Heavy-Duty-Bereich setzt auf alternative Kraftstoffe und H2

Die 17. MTZ-Fachtagung "Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren" fand als Hybrid-Event statt. Ausgewählte Inhalte der Konferenz zu optimierten, nachhaltigeren Nutzfahrzeug-Antriebs­systemen haben wir hier zusammengestellt.

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Die Hybrid-Fachtagung Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren 2022 zeigte den aktuellen Stand der Energiewende im Heavy-Duty-Bereich auf. ATZlive lud dazu am 16. und 17. November 2022 nach Donaueschingen ein. Die 17. Internationale MTZ-Fachtagung Großmotoren bot Motorenentwicklern und -konstrukteuren von Nutzfahrzeugen, mobilen Maschinen, Marine und stationären Anlagen eine Plattform, sich über die aktuellen Entwicklungen neuer Aggregate und alternativer Energieträger zu informieren und auszutauschen. Das Wiesbadener Online-Team Springer Professional bündelt ausgewählte Inhalte der Heavy-Duty-, On- und Off-Highway-Motoren 2022 im Artikel.

Tag 2

Brennstoffzellen-Systementwicklung für Nutzfahrzeuge

Dr. Stephan Schnorpfeil, Technology Leader, Segula Technologies GmbH, beschreibt in seinem Vortrag Brennstoffzellen-Systementwicklung für Nutzfahrzeuge die grundlegenden Aspekte und Prozesse zur Definition des Layouts eines Brennstoffzellensystems mit all seinen Teilkomponenten. Dabei sei bei der Entwicklung von Brennstoffzellensystemen die Simulation des Systems im Vorfeld ein entscheidender Schritt. Hier würden die grundlegenden Komponenten definiert werden. Aus den Fahrzeugdaten und dem Fahrzyklus ließen sich die Anforderungen an die einzelnen Komponenten ableiten. Auch könnten alle Betriebszustände des Brennstoffzellensystems simuliert und die Funktionalität der Komponenten überprüft werden. (chk) 

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CO₂-Impact von Nfz-Antriebssystemen

Well-to-Wheel-CO₂-Bilanzierung zukünftiger Nfz-Antriebskonzepte in repräsentativen Fahrszenarien lautet der Titel des Vortrages von Nicolas Hummel. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe (VKM) der TU Darmstadt. Sein Fokus liegt auf der Untersuchung unterschiedlicher Antriebssysteme in Nutzfahrzeugen. Dabei werden neben dem Standard-Dieselantrieb unter anderem die Well-to-Wheel CO₂-Emissionen eines Erdgasfahrzeugs, eines batterieelektrischen Fahrzeugs und eines Wasserstoffverbrenners in verschiedenen Anwendungsfällen untersucht. Die Lastprofile reichen dabei von dem hochspezifischen Müllsammelbetrieb bis hin zur Warenlieferung auf der Langstrecke. Dabei spielen die Zuladung und die Topographie ebenfalls eine wichtige Rolle. Bei seiner Methode wird eine im realen Fahrzeug aufgenommene Strecke in die virtuelle Umgebung IPG-Truckmaker überführt. Anschließend wird das Modell des realen Referenzfahrzeugs erstellt und die erzeugte Simulationsumgebung wird anhand des Vergleichs von realen und simulierten Kraftstoffverbräuchen validiert. Das validierte Referenzfahrzeug dient von nun an als Basis für den Aufbau der Nutzfahrzeuge mit alternativen Antrieben. Das ermöglicht den Vergleich der Verbräuche der unterschiedlichen Antriebssysteme in den ausgewählten Anwendungen. 

Zusammen mit den ermittelten Well-to-Wheel Emissionen der betrachteten Energiespeicher erfolgt schließlich die Bewertung des anwendungsspezifischen CO₂-Impacts der einzelnen Antriebssysteme. So könnte die Nutzung lokaler Überkapazitäten an erneuerbarer, elektrischer Energie bereits heute zu H₂/E-Fuels mit geringem CO₂-Impact führen. Darüber hinaus könnten verfügbare biogene Kraftstoffe wie HVO bereits die CO₂-Emissionen eines Standard-Diesel-Lkw reduzieren. Zudem kann H₂ den CO₂-Impact von ICE-Trucks weiter reduzieren, wobei die Infrastruktur hier erst noch aufgebaut muss. Außerdem gelte es beim Vergleich der CO₂-Emissionen verschiedener Antriebssysteme das Energiesystem zu berücksichtigen. Um die Klimaziele zu erreichen, müssten letztendlich alle Antriebsarten zum Einsatz kommen. (ps+chk) 

