hauptziel erreicht, nämlich praktisch null CO2-Emissionen (0,4 g pro km), sondern auch die Schadstoffemissionen sind praktisch verschwunden. Der einzige messbare Wert ist eine sehr geringe Menge an Stickoxiden (NOx), die weit unter dem Grenzwert der künftigen Euro-7-Norm liegt.
Die aktuellen Leistungs- und Drehmomentwerte liegen bei 110 PS bzw. 250 Nm und damit leicht unter denen des Basisdieselmotors. Diese Werte dürften sich durch künftige Optimierungen verbessern. In Bezug auf den Verbrauch hat BW 3 kg Wasserstoff pro 100 km und eine Reichweite von 300 bis 500 km ermittelt, während die Betankung an 350-bar-Wasserstofftankstellen zwischen 5 und 10 Minuten dauern wird. BW hat angekündigt, dass das System auf einen Druck von 700 bar aufgerüstet werden kann, wodurch die Größe der Flaschen verringert, die Reichweite erhöht und die Betankungszeit verkürzt wird.
Das Ergebnis ist der erste Verbrennungsmotor, der so „sauber“ ist wie sein elektrisches Pendant, oder zumindest fast so sauber. Um das Leistungsniveau zu unterstreichen, verweist BW darauf, dass ein Radfahrer durch seine Atmung 6 g CO2 pro km ausstoßen würde… Ein unschlagbares Argument!
Natürlich wird diese Technologie erst dann zum Tragen kommen, wenn es möglich ist, grünen Wasserstoff (aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt) einfach und zu wettbewerbsfähigen Preisen zu beziehen. Eine Entwicklung, an der die BW nicht zweifelt, da sie die vielversprechende Entwicklung der europäischen Wasserstoffindustrie beobachtet. Bleiben Sie dran!
Wenn Sie mehr wissen oder Fragen haben, wenden Sie sich bitte an unsere Spezialisten unter mobilityloft@acl.lu.
Bildnachweis BorgWarner