Wasserstoff gibt Vollgas

Entscheidender Durchbruch beim Wasserstoff-Verbrennungsmotor eröffnet neue Leistungspotenziale

Seit mehr als zwei Jahrzehnten forscht die BMW Group bereits auf dem Gebiert der Wasserstofftechnologie. 1979 legte sie mit dem ersten Wasserstofffahrzeug den Grundstein für eine neue Technologie. Jetzt hat sie einen neuen Meilenstein erreicht – ein Wasserstoff-Direkteinblasungsverfahren wurde vor kurzem zum Patent angemeldet.

Es bietet die ideale Kombination aus otto- und dieselmotorischem Brennverfahren. Was bisher unmöglich schien, wurde somit möglich gemacht: Der Motor basiert auf äußerer Gemischbildung und variablem Ventiltrieb, kann über den gesamten Betriebsbereich mit ג = 1 gefahren werden und auch der Wechsel zwischen Volllast und einer mageren Gemischaufbereitung bei Teillast erfolgt kontrolliert und schnell – Leistungen, die bisher bei Wasserstoffantrieb nicht möglich waren. In Volllast kann mit der bereits bewährten Katalysatortechnologie der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) gesenkt werden, da: unverbrannter Wasserstoff im Abgas die Fähigkeit hat, Stickoxide zu reduzieren.

Bei niedriger Last dagegen lassen sich die Vorteile des so genannten Magerbetriebs mit ג > 1.7 nutzen, indem weniger Kraftstoff verbraucht wird. Der Bereich, in dem eine hohe Stickoxidbildung zu verzeichnen wäre, wird dabei durch die Motorsteuerung ausgeblendet. Erklärtes Ziel der Forscher: Ein Gesamtwirkungsgrad von 50 Prozent.

Die bisherigen Ergebnisse lassen dieses Ziel in greifbare Nähe rücken: Die spezifische Leistungsdichte des entwickelten Motorenkonzepts liegt deutlich über der, die derzeit von Benzinmotoren erreicht wird – beim Betrieb ohne Aufladung wurden indizierte Mitteldrücke über 15 bar erreicht. Doch die Forschung geht natürlich noch weiter. An einem Forschungsmotor wurden sowohl die Direkteinblasung des Wasserstoffs als auch die Aufladung des Motors dargestellt. „Um alle möglichen Einflussgrößen intensiv erforschen zu können, sind wir mit dem Aufbau eines umfassenden Entwicklungsnetzwerks beschäftigt, wobei wir sowohl intern unsere Basiskompetenz ausbauen als auch Know-how von außen integrieren“, so Prof. Dr. Göschel, Vorstand für Entwicklung und Einkauf.

Gemeinsam forschen

Dem Netzwerkgedanken hat die BMW Group bereits in vielerlei Hinsicht Rechnung getragen. Seit Mai 2002 arbeiten die BMW Forscher beispielsweise mit dem Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der TU Graz zusammen. Die jungen Wissenschaftler untersuchen dort derzeit einen Einzylinder-Forschungsmotor, der mit Wasserstoff-Direkteinblasung in Betrieb genommen wurde.

Im Oktober 2003 verlieh die Technische Universität Dr. Burkard Göschel die Honorarprofessur für das Fach Verbrennungskraftmaschinen und würdigte damit das Engagement Göschels für den Einsatz von Wasserstoff als alternativem Kraftstoff für Verbrennungskraftmaschinen sowie für die Weiterentwicklung des Ottomotors. „Wir betrachten das Engagement der BMW Group als technologischen Meilenstein auf dem Weg zur CO2-Minderung bei verbrennungsmotorischen Antriebssystemen“, begründet Maschinenbau-Professor Helmut Eichsleder die Ehrung. „Die ausschlaggebenden Faktoren waren dabei der Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff für Verbrennungskraftmaschinen sowie die Serieneinführung des ersten Ottomotors mit drosselfreier Laststeuerung durch den vollvariablen Ventilantrieb.“

Gemeinsam den Weg ebnen

Die Schwelle zum Erwachsenendasein wird Wasserstoff aber natürlich nur dann schaffen können, wenn neben der ausgereiften Technologie auch ein attraktives Angebot an Fahrzeugen und gleichzeitig auch eine flächendeckende Betankungsinfrastruktur zur Verfügung steht. In den letzten Jahren wurden daher eine ganze Reihe von Partnerschaften und Projekten gegründet bzw. initiiert, um die Verantwortlichen der Energieerzeuger, der Mineralölindustrie, der Fahrzeugindustrie und der Politik an einen Tisch zu bringen. So schloss sich die BMW Group beispielsweise mit anderen führenden Unternehmen in der „Verkehrswirtschaftlichen Energiestrategie (VES)“ zusammen, um gemeinsam ein Modell für ein flächendeckendes Versorgungsnetzwerk zu erarbeiten.

Um die Erprobung der Alltagstauglichkeit von Wasserstoff geht es im Projekt „Clean Energy Partnership (CEP) das unter anderem von Aral, der BMW Group, Daimler Chrysler, Ford, GHW, Linde und Opel getragen und gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, im Juni 2002 gegründet wurde. Noch im Herbst diesen Jahres wird in Berlin der Grundstein für eine Wasserstoff-Tankstelle gelegt werden, um unterschiedliche Prozesswege von Wasserstoff darzustellen.

Weitere Informationen finden Sie auch im aktuellen ALExblatt „Die Energiestrategie der BMW Group“

Interessante Details lesen Sie auch im ScienceClub-Artikel „Weg frei für das Wasserstoff-Zeitalter“ von 29.01.2003 sowie im ScienceClub Artikel „BMW – Besser mit Wasserstoff“ von 10.12.2002