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Tag 1

MTZ-Fachtagung Großmotoren eröffnet

Dr. Alexander Heintzel, Chefredakteur ATZ | MTZ-Gruppe, eröffnet die Fachtagung mit 180 Teilnehmern aus 13 Ländern. Sie wird unterstützt durch den Kooperationspartner KST-Motorenversuch sowie den Sponsor SEM. In der begleitenden Fachausstellung sind ACTech, Emissions Analytics, KST-Motorenversuch, Liebherr-Components Deggendorf, Mahle, Parker Hannifin, Poppe + Potthoff, Rotera, SEM, Sonplas und UT99 vertreten. (chk) 

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Wasserstoff und seine Derivate als Energieträger der Zukunft

Im Keynote-Vortrag Die Kraft des Wassers – mit Wasserstoff zur CO₂-neutralen Nfz-Industrie erläutert Dr. Marco Warth, Entwicklungsleiter Motorsysteme und -komponenten bei Mahle, warum insbesondere im Verkehrs- und Industriesektor Wasserstoff als Lösung für die Dekarbonisierung energieintensiver Prozesse und schwerer On- und Off-Road-Anwendungen mit hohen Autonomieanforderungen angesehen wird. Zum einen, da immer strengere Vorschriften für On-Road-Anwendungen zu erwarten seien, zum Beispiel aufgrund der auf europäischer Ebene festgelegten CO₂-Sektorenziele ("Fit for 55"). Des Weiteren seien erste CO₂-Grenzwerte für Off-Road-Anwendungen nur eine Frage der Zeit. Im Verkehrssektor bei schweren Anwendungen lasse sich eine Kostenparität zwischen Wasserstoff und fossilen Kraftstoffen noch früher erreichen als im Industriesektor. Aufgrund der oft gegebenen räumlichen Nähe zwischen Industrie und Verkehr/Bau würden sich hier zusätzliche Synergien ergeben. Die ersten wasserstoffbetriebenen Antriebslösungen (Brennstoffzelle und Wasserstoffmotor), die derzeit entwickelt werden und bereits im Einsatz sind, sollen laut Warth das hohe Potenzial und die Machbarkeit von Wasserstoff zur Etablierung einer CO₂-neutralen Nutzfahrzeugindustrie zeigen. (chk) 

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Wasserstoffzukunft startet jetzt

Die zweite Keynote wird von Robert Szolak, Leiter der Abt. Thermochemische Prozesse, Bereich Wasserstofftechnologien am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) gehalten. Sein Vortrag Die Rolle von Wasserstoff und Derivaten im Energie­system und für zukünftige Non-Road-Applikationen gibt einen Ausblick auf die Herausforderungen einer globalen H₂-Wirtschaft. Szolak betont, dass die Transformation der Energiesysteme mit Bezug auf die CO₂-Ziele schneller gehen müsse. Wasserstoff und seine Derivate hätten dabei die wichtige Rolle, grün produzierte Energie, etwa aus Photovoltaik oder Windanlagen, zu speichern. Szolak stellt diverse globale Projekte zur Produktion von Wasserstoff vor. Die Anwendungsfälle sieht Szolak vor allem in der Industrie, Wasserstoff könnte aber auch im Mobilitätssektor genutzt werden. So könnte die Verwendung von Fischer-Tropsch-Diesel zukünftig eine 95%ige Reduktion von CO₂ in Nutzfahrzeugen ermöglichen. Eine Fraunhofer-Simulation sieht etwa Saudi-Arabien als günstigen Standort für die P2X-Anwendungen. Szolak betont, dass globale H₂-Ökosysteme jetzt aufgebaut werden müssten und fordert von der Politik klare Rahmenbedingungen. (ps)

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Auch der Verbrennungsmotor ist eine grüne Technologie

