Wasserstoffmotor: Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Der Inhalt des Artikels:

• Ein bisschen Geschichte
• Das Markenzeichen von Wasserstoffmotoren
• Die wichtigsten Vor- und Nachteile von Wasserstoffmotoren
• Die beliebtesten Autos mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor

„Wasserstoff ist der Treibstoff der Zukunft“ – mit dieser Botschaft halten Wasserstoff-ICEs Einzug in die Verkehrs- und Luftfahrtindustrie.

Nicht umsonst nimmt Wasserstoff unter allen anderen alternativen Energieträgern eine Spitzenposition ein – er ist möglichst umweltfreundlich, hat einen nachwachsenden Rohstoff und weist zudem den höchsten Wirkungsgrad im Vergleich zu klassischen Benzin- und Dieselantrieben auf.

Neben unbestreitbaren Vorteilen hat der Wasserstoffmotor jedoch auch eine Reihe von Nachteilen, die es noch nicht ermöglichen, ihn massiv zu machen und die "schädlichen" Benzin- und Dieselmotoren vollständig zu verdrängen.

Ein bisschen Geschichte

Die Menschheit begann vor kurzem über die Notwendigkeit nachzudenken, die Umwelt zu schützen, aber Wissenschaftler begannen schon viel früher darüber nachzudenken, einen herkömmlichen Verbrennungsmotor zu ersetzen.

So wurde 1806 aus der Hand des aus Frankreich stammenden Wissenschaftlers François Isaac de Rivaz der erste Wasserstoffmotor hergestellt. 1841 erhielt Großbritannien die erste Patentvereinbarung zur Herstellung eines Wasserstoffmotors, und 1852 wurden deutsche Wissenschaftler in der Lage, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der mit einem Luft-Wasserstoff-Gemisch betrieben wird.

Pläne zur Einführung von Wasserstoffmotoren wurden jedoch durch Benzinmotoren vereitelt, die sich nach 1870 verbreiteten.

Erst 1941 im belagerten Leningrad erinnerten sie sich wieder an Wasserstoff als alternativen Kraftstoff. Dann benutzte der sowjetische Techniker B. Shelishch einen Luft-Wasserstoff-"Cocktail", um Sperrballons zu starten.

Dann war Wasserstoff wieder vergessen, bis in den 1970er Jahren die weltweite Kraftstoffkrise an die Tür klopfte. In den späten 70er Jahren brachte der Automobilhersteller BMW sein erstes Auto auf den Markt, das mit Wasserstoff betrieben wurde, und dann folgten andere Unternehmen seinem Beispiel, darunter die amerikanischen General Motors und Ford, die japanische Honda und andere.

Doch sobald die Krise abgeklungen war, ließ das Interesse an Wasserstoff als Energieträger wieder nach. Und jetzt, Jahrzehnte später, erinnerte sich die Menschheit wieder an ihre Existenz, die nicht nur durch die Aktivierung von Umweltschützern, sondern auch durch den Anstieg der Treibstoffpreise erleichtert wurde.

Das Markenzeichen von Wasserstoffmotoren

Strukturell unterscheidet sich ein Wasserstoffmotor nicht wesentlich von einem Standard-Verbrennungsmotor. Es enthält auch Kolben, eine Brennkammer und einen Pleuel-Kurbel-Mechanismus. Was ist also der Unterschied?

Tatsache ist, dass Wasserstoffmotoren eine andere Methode zur Zuführung des Kraftstoffgemischs und seiner anschließenden Verbrennung verwenden. Zudem dauert die Verbrennung von Wasserstoff deutlich weniger Zeit als bei erdölbasierten Kraftstoffen. Die Unterschiede sind unbedeutend, und auf den ersten Blick scheint es nicht schwer, einen konventionellen Verbrennungsmotor in einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor umzuwandeln, aber dem ist nicht so.

Eine Reihe von Problemen bei der Verwendung eines Wasserstoffmotors:

1. Wasserstoff ist schwer zu bekommen. Es ist kein Geheimnis, dass es in Wasser enthalten ist und zu Recht als das am weitesten verbreitete chemische Element der Welt gilt, obwohl es in seiner reinen Form praktisch nicht vertreten ist. Das bedeutet, dass das Auto mit einer speziellen geschlossenen Anlage ausgestattet sein muss - einem Elektrolyseur, der für die Spaltung von Wasser und die Herstellung von Wasserstoff verantwortlich ist. In der Praxis ist eine solche Installation jedoch schwierig herzustellen, was sich stark auf ihre Endkosten auswirkt.
2. Aufgrund der hohen Kompressionstemperatur reagiert Wasserstoff leicht mit verschiedenen Metallelementen des Kraftwerks und sogar mit Motoröl.
3. Selbst ein kleiner Wasserstoffaustritt bei Kontakt mit einem beheizten Verteiler führt zu einem Brand. Deshalb werden heute bei der Herstellung von Wasserstoffmotoren ausschließlich Rotationskraftwerke eingesetzt, da sie durch den größeren Abstand zwischen Ansaug- und Abgaskrümmern die Brandgefahr verringern.

