Forschung zu Wasserstoffantrieben

Alternative Antriebe möglichst effizient zu gestalten, ist ein wichtiger Bestandteil der Verkehrswende. Welche speziellen Probleme dabei zu lösen sind, zeigt ein Forschungsprojekt an der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm (Ohm): Es beschäftigt sich damit, wie sich Reaktionsgase hochpräzise dosieren lassen, damit sich der Wirkungsgrad bei Brennstoffzellenantrieben oder Wasserstoffmotoren erhöht.

Das Institut für Fahrzeugtechnik (IFZN) der Ohm verfügt mit seinem Labor für Einspritzung und Verbrennung über die richtigen Voraussetzungen für solche anwendungsorientierte Forschung. Der Wirkungsgrad eines Wasserstoffantriebs liegt unter dem eines konventionellen Motors, der mit Benzin betrieben wird. Den Wirkungsgrad zu erhöhen ist also ein wichtiges Anliegen. Eine Möglichkeit bietet sich an der Stelle des Prozesses, an denen das Reaktionsgas ins Reaktionsvolumen dosiert wird – das soll präzise, dynamisch und möglichst verlustfrei geschehen.

Die Möglichkeit, dynamisch zu dosieren, bietet ein über BayPAT bereits zum europäischen Patent angemeldetes System mit einer variablen Venturi-Düse. Es kann den effektiven Strömungsquerschnitt schnell verändern – das dient dazu, Druckverluste zu verringern und entstehende Verluste teilweise rückzugewinnen. Im Rahmen der Validierungsförderung der Bayern Innovativ GmbH und gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie wird das System nun an der Ohm getestet.

„Wir untersuchen das Dosierungssystem auf seine Dynamik, Präzision und seinen Wirkungsgrad“, sagt Prof. Dr. Georgios Bikas, der das Labor für Einspritzung und Verbrennung leitet. „Wir wollen dabei vor allem betrachten, welche Vorteile das System im Vergleich zu Konkurrenzprodukten hat – das betrifft Dynamik, Strömungsverluste, Regelgüte und die Robustheit der Kalibrierung.“

Dabei arbeitet die Ohm eng mit Industriepartnern aus Bayern zusammen. Die Firma Vectoflow aus dem Landkreis Starnberg liefert Strömungsmess-Sonden, die eine sehr genaue Darstellung im kHz-Bereich ermöglichen. „Dadurch erhalten wir Einblicke in die realen physikalischen Bedingungen für die Regelung des Fluidstroms“, erklärt Bikas. Ein UltraZohm-Steuergerät ermöglicht es, die hochfrequenten Sensordaten zu erfassen. Die Regelgüte im System soll in Zukunft erhöht werden, indem ein physikalisch basiertes Modell trainiert wird – es kann später auf konventionellen Steuergeräten eingesetzt werden. Weitere Sensortechnik, die für den Erfolg des Projekts wichtig ist, kommt von der Firma Micro-Epsilon Messtechnik aus dem Landkreis Passau.

Das Projekt „Variable Venturi-Düse zur präzisen Dosierug von Reaktanten bei Wasserstoffantrieben für hohe Regelgüte unter hochdynamischen Betriebsbedingungen“ (V2-DoRR) wird mit einem Volumen von 300.000 Euro gefördert und läuft bis Ende Juni 2024.