Mit einem neuen Prüfstand für Wasserstoffmotoren will die TU Kaiserslautern diese noch sauberer und effizienter machen. Das Land Rheinland-Pfalz hat dafür jetzt rund 760.000 Euro aus Landes- und EU-Mitteln locker gemacht. Im Interview spricht Michael Günthner, Professor am Lehrstuhl für Antriebe in der Fahrzeugtechnik, über den Forschungsbedarf, die Vorteile des Wasserstoffverbrenners sowie den Antriebsmix der Zukunft.

Herr Günthner, das Land Rheinland-Pfalz unterstützt unter anderem den Aufbau eines Motorenprüfstandes für Wasserstoffantriebe an der TU Kaiserslautern. Wo sehen Sie noch den größten Forschungsbedarf bei diesen Antrieben?
Das Ziel muss es sein, mit den Emissionen auf „zero impact“ zu kommen, das heißt vereinfacht, dass das, was aus dem Auspuff kommt, keine höheren Konzentrationen an Schadstoffen enthält als die Umgebungsluft. Dieses Ziel ist bei der Wasserstoffverbrennung leichter zu erreichen als bei konventionellen Kraftstoffen, weil an relevanten Abgasschadstoffen nur noch NOx vorliegt, und dieses bei der mit Wasserstoff möglichen starken
Abmagerung bereits in sehr geringer Konzentration. Deshalb kann man mit weiteren Optimierungsschritten am Motor und an der Abgasnach-behandlung hier sehr weit kommen. Ein weiteres Forschungsthema ist die Steigerung der Leistungsdichte der Motoren. Aufgrund des gasförmigen Kraftstoffs sind Wasserstoffmotoren hierbei gegenüber gleich großen Motoren für flüssige Kraftstoffe im Nachteil. Und nicht zuletzt geht es natürlich immer noch um die Steigerung des Wirkungsgrades und damit die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs – auch wenn wir mit Wasserstoff bereits CO2-frei sind, bringt das im Hinblick auf die Betriebskosten natürlich weiterhin einen Vorteil.

Der direkte Einsatz von Wasserstoff in Motoren, wie Sie
ihn auch testen wollen, spielt bisher noch keine große Rolle. Welche Vorteile bietet er im Vergleich zur Brennstoffzelle?
Die Brennstoffzelle ist eine faszinierende, aber gleichzeitig auch noch sehr empfindliche und kostspielige Technologie. Auf längere Sicht wird die Brennstoffzelle aber mit Sicherheit eine wichtige Rolle einnehmen, vor allem bei Pkw für den Langstreckeneinsatz. Insbesondere bei Nutzfahr-zeugen kommt es aber darauf an, dass die Antriebe über hohe Lauf-leistungen hinweg zuverlässig und robust betrieben werden können, und das oft auch noch in rauen Umgebungen. Hierfür ist die Brennstoffzelle aktuell noch zu empfindlich, während sich der Verbrennungsmotor bekanntermaßen bewährt hat, was ja letztlich auch erst zu seiner großen Verbreitung geführt hat. Zudem benötigt die Brennstoffzelle hochreinen Wasserstoff, um Vergiftungen und damit irreversible Schäden zu vermeiden. Derart hochwertiger Wasserstoff wird aber so schnell nicht in allen relevanten Märkten flächendeckend zur Verfügung stehen.

Für den Verbrennungsmotor ist das kein Problem?
Der Verbrennungsmotor ist hier weitaus toleranter und kann auch mit erheblichen Beimengungen anderer Bestandteile leben, wie sie bei der Wasserstoffgewinnung und -verteilung eingetragen werden können. Und zumindest im Bereich hoher Antriebsbelastung, wie sie typisch für Nutzfahrzeuge ist, kann es ein moderner Wasserstoff-Verbrennungsmotor hinsichtlich Wirkungsgrad auch durchaus mit einem Brennstoffzellen-Elektroantrieb aufnehmen, bei dem der Wirkungsgrad bei Teillast sein Maximum erreicht und dann wieder absinkt. Aus diesen Gründen ist der
Wasserstoff-Verbrennungsmotor gerade für Nutzfahrzeuge eine sehr interessante Perspektive, und das ganz besonders auch für den weltweiten Einsatz.

Werden wir in Zukunft im LKW-Bereich einen Mix aus Antrieben sehen, also etwa Wasserstoff-Verbrenner, Brennstoffstellen und Batterie- oder Oberleitungs-LKW?
Wir werden in Zukunft generell einen Mix verschiedener, an das jeweilige Nutzungsprofil angepasster Antriebe sehen – wer glaubt, die bisherige „Verbrennungsmotor-Monokultur“ werde einfach 1:1 durch batterie-elektrische Konzepte ersetzt, unterschätzt die Anforderungen an moderne Fahrzeugantriebe. Das gilt in besonderem Maß bei Nutzfahrzeugen, bei denen – ganz entsprechend der Bezeichnung – ja der Nutzen im Vorder-grund steht. Beispielsweise die Transportleistung – also wieviel Tonnen Nutzlast kann ich wie schnell von A nach B transportieren, welchen Anteil
der Zeit steht das Fahrzeug für diese Nutzung zur Verfügung und muss nicht betankt beziehungsweise nachgeladen oder repariert werden, welche Lebensdauer erreicht das Fahrzeug, welche Kosten entstehen über seinen Lebenszyklus hinweg? Aber auch durch die Regulatorik geprägte Aspekte spielen zunehmend eine Rolle: Darf ich überhaupt noch alle Lieferziele direkt anfahren oder bestehen gegebenenfalls Einfahrtsbeschränkungen für bestimmte Antriebe?

Welche Folgen hat das?
Je nach Nutzungsprofil ist dann jeweils ein anderes Antriebskonzept optimal geeignet: für kürzere Strecken und insbesondere innerstädtisch vor allem der batterieelektrische Antrieb, für längere Strecken bevorzugt wasserstoffbasierte Antriebe mit Brennstoffzellen und Verbrennungs-motoren. Für die letzteren besteht neben der direkten Verwendung von Wasserstoff im Übrigen auch noch die Option, grünen Wasserstoff in synthetische Kraftstoffe umzuwandeln, die anstelle der heutigen Kraftstoffe
eingesetzt werden können – in einigen Fällen ohne Änderungen am Motor und sogar mit besseren Emissionen. Das stellt insbesondere für die Bestandsflotte eine vielversprechende Lösung dar, die wir zur Erreichung der gesetzten CO2-Ziele auch zwingend brauchen. Das Feld ist also sehr weit, und auf absehbare Zeit wird es keine universell passende Antriebs-lösung geben. Deshalb müssen wir in Forschung und Entwicklung auch unbedingt für alle diese Technologien offen bleiben und brauchen den Freiraum, verschiedene Lösungen parallel voranzutreiben.