Projektdaten

Kurzfassung des Vorhabens

Für die mittelfristig notwendige Langzeitspeicherung von Strom ist in Deutschland die elektrolytische Produktion von Wasserstoff aus Wasser und die anschließende Rückverstromung eine der vielversprechendsten Optionen. Wird der dabei anfallende Sauerstoff ebenfalls bei der Rückverstromung eingesetzt, bieten sich für die Nutzung des Wasserstoffs in Verbrennungsmotoren neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Prozessführung. In einem von der Hochschule Nordhausen entwickelten Verfahren wird der klassische Verbrennungsmotor mit der Dampfentspannung in einem Expander kombiniert und die Verbrennung findet in einer Sauerstoff/Wasserdampf-Atmosphäre statt. Auf diese Weise entstehen neben Wasserdampf keine Schadstoffe und es können Wirkungsgrade und Leistungsdichten erreicht werden, die deutlich über denen von derzeitigen Wasserstoff/Luft-Motoren liegen. Das entworfene Konzept zeichnet sich durch hohe Wirkungsgrade bei kostengünstiger Anlagentechnik aus und bietet damit eine innovative Variante der Rückverstromung von Wasserstoff.

Der Kern des Vorhabens ist ein Motorprozess, welcher einen höheren Wirkungsgrad verspricht, als die übliche Diesel- oder Otto-ähnliche Wasserstoffverbrennung, ohne dabei Schadstoffe zu emittieren. Ausgehend von einem modifizierten Stationärmotor kombiniert der Prozess die stöchiometrische Verbrennung von Wasserstoff mit reinem Sauerstoff, der bei der Wasserstoffproduktion anfällt, mit einem Dampfkraftprozess. Der Motor arbeitet mit einem Nullemissions-Prozess, der zu geringeren Kosten und mit vergleichbarem elektrischen Wirkungsgrad wie heutige Brennstoffzellensysteme umzusetzen ist.

Der bisherige Entwicklungsstand basiert auf thermodynamischen Vergleichsprozessen und null- bzw. eindimensionalen Modellen der Kreisprozessberechnung. Die nächsten notwendigen Entwicklungsschritte orientieren sich an der Konstruktions- und Prototypenphase in der Motorenentwicklung und umfassen die komplexe 3D-Strömungssimulation sowie den Aufbau eines Prüfstands zur Untersuchung der Ladungsschichtung und des Verbrennungsablaufs.

Die Zielstellung der experimentellen Untersuchungen ist die Verifikation des entwickelten Verfahrens und der vorausberechneten Kennwerte sowie die Identifikation von möglichen Grenzen der Prozesssteuerung. In dem Projekt soll ein Prüfstand aufgebaut werden, der an einer einfachen Motorgeometrie Messungen des Zylinderdruckverlaufs zulässt und damit Rückschlüsse auf die Qualität des Verbrennungsvorgangs liefert. Neben dem Experiment werden ebenfalls komplexe 3D-CFD-Simulationen eingesetzt, die zur Auslegung des Experiments und zur Übertragung der Ergebnisse auf weitere Motorgeometrien und Modifikationen dienen.