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EU-Projekt "HyICE" abgeschlossen - BMW stellt Ergebnisse vor

Am Dienstag, 27. Februar 2007, hat die BMW Group Forschung und Technik GmbH in München die Ergebnisse des HyICE (Hydrogen Internal Combustion Engine) genannten Forschungsprojekts vorgestellt. Die von der EU geförderte Initiative dauerte insgesamt drei Jahre und zielte darauf ab, den Verbrennungsprozess von Wasserstoff (H2) in Verbrennungsmotoren zu optimierten.

Die Wissenschaftler zeigten sich unterm Strich mit den erzielten Resultaten sehr zufrieden. Durch zwei spezielle (kryogene) Technologien der Gemischbildung sei mit dem H2-Motor eine spezifische Leistung von 100 kW pro Liter Hubraum erzielt worden. Und bei der zweiten "BMW-Vision", einem Wirkungsgrad von 50 Prozent, stehe man kurz davor (derzeit über 40 %). Prof. Raymond Freymann, Geschäftsführer der BMW Group Forschung und Technik, formulierte während der Präsentation gleich das nächste Entwicklungsziel: einen Verbrauch von 1 Kilogramm H2 auf 100 Kilometer.

Konkret entwickelten die elf beteiligten Partner - Unternehmen aus der Automobilbranche, ihre Zulieferer und zwei Universitäten - gemeinsam jene zwei Methoden der Gemischbildung, die nun für Motoren in Pkw und Stadtbussen freigegeben wurden. Bei den beiden kryogenen Arten handelt es sich um Direkteinspritzung (DI) und eine externe Gemischbildung. Die kryogenen Gemischbildung funktioniert im Prinzip wie folgt: Der bei einer Temperatur von - 240 °C flüssig gespeicherte Wasserstoff wird über einen Wärmetauscher in den gasförmigen Zustand (circa 3 bar) transferiert. Dann wird er immer noch tiefkalt in den Ansaugkanal (extern) beziehungsweise direkt in den Brennraum (DI) gespritzt. Dabei sei eine Vorverdichtung der optimalerweise gekühlten Ansaugluft durch Turbolader ebenso denkbar. Die niedrige H2-Temperatur kühlt die angesaugte Luft und bewirkt so ihre Verdichtung, die schließlich eine größere Füllung des Brennraums ermöglicht. Pro Arbeitstakt gelangen dadurch 15 Prozent des Gemischs mehr in den Brennraum, die Motorleistung steigt um 15 Prozent.

Die Vorteile der kryogenen Gemischbildung, durch die eine spezifische Leistung von 100 kW pro Liter erst erreicht wurde, liegen laut BMW in der im Vergleich zum Benzinbetrieb höheren Energiedichte des Gemischs und seiner höheren Effizienz sowie auf der Emissionsseite und der geringeren Neigung des Motors zu Fehlzündungen und Klopfen. Letztgenanntes galt als Problem bei der Wasserstoffverbrennung. Gemeinsam mit BMW entwickelte das schwedische Unternehmen Mecel Engine Systems ein Zündsystem, das genau auf die weit auseinander liegenden Zündgrenzen von Wasserstoff abgestimmt ist. Im Gegensatz zu Benzin, kann Wasserstoff aufgrund dieser Eigenschaft extrem mager (λ = 6 ... 9) gefahren werden.

Darüber hinaus sei es den Forschern neben dem Aufbau einer Infrastruktur in puncto Prüfstände gelungen, entsprechende Simulationswerkzeuge an die H2-Verbrennung anzupassen, um den Entwicklungsprozess zukünftiger Serienmotoren zu unterstützen. Das Projekt hatte insofern auch eine transatlantische Komponente, als etwa zeitgleich in den USA ein durch Ford, Dearborn, initiiertes Projekt zu Wasserstoffmotoren startete. So konnten führende europäische Wasserstoffexperten ihre Ergebnisse regelmäßig mit Kollegen der US-Energiebehörde Department of Energy (DOE) austauschen. Damit ist HyICE das erste Projekt dieser Art innerhalb der EU-Kommission.

Um die Eigenschaften von Wasserstoff für die zukünftige Serienentwicklung transparenter zu machen, entwickelten das französische IFP (Institut Français du Pétrole) und die Universität der Bundeswehr zwei Simulationsmodelle für Wasserstoffverbrennung im Zylinder. Mit Hilfe des optischen Motors der Technischen Universität Graz schließlich konnten die Forscher das Verbrennungsverhalten von Wasserstoff beobachten und die rechnergestützten Kalkulationsmodelle prüfen. Diese wurden dann in die Berechnungssoftware Ansys CFX von Ansys Germany integriert.

"Was den Motor angeht", fasste Freymann zusammen, "befinden wir uns bei 90 Prozent." In den übrigen Bereichen wie Versorgungssicherheit, Logistik und vor allem Wasserstoffspeicherung gebe es hingegen noch teilweise deutlich mehr zu tun. Derzeit gibt es zwei Möglichkeiten, Wasserstoff für die mobile Anwendung zu speichern: gasförmig bei Drücken zwischen 350 und 700 bar oder flüssig bei Temperaturen um die - 240 °C - mit den hinlänglich bekannten Nachteilen. Auf die "Speicherfrage" angesprochen antwortete Freymann: "Der Traum ist, ausreichend Wasserstoff bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur zu speichern." Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte