Der Wettlauf darum, Dieselmotoren mit Wasserstoff betreiben zu können

Es handelt sich um einen neuen Wasserstoff-Diesel-Hybridmotor, der liebevoll „Baby Nummer zwei“ genannt wird und zur Dekarbonisierung einiger der schwersten Industrien Australiens beitragen könnte.

Der Prüfstand ist groß – er verfügt über einen eigenen Raum neben einem Labor und sieht auf den ersten Blick aus wie viele andere große Motoren, aber unter seiner metallischen Hülle könnte bahnbrechende Technologie stecken.

Ingenieure der University of New South Wales (UNSW) sagen, dass sie einen herkömmlichen Dieselmotor erfolgreich so umgebaut haben, dass er eine Mischung aus Wasserstoff und einer kleinen Menge Diesel verwendet. Ihre patentierte Technologie habe die Kohlendioxidemissionen (CO2) um mehr als 85 % gesenkt. .

Es ist die Arbeit von Prof. Shawn Kook und seinem Team an der School of Mechanical and Manufacturing Engineering der Universität.

„Das Interesse daran, einen bestehenden Dieselmotor in einen sauber verbrennenden Wasserstoffmotor umzuwandeln, ist extrem groß“, sagt Prof. Kook der BBC in seinem Labor in Sydney. Anfragen kamen aus Deutschland, Südafrika, Brasilien, Japan und China.

„Wir bauen das Wasserstoff-Direkteinspritzsystem in bestehende Dieselmotoren ein, das auf jeden herkömmlichen Motor angewendet werden kann“, fügt er hinzu.

Was ihr System laut Prof. Kook einzigartig macht, ist die Art und Weise, wie Wasserstoff und Diesel gemischt und dann zur Verbrennung in den Motorzylinder geleitet werden.

Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen erzeugt Wasserstoff bei der Verbrennung kein CO2 und gilt daher seit langem als umweltfreundlichere Brennstoffquelle.

Etwa 90 % des Kraftstoffs im UNSW-Hybriddieselmotor besteht aus Wasserstoff, der jedoch sorgfältig kalibriert eingesetzt werden muss.

Wenn der Wasserstoff nicht im richtigen Moment in den Kraftstoffmix eingebracht wird, „entsteht etwas Explosives, das das gesamte System durchbrennt“, erklärt Prof. Kook.

Er sagt, dass Studien gezeigt haben, dass die Steuerung der Mischung aus Wasserstoff und Luft im Zylinder des Motors dazu beitragen kann, schädliche Stickoxidemissionen zu verhindern, die bisher ein Hindernis für die Kommerzialisierung von Wasserstoffmotoren darstellten.

Das Forschungsteam aus Sydney geht davon aus, dass alle Diesel-Lkw und Elektrogeräte im Bergbau-, Transport- und Landwirtschaftssektor in nur wenigen Monaten mit dem neuen Hybridsystem nachgerüstet werden könnten.

Prof. Kook bezweifelt jedoch, dass der Hybrid für die Automobilindustrie von großem Interesse sein würde, wo Elektro- und Hybridfahrzeuge bereits fortschrittlich sind und Dieselautos ersetzen.

Er sagt jedoch, dass Australiens milliardenschwere Bergbauindustrie so schnell wie möglich eine Lösung für alle ihre dieselbetriebenen Geräte braucht.

„Wir haben so viele etablierte dieselbetriebene Generatoren, Megatrucks und Untergrundmaschinen. Wie können wir alle vorhandenen Dieselmotoren dekarbonisieren? Eine Möglichkeit besteht darin, alles abzuschalten und neue Technologien einzuführen, was Jahrzehnte dauern wird“, sagt er.

Geplant ist, dass der Hybrid mit einem Wasserstoff-Diesel-Gemisch betrieben wird oder, falls kein Wasserstoff vorhanden ist, auf reinen Diesel umsteigen kann.

Prof. Kook hofft, dass sein Motor der neuen Generation innerhalb von zwei Jahren zu einem kommerziellen Produkt wird.

Tim Buckley, Direktor von Climate Energy Finance, einer Denkfabrik von öffentlichem Interesse in Sydney, glaubt, dass die Technologie das Potenzial hat, „die australische Bergbauindustrie dramatisch zu verändern“.

