Zukunft von Verbrennungsmotoren 20.04.2018, 09:05 Uhr

Heißt die Lösung für das Treibstoffproblem LOHC?

Verbrenner sind umweltschädlich, Hybride eine Zwischenlösung, Elektroautos aber irgendwie auch. Wie werden wir künftig fahren, was treibt unsere Autos an? Diese Frage stellen sich Wissenschaftler seit langem und Wolfgang Arlt meint, die Antwort zu kennen: LOHC.

Die Gründer der FAU-Ausgründung Hydrogenious Technologies GmbH

Die Hydrogenious Technologies GmbH wurde von diesen Herrn (v.l.) - Peter Wasserscheid, Wolfgang Arlt, Eberhard Schlücker und Daniel Teichmann - 2014 gegründet. (Bild aus 2014)

Foto: Angelika Krikava

Das Urteil zu den Diesel-Fahrverboten kommt einer Zäsur gleich. Zwar ist noch völlig unklar, was das Urteil für Konsequenzen nach sich ziehen wird, sicher ist aber: ein weiter so wird es nicht geben. Während das Land noch kontrovers über Sinn und Unsinn diskutiert, wird an deutschen Unis schon seit Jahren über Lösungen jenseits von Hybrid- und Elektrofahrzeugen nachgedacht. Wolfgang Arlt von der Universität Erlangen-Nürnberg etwa glaubt, dass der Trägerstoff LOHC die Rettung für unsere Verbrennungsmotoren sein könnte.

Der Grund für die voraussichtlichen Fahrverbote für Dieselfahrzeuge sind bekanntermaßen die Emissionen. Hauptsächlich geht es um schädliche Stickoxide und Feinstaub, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in Luft und Umwelt gelangen. Kritiker des Urteils sehen durch die Fahrverbote allerdings die deutsche Autoindustrie in Gefahr, die noch immer maßgeblich auf Verbrennungsmotoren setzt. Arlt und seine Forscherkollegen sind derzeit einem Kompromiss auf der Spur. Sie sind davon überzeugt, dass mit der LOHC-Technologie der Verbrennungsmotor ohne fossile Brennstoffe erhalten werden könnte. Das Verfahren ist schon länger bekannt und stationär im Einsatz. Es fehlt nur noch der Sprung in die Mobilität.

Sicheres Speichermedium für energiereichen Wasserstoff

LOHC steht für Liquid Organic Hydrogen Carrier und ist ein flüssiges, organisches Trägermaterial. Es handelt sich um eine Kohlenstoffverbindung auf Erdölbasis (z.B. Dibenzyltoluol). Das LOHC selbst spielt für den Antrieb der Verbrennungsmotoren allerdings gar keine Rolle. Denn die Energie soll nicht durch die emissionslastige Verbrennung von Kohlenstoff wie beim Diesel freigesetzt werden, sondern aus der Verbrennung des darin gebundenen Wasserstoffs. Das LOHC ist als Trägermaterial dennoch unerlässlich, weil es die Transportsicherheit des Wasserstoffs garantiert.

Die Hydrogenious Technologies GmbH leistet auf dem Gebiet der LOHC-Technologie für Fahrzeuge wertvolle Pionierarbeit. Im Beirat des innovativen Unternehmens sitzt auch der Nürnberger Professor Arlt. Zu den Forschungsschwerpunkten des Thermodynamikers zählen die flüssigen organischen Wasserstoffträger schon seit einigen Jahren. Das Start-up entstand ursprünglich aufgrund eines Forschungsauftrags des bayerischen Wirtschaftsministeriums, um überschüssige Energie aus regenerativen Quellen in Deutschland zu speichern. Anfang 2016 nahm dann die weltweit erste LOHC-Anlage ihren Betrieb auf.

