Ausgabe 199

ÖSTERREICH JOURNAL NR.

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 199 / 22. 06. 2021 Österreich, Europa und die Welt 68 Foto: ÖVK Studio Zeremoniensaal (v.l.): Sektionsleiter Walter Böhme (ÖVK) und Vortragender Thomas Bruckmüller (TU Wien) nologie investieren. Bosch betreibt aber auch Projekte mit wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotoren. Nicht übersehen werden darf laut Hartung der mögliche Beitrag des Verbrennungsmotors zum Klimaschutz. Dieser Mo - tor sei robust, leistbar und mit synthetischen, CO 2 -armen bzw. CO 2 -freien Kraftstoffen als Beimengung könnten sofort, ohne Umbau, neue wie gebrauchte Fahrzeuge umweltfreundlicher unterwegs sein. Bei einem weltweiten Pkw-Bestand von 1,3 Mrd. Fahrzeugen werde diese Option oft unterschätzt. Da - neben setzt Bosch auf Hybridantriebe, von der preisgünstigen 48-Volt- bis zur hochleistungsfähigen Plug-in-Hybridvariante. „Die Zukunft ist elektrisch und sie hat bereits begonnen“, ist Thomas Stierle, Leiter des Geschäftsbereichs Electrification Technology bei Vitesco Technologies, überzeugt. Gleichzeitig müssen Autohersteller und Zu - lieferer kostengünstige Lösungen auch für nicht batterieelektrische Antriebe dem Kunden anbieten – unter Einhaltung der gesetzlichen CO 2 -Ziele. Als eine Schlüsselrolle für den Erfolg des elektrischen Antriebs nennt Stierle die Ko - stenreduktion. Um die gegenüber einem Verbrenner-Antrieb deutlich höhere Komplexi - tät von E-Antrieben für Kunden auch in preissensiblen Segmenten leistbar zu ma - chen, setzen Vitesco Techologies intensiv auf die Kosteneinsparung bei Elektronik und Software durch modulare und skalierbare Systeme. Diese sind obendrein vom Autohersteller einfacher ins Fahrzeug zu integrieren. Der Brennstoffzellenantrieb mit Wasserstoff ist laut Stierle vor allem für Nutzfahrzeuge, Schiffe und Züge attraktiv. Uwe Wagner, Vorstand Forschung und Entwicklung der Schaeffler AG, prognostiziert für 2030 einen weltweiten Anteil elektrifizierter Antriebe von 70 Prozent bei Neuwagen, davon entfallen 30 Prozent auf batterieelektrische und 40 Prozent auf Hybridantriebe. Bis 2035 werde der weltweite Anteil an reinen E-Neufahrzeugen Richtung 50 Prozent steigen. Wagner fordert, daß neben den Antrieben auch die dafür nötige Energieherstellung und Infrastruktur berücksichtigt werden. Europa wird künftig viel Ökostrom importieren müs - sen. Um diesen speichern und so über weite Strecken transportieren zu können, ist zum Beispiel Wasserstoff gefragt. Schaeffler ar - beitet intensiv an Systemen und Komponenten, z.B. Bipolarplatten, für Brennstoffzellen und Elektrolyseure. Univ.-Prof. Bernhard Geringer, Vorsitzender des ÖVK, resümiert: „Es gibt viele und hoffnungsfrohe Lösungen, vom Verbrennungsmotor mit E-Fuel bis zum reinen batterieelektrischen Antrieb. Keine davon kann allein die mehrdimensionalen Vorgaben an Treibhausgasreduktion, Effizienz, Ko - sten und globale Verfügbarkeit erfüllen.“ Die Renaissance des Wasserstoffmotors im Schwerverkehr Auf dem Weg zum Pariser Klimaziel fällt dem Schwerverkehr eine wichtige Rolle zu. Er verursacht in der EU rund 25 Prozent der CO 2 -Emissionen aus dem Straßenverkehr. Seit 2019 gibt es in der EU auch für schwere Nutzfahrzeuge CO 2 -Reduktionsziele. Sie se - hen bis 2025 eine Flottenverbrauchssenkung bei Neufahrzeugen um 15 Prozent und bis 2030 um 30 Prozent gegenüber 2019/20 vor. Bei Nichterfüllung drohen hohe Strafen. Anders als im Pkw-Bereich, wo sich der batterieelektrische Antrieb als optimale Lö - sung für einen lokal emissionsfreien Betrieb