der motor – Ausgabe 3/24 – Kommunikation für die Branche

Wasserstoffmotor für

Wasserstoffmotor für Offroad-AnwendungenZur Dekarbonisierung des Verkehrssektors rückenschwere Nutzfahrzeuge und nicht-straßengebundenemobile Arbeitsmaschinen verstärkt in den Vordergrund.Fahrzeug- und Motorenhersteller, Zuliefererund Wissenschaft haben sich deshalb im Projekt„PoWer“ zusammengetan, um die anwendungsübergreifendeNutzung wasserstoffmotorischer Antriebsstrangkonzeptefür Bau- und Agraranwendungenumfassend zu untersuchen. Der AutomobilzuliefererMAHLE leitet das Vorhaben, an dem das KarlsruherInstitut für Technologie (KIT) mit drei Instituten beteiligtist. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutzfördert PoWer für drei Jahre mit etwa fünfMillionen Euro, unterstützt wird das Projekt vom TÜVRheinland.Wasserstoffmotoren bieten aufgrund ihrer Eigenschaftenwie hohe Effizienz, Robustheit und geringeWasserstoffmotorfür Offroad-AnwendungenPartner aus Industrie und Wissenschaft entwickeln wasserstoffbasierteAntriebskonzepte für Bau- und AgraranwendungenRohemissionen viele Vorteile, die sie für Anwendungenin Bau- und Landmaschinen besonders qualifizieren.Auch besteht die Möglichkeit, herkömmlicheVerbrennungsmotoren von beispielsweise Baggern,Mähdreschern oder Förderfahrzeugen auf Wasserstoffmotorenumzurüsten. Um die Technologie künftigumsetzen zu können, untersuchen drei Institutedes KIT im Projekt PoWer die motorische Wasserstoffverbrennung,geeignete Abgaskatalysatoren sowiedas Werkstoffverhalten unter Wasserstoff.Effiziente Nutzung von Wasserstoffin komplexen Motoren„Wegen der geringen Zündgrenze und der weitenEntflammbarkeitsgrenzen von Wasserstoff könnenungewollte Selbstzündungen auftreten. Dies gilt esunbedingt zu vermeiden, um keine Motorschädenzu riskieren“, sagt Dr. Uwe Wagner vom Institut fürKolbenmaschinen (IFKM) des KIT zu den Herausforderungen.Die Forschenden vom IFKM untersuchendaher, wie wasserstoffbasierter Kraftstoff am effizientestenund sichersten in Motoren von Bau- undLandmaschinen eingesetzt werden kann – ob mitSaugrohr- oder als Direkteinblasung. „Außerdemspielen die Geometrie des Motors und Schmieröleinträgein den Brennraum eine entscheidende Rolle füreinen reibungslosen Verbrennungsablauf“, so Wagner.Um verschiedene Einspritzstrategien und Motorparameterzu testen und zu optimieren, nutzen dieForschenden ein Einzylinder-Forschungsaggregatund einen Mehrzylindermotor.Umweltfreundlicher Energieträgerfür Offroad-Anwendungen„Um aktuelle und zukünftige Abgasgrenzwerte einhaltenzu können, ist es notwendig, neben einemschadstoffarmen Motorbetrieb auch effiziente Abgaskatalysatorenbereitzustellen“, erläutert Dr. PatrickLott vom Institut für Technische Chemie undPolymerchemie (ITCP) des KIT. „Die spezifischenwasserstoffmotorischen Betriebsbedingungen sindfür die Katalysatoren mitunter herausfordernd“, soLott. Das Team des ITCP untersucht deshalb, wiesich bestehende Katalysatorsysteme im Zusammenspielmit Wasserstoffmotoren verhalten. Dabei gehtes unter anderem darum, ihre Haltbarkeit und Effizienzzu verbessern, um sie an die neuen Betriebsbedingungenanzupassen. Gleichzeitig erarbeitendie Forschenden innovative Konzepte für die Abgasnachbehandlung,damit Wasserstoff als umweltfreundlicherEnergieträger in Offroad-Anwendungeneingesetzt werden kann.Auswirkung von Wasserstoffauf Werkstoffe„Der Kontakt mit Wasserstoff kann die Festigkeitund Verformbarkeit metallischer Werkstoffe erheblichvermindern“, erklärt Dr. StefanGuth vom Institut für AngewandteMaterialien – Werkstoffkunde(IAM-WK) des KIT. Im Projekt untersuchen die Wissenschaftlerinnenund Wissenschaftler des IAM-WKdaher, wie sich Wasserstoff auf typische Werkstoffevon Verbrennungsmotorkomponenten auswirkt.Hierzu führen sie mechanische Werkstoffprüfungenunter Wasserstoffeinfluss durch, insbesondere untermotortypischer zyklisch wechselnder Last. Ein zentralesZiel der Forschungsgruppe ist es, Methodenzur Bewertung des Einflusses von Wasserstoff aufdie Werkstofffestigkeit zu entwickeln und zu etablieren.„Letztlich wollen wir den Industriepartnern Empfehlungenfür den sicheren und effizienten Einsatzder Materialien geben“, so Guth.Über das Projekt PoWerUnter Leitung von MAHLE sind neben dem KIT auchDEUTZ AG, das Deutsche Zentrum für Luft- undRaumfahrt (DLR), Purem GmbH, Claas KGaA mbH,die Technische Universität Braunschweig, LiebherrGmbH, Nagel Maschinen- und WerkzeugfabrikGmbH, Umicore S.A., NGK Europe GmbH und CastrolLimited beteiligt.Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“schafft und vermittelt das KIT Wissen fürGesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalenHerausforderungen maßgebliche Beiträge in denFeldern Energie, Mobilität und Information zu leisten.Dazu arbeiten rund 10.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiterauf einer breiten disziplinären Basis in Natur-,Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaftenzusammen. Seine 22.800 Studierendenbereitet das KIT durch ein forschungsorientiertesuniversitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgabenin Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaftvor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brückezwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichenNutzen, wirtschaftlichen Wohlstandund Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen.Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.16 dermotor.de | Ausgabe 3/2024 17