Nichtsdestotrotz wurden die meisten Probleme bisher nicht nur bei Rotationsanlagen gelöst, sondern auch bei Motoren mit Kolbenmechanismen, wodurch Wasserstoff der vielversprechendste Ersatz für Benzin / Diesel bleibt.

Die wichtigsten Vor- und Nachteile von Wasserstoffmotoren

Die wichtigsten Vorteile von Wasserstoffmotoren:

• ein hohes Maß an Umweltfreundlichkeit, da Wasserdampf das Produkt seiner Verbrennung ist. Beim Ausbrennen von Wasserstoff brennt auch Motoröl aus, jedoch ist die Menge an giftigen Abgasen um ein Vielfaches geringer als bei der Verbrennung von Benzin oder "schwerem" Kraftstoff;
• hoher Wirkungsgrad, der um ein Vielfaches höher ist als bei klassischen Kraftwerken, die mit Diesel- oder Benzinkraftstoff betrieben werden;
• relative strukturelle Einfachheit sowie das Fehlen teurer und unzuverlässiger Kraftstoffversorgungssysteme, die ebenfalls gefährlich sind;
• Geräuschlosigkeit.

Trotz einer Reihe wesentlicher Vorteile haben Wasserstoffmotoren eine ausreichende Anzahl von Nachteilen:

• hoher Preis und Komplexität der Gewinnung von reinem Wasserstoff;
• unentwickelte Infrastruktur von Tankstellen, die mit Wasserstoff betankt werden können;
• fehlende internationale Standards für den Transport und die Verwendung von Wasserstoffkraftstoff;
• hohe Kosten für Kraftstoffkomponenten und Wartung von Wasserstoffmotoren;
• Schwierigkeiten bei der Speicherung von Wasserstoff als Kraftstoff. Wissenschaftler sind sich noch immer nicht einig, welches Material für die Herstellung von Tanks zur Speicherung von brennbarem Wasserstoff verwendet werden muss;
• eine Zunahme der Gesamtmasse des Autos durch das Vorhandensein eines Wasserstoffmotors, der merklich schwerer ist als die heute weit verbreiteten Benzin- und Dieselmotoren.

Darüber hinaus müssen Wasserstoffflaschen regelmäßig überprüft und zertifiziert werden, was nur von qualifizierten und lizenzierten Technikern durchgeführt werden kann.

Die beliebtesten Autos mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor

Auf dem Foto: Riversimple Rasa

Trotz der Tatsache, dass Wissenschaftler weiterhin über die aktuellen Probleme im Zusammenhang mit dem Einsatz von Wasserstoffmotoren rätseln, wächst die Zahl der wasserstoffbetriebenen Autos weiter. Die bekanntesten wasserstoffbetriebenen Autos sind:

1. Toyota Mirai FCV - das Auto debütierte erstmals im Jahr 2013, wurde aber erst 2015 verkauft. Die darin verfügbaren Zylinder sorgten für eine „Reichweite“ von etwa 500 km.
2. BMW 750hL, von dem bereits im Jahr 2000 eine Konzeptversion gezeigt wurde. Das Fahrzeug ist mit einem speziellen Wasserstofftank ausgestattet, dessen Reserve für eine Strecke von 300 km ausreicht.
3. Honda Clarity ist ein weiteres Auto, das Wasserstoff anstelle von klassischem Kraftstoff verwendet. Die Hauptvorteile des Modells sind seine spektakuläre Optik und eine für Wasserstoffautos beeindruckende Gangreserve von 589 km.
4. Der Riversimple Rasa ist ein kleines Wasserstoffauto, das ursprünglich aus Großbritannien stammt. Sein Hauptmerkmal war sein geringes Gewicht (knapp über 500 kg) und eine beeindruckende Gangreserve - etwa 500 km.

Darüber hinaus präsentieren Hersteller weiterhin Wasserstoff-Konzeptautos, darunter den Audi H-tron Quattro, den Wasserstoff-Mercedes GLC, den Nikola One Truck von Nikola Motor, den H2 Speed ​​Supersportwagen aus dem Designhaus Pininfarina und viele andere.

Abschluss

Trotz einer Reihe von Nachteilen kann Wasserstoff in den nächsten 30 bis 40 Jahren die vielversprechendste Quelle für saubere Energie werden. Wir müssen nur eine effektive Methode zur Herstellung von Wasserstoff finden und eine Infrastruktur für die Lieferung an den Endverbraucher entwickeln, und dann wird die Menschheit nicht nur den Kraftstoff, sondern auch die Umweltkrise für immer vergessen.