Für Gaskraftwerke: Wasserstoffmotoren so effizient wie Erdgas

Im Projekt Phoenix (Performance Hydrogen Engine for Industrial and X) soll eine neue Generation von Wasserstoffmotoren für Gaskraftwerke entstehen. Diese sollen erstmals die gleiche elektrische und thermische Energie (Leistungsdichte und Wirkungsgrad) erzeugen wie bei aktuell verfügbaren Erdgasmotoren. Die neuen Wasserstoffmotoren sind notwendig, um die in der Kraftwerksstrategie geplanten 10 GW Gaskraftwerke bis 2040 vollständig auf den Betrieb mit Wasserstoff umzustellen.

Das Verbundvorhaben Phoenix ist auf drei Jahre angesetzt. Bis dahin soll ein Technologiekonzept entwickelt werden, das eine ausreichende Reife für den Einsatz in einem Prototypen-Vollmotor hat. Beteiligt am Verbundprojekt sind neben der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und Rolls-Royce Power Systems die TU München, die MAHLE Industriemotoren-Komponenten GmbH, FUCHS Schmierstoffe GmbH sowie der Bosch-Geschäftsbereich Large Engine. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit einer Gesamtsumme von fast 5 Millionen Euro.

Schmierstoffe besonderes relevant

Die Projektbeteiligten wollen alle notwendigen Komponenten für den hocheffizienten Wasserstoffmotor neu konstruieren. Dazu gehören das Einblasesystem, die Kolbengruppe und das Zündsystem. Außerdem muss das Konsortium auch spezielle Schmierstoffe für die Wasserstoffverbrennung entwickeln.

Eine technische Herausforderung bei der Entwicklung eines hocheffizienten Wasserstoffmotors sind insbesondere sogenannte Verbrennungsanomalien:

„Bei Wasserstoff ist im Vergleich zu Erdgas die Neigung zu Anomalien, wie z.B. zur Vorentflammung höher“, so Enis Askar vom Wasserstoff-Kompetenzzentrum der BAM. „Das bedeutet, dass der Motor zu früh zündet und hohe Druckspitzen entstehen. Dies wiederum kann den Wirkungsgrad des Motors und seine Lebensdauer negativ beeinflussen. Wir untersuchen vor allem, welche Rolle der Schmierstoff bei diesem Vorgang hat, und testen verschiedene Schmierstoff-Zusammensetzungen, die im Projekt entwickelt werden.“

Darüber hinaus erforscht die BAM, ob der Schmierstoff seine eigentlichen Aufgaben – Schmierung und Schutz gegen Verschleiß – auch zuverlässig in der anspruchsvollen Wasserstoffumgebung erfüllt. Dazu verfügt die BAM über spezielle Testeinrichtungen, die die Untersuchung der Eigenschaften in Wasserstoff-Atmosphäre ermöglichen.

(Quelle: BAM/2024)

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