Dr. Markus Münz, Stellvertretender Geschäftsführer Motoren und Systeme beim VDMA, erklärt in seinem Keynote-Vortrag Grüne Moleküle – Rettung des Verbren­nungs­motors oder Rettung des Klimas?, dass wir nur das Klima retten können, wenn wir alle grüne Technologien, die zur Verfügung stehen, nutzen, was auch den Verbrennungsmotor inkludiere. In einer technologieoffenen Welt werde der Markt beziehungsweise der Preis über den Einsatz einer Technologie entscheiden. Die Rettung des Klimas sei eine Aufgabe von globalem Ausmaß, für die es zwingend erforderlich sei, globale Lösungen zu finden. Ohne globale Geschäftsmodelle keinen globalen Klimaschutz, so Münz. (chk) 

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TCG 7.8 H2 geht 2024 in Serienproduktion

Dr. Georg Töpfer, Koordinator Vorentwicklung bei Deutz, beschreibt in seinem Vortrag TCG 7.8 H2 – Entwicklungsschritte zur Realisierung eines CO₂-freien Antriebsstrangs für NRMM die Potenziale von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren (HICE) für Offhighway-Einsätze. Deutz entwickele derzeit einen HICE mit einem Hubraum von 7,8 l, den TCG 7.8 H2, der eine maximale Leistung von 220 kW aufweise. Es sei vorgesehen, dass dieser neue Motortyp im Jahr 2024 in die Serienproduktion gehen wird. Der TCG 7.8 H2 basiert auf dem Deutz 7.8 TCD-Dieselmotor und wurde für die H₂-Verbrennung angepasst. Das H₂-Einspritzsystem und die T/C-Technologie seien Herausforderungen bei der Entwicklung von Wasserstoffmotoren. Studien hätten gezeigt, dass HICE bei Anwendungen im Bereich nicht-straßengebundener Maschinen und Geräte (NRMM) mehrere Vorteile aufweisen. (chk) 

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Mahle stellt H₂-Versuchsmotor vor

Dr. Simon Schneider ist Projektleiter bei der Konzernvorausentwicklung Mechatronik von Mahle. In seinem Vortrag H₂-ICE-DI-Vollmotor­versuche für Thermo­dynamik­unter­suchungen und Kompo­nenten­entwicklung stellt er einen Mahle-H₂-Forschungsmotor vor, der mit Direkteinblasung (H₂ ICE DI) arbeitet. Dabei kommen in den Tests die Einblasestrategien PFI und DI zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigen die Vor- und Nachteile dieser Strategien und Potenziale des DI-Verbrennungssystems in Bezug auf Motorlast und Wirkungsgrad, der bei bis zu 44 % liegen kann. Die Stickoxidemissionen bleiben in beiden Modi sehr niedrig. Randbedingung ist die Realisierung an einem typischen Nutzfahrzeugmotor und die Verwendung von Komponenten, die für einen zukünftigen Serieneinsatz von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren entwickelt wurden. Im DI-Betrieb könnte durch die Optimierung des Einspritzverlaufs eine bessere Homogenisierung erreicht werden. Der Fokus der Mahle-Versuche am Vollmotor liegt auf der Erprobung und Entwicklung von Komponenten. (ps)

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Systemansatz für die Wasserstoff-Einblasung

Mario D'Onofrio, Abteilungsleiter, System-Validierung und -Anwendung bei Liebherr-Machines Bulle SA, erläutert in seinem Vortrag Liebherrs Systemansatz zur Wasserstoff-Einblasung. Liebherr habe ein komplettes System entwickelt, das alle für die Druckregelung und Kraftstoffdosierung notwendigen Komponenten umfasse. Während der gesamten Entwicklung wurden reale Lastzyklen von mobilen Schwerlastmaschinen berücksichtigt, um das System und seine Komponenten richtig auszulegen. D'Onofrio gibt einen detaillierten Einblick in die Auslegung, Konstruktion und Funktionalität des Systems. Liebherr entwickele Injektor-Lösungen für beide Einblasestrategien, PFI und DI. Der Liebherr-Ansatz für die Wasserstoff-Einblasung sei nicht nur auf schwere Nutzfahrzeugmotoren beschränkt. Auch Komponenten für Großmotoren würden im Rahmen des Gesamtkonzepts berücksichtigt. (chk) 

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