vorerst durchgesetzt hat, gibt es für den Schwerverkehr mehrere Lösungen, wie auch das Internationale Wiener Motorensymposium 2021 zeigt. Der batterieelektrische An - trieb punktet zwar auch bei Lkw mit dem be - sten Wirkungsgrad, dennoch gilt er nur für kurze Strecken und bei geringen Lasten als beste Wahl. Für den transnationalen Langstreckenverkehr dagegen, wo Reichweiten von 1.000 Kilometern, kurze Tankzeiten und hohe Nutzlast bei gleichzeitig geringen Betriebskosten sowie die bisher von Dieselmotoren gewohnte Zuverlässigkeit gefordert werden, wird seit einigen Jahren intensiv am Wasserstoffmotor gearbeitet. Gegenüber dem bisher für den Langstrekken-Schwerverkehr favorisierten Brennstoffzellenantrieb hat er mehrere Vorteile: Der Wasserstoffmotor ist deutlich schneller in größeren Stückzahlen zu geringeren Ko - sten auf den Markt zu bringen. Die europäische Autoindustrie behält ihre Expertise und kann zahlreiche Arbeitsplätze sichern. Auch bietet der Wasserstoffmotor Lkw-Herstellern die Möglichkeit, ihn als „emissionsfrei“ zertifizieren zu lassen – übrigens als einziger Verbrennungsmotor. Als emissionsfrei gilt in der EU ein Schwernutzfahrzeug, wenn es weniger als ein Gramm CO 2 pro Kilowattstunde erzeugt. Diese Vorzüge haben in den vergangenen Jahren bei den Fahrzeugherstellern eine Re - naissance des Wasserstoffmotors ausgelöst, wie Erik Schünemann von Bosch auf der Tagung berichtet. Die AVL List in Graz sieht im Wasserstoffmotor „die Brücke hin zur Brennstoffzelle“, so Rolf Dreisbach auf der »Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at

ÖSTERREICH JOURNAL NR. 199 / 22. 06. 2021 Österreich, Europa und die Welt 69 Tagung. Das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik der TU Graz unter der Leitung von Univ.-Prof. Helmut Eichlseder, der jahrelang am Wasserstoffmotor etwa mit BMW forschte und entwickelte, liefert wertvolle Basisarbeit samt Testanalysen sowohl für Bosch wie für die AVL List und andere Unternehmen. Der Wasserstoffmotor basiert meist auf einem Diesel- oder Gasmotor, mit dem er sich laut Roberto Golisano, Punch Torino, rund 80 Prozent der Komponenten teilt. Speziell auf den Wasserstoffbetrieb ausgelegt werden müssen vor allem das Einspritzsystem, die Kurbelgehäuseentlüftung sowie das Zünd- und Motorsteuerungssystem. Zur Er - füllung anspruchsvollster Emissionsgrenzwerte braucht der Wasserstoffmotor – anders als der Brennstoffzellenantrieb – ein Abgasnachbehandlungssystem. Allerdings ist es we niger komplex als bei einem modernen Dieselmotor. Denn beim Verbrennungsprozeß von Wasserstoff entstehen nur geringe Mengen an Stickoxiden sowie ein winziger Ausstoß an Partikeln durch das Motoröl. Relativ zu sehen ist laut Andreas Kufferath von Bosch der schlechtere Wirkungsgrad des Wasserstoffmotors, den die Berliner Ingenieursgesellschaft Auto und Verkehr (IAV) in einer Vergleichsstudie mit max. 42 Prozent gegenüber rund 55 Prozent beim Brennstoffzellenantrieb angibt. Denn die Brennstoffzelle kann ihren Wirkungsgradvorteil laut Bosch nur bei niedriger und mittlerer Last voll ausspielen, nicht aber bei Voll - last, weil sie sonst „überhitzt“, ihr Wärmemanagement überfordert. Der Wasserstoffmotor dagegen hat dieses Problem nicht. Gerade Schwernutzfahrzeuge und speziell Off-Highway-Fahrzeuge wie Minen-Lkw oder Landmaschinen sind oft im Volllastbetrieb unterwegs. Der Serienstart von Wasserstoff-Lkw könnte bereits 2024 erfolgen und so rasch zur CO 2 -Reduktion im Nutzfahrzeugbereich beitragen. MAN will laut Lukas Walter in seinem Vortrag noch heuer mit einem Test- Lkw