Die Europäische Union hat beschlossen, dass bis 2050 keinerlei Beeinträchtigungen der Luftqualität und des Klimas vom Verkehr ausgehen dürfen. Dies erfordert eine rasche Defossilisierung des Mobilitätssektors. Zum Erreichen dieser Ziele stellen, neben der Elektromobilität, Antriebe auf Basis nachhaltiger Kraftstoffe eine wichtige Option dar. Besonders für Fahrzeuge mit hohem Energiebedarf, wie Lastkraftwagen für den Gütertransport, Baustellenfahrzeuge und Lokomotiven, ergeben sich durch die Möglichkeit, große Energiemengen im Tank mitzuführen, deutlich günstigere Betriebsbedingungen.

Mittels Elektrolyse erzeugter Wasserstoff spielt dabei ein Schlüsselrolle. Er kann entweder in Antriebsaggregaten wie dem Wasserstoffmotor oder der PEM Brennstoffzelle direkt genutzt werden, oder mit rückgewonnenem Kohlenstoff zu nachhaltigen, flüssigen Kraftstoffen weiterverarbeitet werden. Letztere haben den hohen Nutzen, dass sie als Beimischung zu erdölbasierten Kraftstoffen in modernen Verbrennungsmotoren genutzt werden können und die CO2-Emissionen der Fahrzeug-Bestandsflotte kurzfristig reduzieren.

Forschung im Bereich der Antriebsaggregate und der elektrifizierten Antriebsstränge wird erforderlich sein, um den verfügbaren Wasserstoff bestmöglich zu nutzen und die passende Energieform für alle Mobilitätsanwendungen zur Verfügung zu stellen.

Brennstoffzellen Batterie in einem Elektroauto

Abbildung: Brennstoffzellen im Testfahrzeug

Forschungsziele

Brennverfahrensentwicklung Wasserstoff

Durch die einzigartigen Stoffeigenschaften des Wasserstoffs (molare Massen, Diffusivität, sehr geringe Zündenergie) müssen die Wasserstoff-Einblasung, die turbulente Verbrennung verstanden werden, um irreguläre Wasserstoffzündung zu vermeiden und die Stickoxidemissionen zu minimieren.

Brennverfahrensentwicklung eFuels

Für Brennverfahren mit Funkenzündung und Selbstzündung werden zukünftig nachhaltige Kraftstoffe mit spezifischen physikalisch-chemischen Eigenschaften erforscht werden. Hier besteht der Bedarf, Verbrennungsprozesse mit höchsten Wirkungsgraden und geringsten Emissionen zu entwickeln.

Dauerhaltbarkeit PEM Brennstoffzelle

Die Materialien von heutigen Brennstoffzellen sind sensitiv auf chemische Vergiftung, Temperatur- und Feuchteschwankungen, die allesamt zu einer Abnahme der Zellleistung führen. Die Erforschung von Betriebsstrategien, die die Zellalterung minimieren, wird deshalb erforderlich sein.

Medienversorgung PEM Brennstoffzelle

Ziel ist die Erforschung optimaler Luft- und Gaspfade zur Versorgung der Brennstoffzelle mit angefeuchteten und temperierten Medien, auch für hochtransienten Betrieb

Thermomanagement PEM Brennstoffzelle

Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor müssen Brennstoffzellen die Abwärme fast vollständig über das Kühlwasser abführen, was große Kühlflächen erforderlich macht. Forschungsarbeiten zur Architektur von Antriebsträngen für diverse Mobilitätsanwenden werden das Ziel haben, den Betrieb der Brennstoffzelle im Verbund mit Leistungselektronik und HV-Batterie und die Wärmeabfuhr zu optimieren.

Forschungsprojekte

Publikationen

Bauer, Martin, and Thomas Lauer. "Numerical Study of the Fuel Efficiency and the Thermal Management of a Fuel Cell Powered Long-Haul Vehicle, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." No. 2023-01-0764. SAE Technical Paper, 2023.

Haslinger, Maximilian, Christoph Steindl, and Thomas Lauer. "Parameter Identification of a Quasi-3D PEM Fuel Cell Model by Numerical Optimization, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Processes 9, no. 10 (2021): 1808.

Höflinger, Johannes, Peter Hofmann, and Bernhard Geringer. "Experimental PEM-fuel cell range extender system operation and parameter influence analysis, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster". No. 2019-01-0378. SAE Technical Paper, 2019.