Wasserstoff als Kraftstoff für Fahrzeugantriebe

Der Buchautor Dipl.-Ing. Sven Geitmann, geb. 1970, beobachtet bereits seit 1997 den Markt für alternative Kraftstoffe und verfügt über umfassende praktische Erfahrungen mit unterschiedlichen Antriebstechnologien. Schon während seines Maschinenbau-Studiums an der Technischen Universität Berlin beschäftigte er sich intensiv mit dieser Thematik, unter anderem mit der Umrüstung von Gasfahrzeugen. 1998 veröffentlichte der Autor seine erste Arbeit zum Thema "Wasserstoff als Kraftstoff für Fahrzeugantriebe". Im Herbst 2000 schloss er das Studium mit seiner Diplomarbeit über den Einsatz von Flüssiggas in Fahrzeugen erfolgreich ab. Nach der Hochschulausbildung arbeitete er bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin an einer internationalen Studie über die Sicherheit des Kraftstoffsystems wasserstoffbetriebener Transportmittel.
Seit dem Frühjahr 2002 arbeitet Sven Geitmann selbstständig als Buchautor und Fachjournalist für erneuerbare Energien, alternative Kraftstoffe, Wasserstoff, Brennstoffzellen und Elektromobilität. Im Frühjahr 2002 veröffentlichte er im Eigenverlag seine ersten beiden Bücher über "Wasserstoff und Brennstoffzellen". Im Februar 2004 gründete er den Hydrogeit Verlag, den ersten themenbezogenen Fachbuch-Verlag. Darüber hinaus übernahm er Ende 2005 das Magazin für Wasserstoff und Brennstoffzellen.

Textprobe:
Kapitel 6.1.1, Motorentechnik:
Betrachtet man den geschichtlichen Verlauf der Technikentwicklung von Wasserstoff - von der Namensgebung durch Lavoisier bis hin zu heutigen Wasserstoffflugzeugen oder Brennstoffzellenautos - wird deutlich, daß die Idee von einer auf Wasserstoff basierenden Energieversorgung bereits über hundert Jahre alt ist (s. Kap. 3 Geschichte).
Bis heute gibt es diverse Projekte, bei denen Wasserstoff in Autos (Pkw und Lkw), Bussen und Flugzeugen eingesetzt wird. In den USA befindet sich ein Brennstoffzellenantrieb für Lokomotiven in der Entwicklung. Auch die Nutzung in Schiffen ist vorstellbar.
Für Fahrzeugantriebe mit Wasserstoff kommen grundsätzlich zwei Konzepte in Frage: der Verbrennungsmotor und die Brennstoffzelle.
Verbrennungsmotor:
Der Betrieb eines herkömmlichen Hubkolbenmotors ist durchaus mit Wasserstoff möglich, und diese Technik wird bereits angewandt. Anhand der unten erwähnten Vor- und Nachteile sollen im folgenden die dabei auftretenden Schwierigkeiten sowie mögliche Abhilfen aufgezeigt werden.
Vorteile:
V-1: Umweltverträglichkeit.
V-2: Extreme Abmagerungsfähigkeit eines Wasserstoff/Luft-Gemisches bedeutet geringerer Kraftstoffverbrauch.
Nachteile:
N-1: Unregelmäßige Verbrennungsabläufe durch:
N-1.1: Rückzündung in der Ansaugphase.
N-1.2: Glühzündung in der Kompressionsphase.
N-1.3: klopfende Verbrennung.
N-1.4: Wasser-Anlagerungen an der Zündkerze beim Kaltstart.
N-2: Geringe Leistungsdichte infolge von Liefergradverlusten.
N-3: Schlechte Schmiereigenschaften von Wasserstoff.
N-4: Hoher Aufwand für Flüssigwasserstoff-Förderpumpe und die Einspritzelemente.
V-1: Auf die gute Öko-Bilanz, den ersten und wichtigsten Vorteil von wasserstoffbetriebenen Verbrennungskraftmaschinen, wurde bereits in Kapitel 4 eingegangen.
Nochmals erwähnt sei, daß die Wasserstoffverbrennung ohne die Erzeugung von CO2 geschieht, was kein anderer Kraftstoff kann. Es fallen lediglich Stickoxidemissionen an. Die noch zu lösende Aufgabe ist der Konflikt zwischen hoher Leistungsdichte und Vermeidung von Stickoxidemissionen.
Um der Forderung nach günstigem Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitig niedriger Stickoxidemission nachkommen zu können, ist es notwendig, daß im unteren Teillastbereich der Motor mit einer konstanten Luftzahl von = 3,0 und zur Vollast hin mit variablem , entsprechend der angeforderten Leistung, betrieben wird.
V-2: Die "extreme Abmagerungsfähigkeit" eines Gemisches bedeutet, daß ein Motor nach dem Magerkonzept ausgelegt ist. Dies ist der Fall, wenn die Luftzahl 1,5 ist, was einem Kraftstoff-Luft-Äquivalenzverhältnis von