starten. Brennstoffzellen-Lkw aus Asien Schwer-Lkw mit Brennstoffzellenantrieb sind bereits auf Europas Straßen unterwegs. Sie kommen vor allem aus Asien, von Großserien kann jedoch nicht die Rede sein. So bezieht das Schweizer Konsortium „H 2 Energy“ seit 2020 Brennstoffzellen-Lkw (36-Ton - ner) von Hyundai. Derzeit sind 39 Lkw im Einsatz, bis Ende 2023 sollen es 1.000 sein. Sie tanken Druckwasserstoff mit 350 bar Foto: ÖVK Sektionsleiter Günter Hohenberg (TU Darmstadt) vor virtuellem Hintergrund Konferenz - zentrum Hofburg Vienna und schaffen eine Reichweite von rund 400 Kilometern. Andere Hersteller wie Toyota, Daimler oder Nikola haben entsprechende Pläne angekündigt. Die Anforderungen eines Schwer-Lkw an den Brennstoffzellenantrieb unterscheiden sich stark von jenen eines Pkw. Für Lkw muß der Antrieb laut Christian Mohrdieck von der Firma Cellcentric etwa eine Lebensdauer von 25.000 Betriebsstunden erreichen, für Pkw reichen 8.000 Stunden. Frächter fordern zudem, daß der Brennstoffzellenantrieb auf das Preisniveau eines modernen Diesel- oder zumindest batterieelektrischen Antriebs kommt. Dies gilt vor 2030 als wenig realistisch. Ein Grund hierfür sind der hohe Edelmetallbedarf des Systems und die noch geringen Produktionsmengen an Brennstoffzellen. Derzeit werden laut Marc Sens von der IAV weltweit erst ein paar tausend Brennstoffzellenstapel produziert, erst für 2030 wird mit einer Produktion von 500.000 Stück pro Jahr gerechnet, was den Preis stark drücken werde. Daneben gilt es auch noch den nötigen hohen Edelmetallbedarf des Systems zu senken. Laut Sens ist der Brennstoffzellenantrieb derzeit aber auch noch nicht robust genug für den internationalen Schwerverkehr. Da - neben unterliegt die Brennstoffzelle wie die Batterie einem Alterungsprozess, ihre Leistung nimmt mit der Einsatzdauer ab. Wasserstoffmotor als Türöffner Es gibt aber auch Herausforderungen und Vorteile, die sich der Wasserstoffmotor und der Brennstoffzellenantrieb teilen. Beide be - »Österreich Journal« – http://www.oesterreichjournal.at nötigen den Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur. Wobei der Wasserstoffmotor dank schnellerer und früherer Marktdurchdringung den Türöffner spielen und Wasserstoff- Tankstellenbetreibern eine Mindestauslastung garantieren könnte. Anders als beim Laden von Batterien gibt es beim Wasserstoff einheitliche Tankstutzen, auch beim Abgabedruck hat sich der Markt auf 350 und 700 bar geeinigt – im Ge - gensatz zu der „Spannungsvielfalt“ an Ladesäulen. Das Wasserstofftanken ist für einen Fern-Lkw mit 1.000 km Reichweite in wenigen Minuten erledigt. Für den von Daimler favorisierten Flüssigwasserstoff gibt es noch keine Infrastruktur. Flüssigwasserstoff hat eine höhere Energiedichte als Druckwasserstoff, erlaubt so - mit bei gleichem Tankvolumen mehr Reichweite. Er muß jedoch permanent auf minus 252 Grad C gekühlt werden, was sehr energieintensiv ist. Ein weiteres Problem sind die „Verdampfungsverluste“ von flüssigem Was - serstoff, was für Lkw wegen geringerer Stehzeiten jedoch als weniger heikel als für Pkw gilt. Einen entsprechenden Tank stellt Johannes Winklhofer von der Salzburger Aluminium Group (SAG) auf dem Motorensymposium vor. Die aufwendigen Tanks sind nach wie vor einer der größten Kostenfaktoren bei - der Antriebe und beeinflussen maßgeblich die Gesamtbetriebskosten, die für Frächter entscheidend sind. Christian Mohrdieck von Cellcentric fordert auch finanzielle Anreize durch die Politik. Die entscheidende Rolle wird jedoch der Preis von Wasserstoff spielen, vor allem vom