„In meiner Arbeit steckt immer ein gewisses Maß an Skepsis, wenn es darum geht, zu bewerten, was Hype und Hoffnung im Gegensatz zur Realität sind. Allerdings scheint dieser Durchbruch an der University of New South Wales ziemlich bedeutsam zu sein. Wenn sie es schaffen, ist es das auch.“ eine riesige Chance“, sagt er.

Mehr Geschäftstechnologie:

Das australische Team befindet sich in einem globalen Wettlauf um die Entwicklung hybrider Diesel-Wasserstoff-Motoren. Ingenieure in anderen Ländern arbeiten an ihren Konzepten und Entwürfen, aber das Team in Sydney glaubt, dass es einen Vorsprung hat.

„Ich denke, wir haben im Vergleich zu den meisten anderen Forschungsgruppen auf der Welt einen Durchbruch erzielt, bei dem wir mit Wasserstoff tatsächlich einen höheren Prozentsatz als mit Diesel erreichen können“, erklärt Xinyu Liu, ein UNSW-Doktorand aus China.

„In puncto Emissionen und CO2 können wir eine höhere Reduzierung erreichen als mit den anderen Methoden. Das Konzept hat sich anhand des bisherigen Kleinmotors bewährt. Wir versuchen, diese Idee in einen größeren Maßstab umzusetzen, der [anwendbarer] ist. zur Industrie.“

Die größere Version oder das „Baby Nummer zwei“ der UNSW hat das doppelte Volumen des ursprünglichen Prototyps und hat laut Prof. Kook das Potenzial für eine „massive Reduzierung der CO2-Emissionen“.

Die Vision ist in einem Artikel dargelegt, der im International Journal of Hydrogen Energy veröffentlicht wurde.

Die Auswirkungen der Erfindung auf die Umwelt werden größtenteils davon abhängen, woher der Wasserstoff kommt.

Während kleine Mengen Wasserstoff direkt aus dem Boden gewonnen werden, wird der größte Teil des Wasserstoffs in einem Prozess hergestellt, der CO2 ausstößt.

Als Antwort gilt grüner Wasserstoff, der durch die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, um Wasser mithilfe eines Elektrolyseurs in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aufzuspalten. Doch die benötigte Technik und der benötigte Strom sind kostspielig, sodass derzeit nur geringe Mengen Wasserstoff auf diese Weise hergestellt werden.

Aber die Kosten dürften sinken, und mit reichlich Sonnenschein und Wind verfügt Australien über großes Potenzial zur Erzeugung erneuerbaren Stroms, der eines Tages zur Herstellung von mehr grünem Wasserstoff genutzt werden könnte.

Der Climate Council, eine unabhängige Organisation, glaubt, dass nachhaltiger Wasserstoff Australien die Chance gibt, seine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu beenden.

„Australien ist einer der weltweit größten Kohleexporteure und der größte Flüssiggasexporteur“, schrieb der Rat in einem Briefing von 2021. „Beide verschmutzen fossile Brennstoffe, und Australien zahlt dafür hohe Kosten, da extreme Wetterereignisse wie Buschbrände, Hitzewellen und Dürre immer häufiger auftreten.“

Das UNSW-Projekt bleibt vorerst in der Kinderstube des Labors. Für akademische Unternehmungen sind die finanziellen Mittel externer Investitionen sowie der praktische Input und das Wissen eines Bergbauunternehmens oder Motorenherstellers erforderlich.

„Unsere Vision ist es, zuerst die australische Bergbau-, Landwirtschafts- und Bauindustrie zu beeinflussen und dann auf den Rest der Welt auszuweiten, um eine größere Wirkung zu erzielen“, sagt Prof. Kook.

In Australien gibt es einige der weltweit größten Rohstoffunternehmen, die sich alle zu ehrgeizigen Dekarbonisierungszielen verpflichtet haben. Technologie ist der Schlüssel.

„Die Idee, Wasserstoff und Diesel in einem bestehenden Motor zu vermischen, ist so etwas wie der Heilige Gral für die Dekarbonisierung der Schwerindustrie und des Bergbaus“, fügt Tim Buckley hinzu.

Er hat diese existenzielle Frage an die Ingenieure der UNSW: „Können sie es tatsächlich in einem kommerziellen Umfeld einsetzen und es außerhalb der Universität replizieren?“