Zur Bedeutung und Herkunft von Wasserstoff als Energielieferant

Wasserstoff reagiert mit Sauerstoff zu Wasserdampf. In dieser stark exothermen Reaktion („Knallgasreaktion“) werden große Energiemengen freigesetzt, die ein Fahrzeug antreiben können. Doch Wasserstoff kommt nicht wie Erdöl frei in der Natur vor. Es muss zunächst in geeigneten Verfahren gewonnen werden, was mittels Elektrolyse gelingt. Flüssiges Wasser wird dabei in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Chemisch handelt es sich um eine endotherme Reaktion. Die Wassermoleküle können also nur unter Energiezufuhr zerlegt werden. Nach erfolgreicher Elektrolyse wird der Wasserstoff aufgefangen und chemisch an das LOHC gebunden. Das geschieht mittels Hydrierung in einem Katalysator.

Reiner Wasserstoff ist so reaktionsfreudig, dass er ohne Sicherungsmaßnahmen schwere Unfälle auslösen kann. Ein prominentes Beispiel hierfür ist der Wasserstoffbrand des Hindenburg-Zeppelins. Auch bei den Explosionen in den havarierten Kernkraftwerken von Tschernobyl und Fukushima spielte Wasserstoff jeweils eine entscheidende Rolle. Gebunden an LOHC kann das Element in normalen Umgebungen aber nicht reagieren. Nur in Gegenwart eines Katalysators gibt es den Wasserstoff per Dehydrierung wieder ab, sodass er sich in Wasserstoffverbrennern nach dem bekannten Ottoprinzip verbrennen lässt.

Die Energie für Elektrolyse und Hydrierung stammt bisher hauptsächlich aus der Erdgasverbrennung, was jedoch keine Basis für einen sauberen Verbrennungsmotor sein darf. Doch regenerative Energiequellen wie Wasserkraftwerke kommen hierfür ebenso in Frage, sodass der Aspekt der Nachhaltigkeit gewährleistet wäre. Beispiele für die nachhaltige Elektrolyse mittels Wasserkraftwerken finden wir bereits in Norwegen. Auch Irland und Kanada bieten durch geografische oder klimatische Gegebenheiten gute Voraussetzungen. Sollte es eines Tages eine größere Nachfrage an Wasserstoffverbrennern geben, müsste Deutschland die Energie wohl aus ausländischen Quellen beziehen. Zu diesem Zweck müssen keine Stromleitungen gelegt werden, denn die Energie lässt sich vor Ort in LOHC speichern und mit Frachtschiffen transportieren.

Funktionsweise des LOHC-Verfahrens für Pkw

Pkw können dank der LOHC-Technologie weiterhin einen Verbrennungsmotor nutzen. Brennstoffzellen sind als Energielieferanten dagegen nicht nötig. Denn Verbrenner erweisen sich als effizienter: Die entstehende Abwärme lässt sich direkt in die Dehydrierung des LOHCs investieren. In gewissem Umfang sind die Fahrzeuge natürlich umzubauen, die Entwicklung ist bisher aber noch nicht soweit. Denn die Anlagen sind noch zu groß, um in Autos Platz zu finden.

Eine erwähnenswerte Besonderheit ist übrigens der Tank. Die LOHC-Menge reduziert sich beim Fahren nicht wesentlich. Zwar verliert das Speichermedium den Wasserstoffanteil, doch das Trägermaterial selbst bleibt erhalten. Beim Tanken wird dann nicht nachgefüllt, sondern ausgetauscht. Die Tankstellen hätten also künftig die Aufgabe, wasserstoffreiches LOHC bereitzustellen und wasserstofffreies zurückzunehmen. Die vorhandene Infrastruktur könnte also weitgehend weitergenutzt werden.

Fazit: Die LOHC-Technologie hat Zukunft

Fahrzeuge, die beim Antrieb auf Verbrennung von Wasserstoff setzen, sind weitgehend emissionsfrei. Eine Rußbildung wie beim Diesel bleibt grundsätzlich aus, weil hier keine Kohlenstoffverbindungen verbrannt werden. Letztendlich könnte damit nicht nur Diesel, sondern auch Benzin als Treibstoff abgelöst werden. Dennoch stoßen diese Motoren weiterhin Stickoxide als Nebenprodukt aus. Doch auch hierfür existieren bereits passende Lösungsansätze, mit denen sich die Konzentration bis unter die Nachweisgrenze reduzieren lässt. Insgesamt ist LOHC also eine realistische Methode der Zukunft, Verbrenner nachhaltig auf den Straßen zu behalten.

Von ingenieur.de

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