HYCAR 1 Das erste Wasserstoff-Fahrzeug auf Österreichs Straßen#


von


Manfred Klell, Markus Sartory

Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik


Manfred Klell
Manfred Klell

Markus Sartory
Markus Sartory


Manfred Klell ist seit 1984 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik, seit 2005 Geschäftsführer und technischer Leiter der HyCentAResearch GmBH, des ersten österreichischen Forschungszentrumsfür Wasserstoff. Fachgebiete:Angewandte Thermodynamik, Verbrennungskraftmaschinen.


Markus Sartory ist seit 2007 wissenschaftlicher Projektmitarbeiter bei der HyCentA Research GmbH und beschäftigt sich im Rahmen seines Doktoratsstudiums mit Sicherheitssystemen und Regelwerken für Wasserstoffanwendungen.


© Forschungsjournal 2009/02



In einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Forschungsgesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik und des Hydrogen Center Austria wurde an der TU Graz das erste wasserstoffbetriebene Fahrzeug mit Verbrennungsmotor in Österreich aufgebaut. Das multivalente Fahrzeug kann außer mit Benzin prinzipiell auch mit Wasserstoff, mit Erdgas oder mit jeder beliebigen Mischung aus Erdgas und Wasserstoff im selben Gastanksystem betrieben werden und verbindet so innovativ gewohnte Funktionalität mit den Vorteilen CO2-freier Wasserstoffanwendung.


Basierend auf der langjährigen Erfahrung von Helmut Eichlseder (Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik an der TU Graz) mit alternativen Kraftstoffen wie Wasserstoff, wurde ein konventioneller 4-Zylinder Ottomotor für den Betrieb mit Wasserstoff und beliebigen Gemischen aus Wasserstoff und Erdgas umgerüstet.

Tank HYCAR
Tank HYCAR
© Forschungsjournal 2009/02 / © TU Graz/Lunghammer
Dazu waren Änderungen am Motor erforderlich, wie andere Injektoren, ein Saugrohr aus Aluminium und insbesondere die Adaptierung der elektronischen Motorsteuerung.

Die Bedatung der Motorsteuerung wurde am Motorprüfstand für den Betrieb mit Wasserstoff und verschiedenen Gemischen mit Wasserstoff und Erdgas optimiert. Aufgrund der weiten Zündgrenzen von Wasserstoff ist ein wirkungsgradgünstiger Betrieb des Motors mit Luftüberschuss im gesamten Motorbetriebsbereich möglich.

Dies mindert auch die Neigung zu Verbrennungsanomalien, verursacht aber bei äußerer Gemischbildung eine Reduktion des Leistungspotenzials. Während im Benzinbetrieb eine maximale Leistung von rund 120 kW bei 6000 min-1 erzielt wird, erreicht der Motor im Wasserstoffbetrieb eine maximale Leistung von etwa 70 kW bei 5000 min-1.
Der Motor läuft dafür umweltfreundlich und emissionsarm. Die Emission von Stickoxiden ist durch den Magerbetrieb sehr gering, kohlenstoffbasierte Emissionen wie CO, CH und CO2 treten im Wasserstoffbetrieb praktisch nicht auf. Am HyCentA wird der Wasserstoff regenerativ durch Elektrolyse von Wasser mit Strom aus Wasserkraft hergestellt.

Auch die Adaption des Fahrzeugs wurde am HyCentA, der ersten österreichischen Forschungsstelle für Wasserstoff unter der Leitung von Manfred Klell, durchgeführt. Die wichtigste Änderung am Fahrzeug: Die originalen Druckgaszylinder wurden gegen Drucktanks, die bei Druckverhältnissen bis 350 bar für Wasserstoff, Erdgas sowie Gemische geeignet sind, ausgetauscht.


Ein am HyCentA entwickeltes elektronisches Gassicherheitssystem (ELGASS) überwacht während der Fahrt alle wesentlichen Betriebsparameter des Gassystems und zeigt diese über einen Bildschirm an. Außerdem regelt es die Aktivierung bzw. Desaktivierung des gesamten Gassystems.

Betriebsparameter des Gassystems
Betriebsparameter des Gassystems, Touchscreen und Hauptmenü
© Forschungsjournal 2009/02

Folgende Funktionen sind implementiert:

  • Messdatenerfassung und -verarbeitung in Echtzeit
  • Füllstandsberechnung für die Gastanks
  • Leckageüberwachung über Massenbilanz, Druckgradienten und Gasdetektoren
  • Umschaltung zwischen Gas-/Benzinbetrieb
  • Visualisierung des Systemstatus
  • Elektronisches Fahrtenbuch
  • Einleitung von Notmaßnahmen bei Alarm

Das Fahrzeug entspricht im Wesentlichen der europäischen Regelung EG 79/2009 für die Genehmigung von Wasserstoff-Fahrzeugen, wurde vom TÜV Austria begutachtet und erhielt einen Einzelgenehmigungsbescheid für die Zulassung zum allgemeinen Straßenverkehr.


Dieses innovative und so erstmals umgesetzte Konzept eines multivalenten Fahrzeugs sehen wir als vielversprechende Brückentechnologie für den Übergang zu CO2-freienWasserstoffanwendungen.

Unter der gewohnten Funktionalität des bewährten Verbrennungsmotors und unter Nutzung vorhandener Tankinfrastruktur ist eine praxisnahe CO2-freie Mobilität umsetzbar. Das Konzept kann kurzfristig in eine Serienapplikation übergeführt werden.