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Wasserstoff in herkömmlichen Verbrennungsmotoren

Mithilfe von EU-Mitteln und einer transatlantischen Zusammenarbeit konnten Wissenschaftler dringend notwendige grüne Energiekonzepte optimieren. Durch Veränderungen an herkömmlichen Verbrennungsmotoren können sie möglicherweise anstelle von fossilen Brennstoffen Wasserstoff als chemische Energie nutzen.
Wasserstoff in herkömmlichen Verbrennungsmotoren
Die Meisten Staaten und viele Regierungen haben aus einer Vielzahl von Gründen erkannt wie wichtig es ist, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren. Wasserstoff als alternative Quelle liefert bereits saubere, erneuerbare und effiziente Energie.

Allerdings treffen wir bei der Einführung von Wasserstoff-Brennstoffzellen, vielleicht die bekanntesten Geräte in diesem Bereich, auf zahlreiche Stolpersteine. Bevor ein breitflächiger Einsatz möglich ist, sind bestimmte Verbesserungen erforderlich, unter anderem eine starke Reduzierungen der Kosten.

In der Zwischenzeit könnten Wasserstoffverbrennungsmotoren (hydrogen internal combustion engines, HICE) diese Kluft überbrücken. Motoren dieser Art profitieren von der ausgereiften Technologie der Verbrennungsmotoren. Mit einigen Modifikationen könnte ein Motor sowohl mit fossilen Brennstoffen als auch mit Wasserstoff laufen.

Obgleich der erste Verbrennungsmotor, der jemals als Antrieb gebaut wurde (Isaac de Rivaz, 1813), auch mit Wasserstoff lief, kommt eine weiter verbreitete Anwendung nur langsam in Fahrt. Mit Hilfe der EU-Mittel aus dem Projekt HYICE ("Optimisation of hydrogen powered internal combustion engines") wollten nun europäische Forscher diesen Zustand ändern.

Das Team betrieb eine transatlantische Zusammenarbeit mit Ford und zwei nationalen US-Laboratorien (Argonne- und Sandia-), Pioniere auf dem Gebiet der Wasserstoffverbrennungsmotoren, um maximalen Nutzen zu erzielen und Doppelarbeit zu vermeiden.

Im Rahmen des Projekts sollten die Effizienz dieser Motoren verbessert und Aggregate entwickelt werden, die kleiner als herkömmliche Motoren für fossile Brennstoffe sind aber die gleiche Leistung bringen.

Wasserstoffverbrennungsmotoren wandeln durch die Verbrennung von Wasserstoff auf direktem Wege chemische in mechanische Energie um. Eine effiziente Vermischung und Stratifizierung der Schichten dieser Mischung sind wichtige Parameter für die Gesamteffizienz des Motors selbst.

Die Wissenschaftler evaluierten zwei vielversprechende Konzepte zur Gemischbildung. Für die Entwicklung von realen Prozessen benötigten die Forscher jedoch ein geeignetes Werkzeug zur computergestützten Simulation von Strömungsvorgängen (CFD, Computational Fluid Dynamics), um unter Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff Gemischbildung und Verbrennung zu modellieren. Da ein solches Werkzeug fehlte, hat das Team es kurzerhand selber entwickelt und allein damit schon ein wichtiges Projektergebnis geschaffen.

Das Konsortium baute darüber hinaus einen Mischkammerprüfstand mit modernsten Bildgebungsfunktionen sowie einen optischen Motor, mit dem erstmals detaillierte Einblicke in die Arbeitsweise eines Wasserstoffverbrennungsmotors gewonnen werden konnten.

Insgesamt lieferte das HYICE-Konsortium einen Beitrag zu den Bemühungen um mehr Kraftstoffeffizienz und mehr Motorleistung zu einem vernünftigen Preis. Wasserstoffverbrennungsmotoren können in Bezug auf Produktionskosten und Kraftstoffverbrauch sogar die modernen Benzin- oder Dieselmotoren von heute schlagen. Die HYICE-Technologie ermöglicht eine schnelle Umsetzung einer Massenproduktion von Wasserstofffahrzeugen, sobald Infrastruktur und Politik bereit sind.

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