Wasserstoffmotor: Klimafreundliche Alternative

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft, weil das Gas bei seiner Verbrennung nur Wasserdampf hinterlässt und damit klimaneutral ist. In Brennstoffzellen lässt sich aus Wasserstoff Strom für einen elektrischen Antrieb erzeugen. Aber auch Verbrennungsmotoren können ihn als Alternative zu herkömmlichem Diesel für verschiedene Anwendungen nutzen – etwa im maritimen oder landwirtschaftlichen Bereich sowie in der Logistik.

Wasserstoffmotoren in der Logistik und im Offroad-Bereich

Seit 2021 gibt es bei MAN einen Lkw-Prototyp, der von einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor angetrieben wird. Herzstück ist ein 16,8-Liter-Wasserstoffmotor mit mehr als 500 PS Leistung und 2.500 Nm Drehmoment auf Basis des Diesel-Motorenbaukastens. Die erwartete Lebensdauer ist vergleichbar zu konventionellen Dieselmotoren – selbst beim Einsatz von Wasserstoff mit geringer Güte. Die Integration von Wasserstoff-Druckbehältern in bestehende Fahrzeugkonzepte ermöglicht bei gleicher Nutzlast eine vergleichbare Reichweite wie ein konventionelles Fahrzeug.

Der Platz für Wasserstofftanks muss beim Fahrzeugdesign mit berücksichtigt werden.

Mit Wasserstoff auf der Piste: Offroad-Fahrzeuge wie die Pistenraupen von Kässbohrer könnten auf den klimafreundlichen Kraftstoff umstellen.

Vom klimafreundlichen Wasserstoff können aber auch Offroad-Anwendungen profitieren. Derzeit treibt der Dieselmotor MAN D3876 den PistenBully 800 der Firma Kässbohrer Geländefahrzeuge an, wobei neben konventionellem Diesel auch HVO als Kraftstoff eingesetzt werden kann. Beim Design des PistenBully 800 haben die Entwickler aber noch weiter gedacht: Die leistungsstarke Pistenraupe ist auf den Einbau eines künftigen Wasserstoff-Verbrennungsmotors (MAN H4576) vorbereitet und stellt die dafür erforderlichen Schnittstellen sowie Platz für Wasserstofftanks zur Verfügung. Der MAN H4576 ist auf dem Grundmotor des MAN D3876 aufgebaut und verwendet dabei etwa 80 Prozent Gleichteile.

Wesentliche Änderungen gibt es an den Baugruppen zur Wasserstoffversorgung und -verbrennung, Motorsteuerung und für die Abgasregulierung. Im Vergleich zum Dieselmotor MAN D3876 wurde außerdem die Bohrung von 138 Millimetern auf 145 Millimeter bei gleichbleibendem Hub von 170 Millimetern erhöht. Dadurch ergibt sich ein größerer Hubraum von 16,8 Litern im Vergleich zu den 15,3 Litern des MAN D3876. So erreichen das Drehmoment und die Leistung des Wasserstoff-Verbrennungsmotors annähernd die Werte seines Diesel-Pendants.

Hocheffiziente Stromerzeugung mit Wasserstoffmotoren

Das Potenzial stationärer Wasserstoffmotoren im Bereich Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) untersucht MAN Engines derzeit auf dem Motorenprüfstand im Nürnberger Motorenkompetenzzentrum: Dort läuft ein Achtzylinder-V-Motor vom Typ MAN H3268 mit einer Bohrung von 132 Millimetern und einem Hub von 157 Millimetern. Als stationärer Motor wird er mit einer konstanten Drehzahl von 1.500 min−1 mit 50 Hz betrieben. Er weist große Ähnlichkeiten mit dem V8-Erdgasmotor MAN E3268 auf – denn beide Verbrennungsmotoren sind auf dem gleichen Grundtriebwerk aufgebaut, das seit Jahren in vielen Tausend Erd- und Sondergasmotoren zum Einsatz kommt.

Für den Betrieb mit Wasserstoff wurden unter anderem die Turboaufladung, die Injektoren sowie die Gemischaufbereitung angepasst. „Durch die ähnliche Geometrie und identische Anschlüsse unserer künftigen Wasserstoffmotoren bieten wir unseren Kunden heute schon Produkte, die H₂-ready sind. Damit vereinfachen wir die Umrüstung von bestehenden Anlagen vom Betrieb mit Erdgas auf Wasserstoff“, erklärt Jürgen Haberland, Head of Power MAN Engines.

Auch bei der Leistung orientieren sich die Entwickler des MAN H3268 am Erdgasmotor MAN E3268, der 370 kW_mech bietet. Dahinter steht der Anspruch, eine hohe Leistungsdichte zu erreichen, also hohe Leistung auf kompaktem Bauraum zur Verfügung zu stellen. „Wir streben beim Wasserstoffmotor eine ähnliche Leistungsklasse wie mit unserem Erdgasmotor an“, sagt Werner Kübler, Entwicklungsleiter von MAN Engines. „Im Prinzip verbessern wir unseren bestehenden Erdgasmotor dahin gehend, dass wir ihn zu einem Wasserstoffmotor umkonstruieren. Mit grünem Wasserstoff betrieben, produziert er mit hohen Wirkungsgraden Strom und Wärme – 100 Prozent lokal CO₂-neutral.“

Wasserstoff in Kombination mit Diesel oder HVO

Wasserstoff kann auch in Kombination mit herkömmlichem Diesel oder alternativen Kraftstoffen wie HVO zum Einsatz kommen. Ein erstes Praxisbeispiel gibt es bereits: Seit Mitte 2022 treibt der Zwölfzylinder-V-Motor MAN D2862 als Wasserstoff-Dual-Fuel-Motor das Windfarm-Versorgungsschiff Hydrocat 48 an. Bei niedrigen Drehzahlen lassen sich bis zu 80 Prozent Diesel durch Wasserstoff ersetzen, bei mittleren und hohen Drehzahlen sind es noch rund 50 Prozent. Das macht sich deutlich bei den Emissionen bemerkbar: Bei typischen Geschwindigkeiten von 22 bis 25 Knoten werden 54 bis 66 Prozent der CO₂-Emissionen im Abgas vermieden, und der Ausstoß von Stickoxiden sinkt um 30 bis 40 Prozent.

• Wegweisender Wasserstoffverbrennungsmotor für Offroad-Anwendungen

MAN Engines stellte auf der Agritechnica 2023 einen innovativen Wasserstoffverbrennungsmotor für Offroad-Anwendungen vor, der neue Maßstäbe setzt. Die wegweisende Technologie markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Branche und unterstreicht das Engagement von MAN Engines für nachhaltige Lösungen. Der neu entwickelte Motor bietet nicht nur leistungsstarke Eigenschaften, sondern demonstriert auch das Engagement des Unternehmens für die Förderung von umweltfreundlichen Antriebsalternativen im Offroad-Bereich.

Erfahren Sie mehr über diese wegweisende Entwicklung in der offiziellen Pressemitteilung.

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