Zunächst zur Einordnung: Der Wirkungsgrad beschreibt, wie viel der im Kraftstoff gespeicherten Energie tatsächlich in nutzbare Bewegung umgewandelt wird. Je höher der Wert, desto weniger Energie geht ungenutzt verloren. Das Konzept aus Magdeburg verspricht einen emissionsfreien Betrieb mit der Leistungsfähigkeit eines Dieselmotors und könnte damit eine Alternative für schwere Lkw, Schiffe und Baumaschinen werden.
Der Wasserstoffmotor arbeitet ähnlich wie ein Verbrenner. Der grundlegende Unterschied ist der Aufbau. Während ein konventioneller Motor Umgebungsluft ansaugt und Abgase ausstößt, arbeitet dieses Aggregat als geschlossenes System. Der größte Teil des Arbeitsgases zirkuliert nach jedem Takt im Motor, wird gekühlt und erneut für die Verbrennung genutzt. Dabei arbeiten drei Komponenten zusammen: Wasserstoff als Energieträger, reiner Sauerstoff für die Reaktion und das Edelgas Argon als stabiles Trägergas. Argon verbrennt nicht selbst, sondern sorgt durch seine thermodynamischen Eigenschaften für die Bedingungen einer kontrollierten Reaktion. Das entstehende Produkt, reines Wasser, wird aus dem Kreislauf entfernt.
Der hohe Wirkungsgrad kann Energie sparen
Ein Wirkungsgrad von über 60 Prozent ist für einen Verbrennungsmotor ein hoher Wert. Zum Vergleich liegen moderne Lkw-Dieselmotoren bei etwa 45 bis 50 Prozent. Der Magdeburger Motor wandelt also einen größeren Teil der zugeführten Energie in mechanische Arbeit um. Das soll im Ergebnis zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen und das Potenzial haben, die Betriebskosten zu senken.
Seine Vorteile zeigt das Konzept hauptsächlich in Anwendungsbereichen, in denen batterieelektrische Antriebe an Grenzen stoßen. Dazu gehören der schwere Fernverkehr, Schiffsantriebe, große Land- und Baumaschinen oder stationäre Stromaggregate. Hier werden Antriebe benötigt, die über lange Zeiträume unter hoher Last zuverlässig funktionieren. Das Gewicht der Batterien, lange Ladezeiten und eine lückenhafte Ladeinfrastruktur sind in diesen Segmenten oft kritische Faktoren.
Keine Abgasnachbehandlung nötig
Der technische Aufbau des Kreislaufmotors ist zwar aufwendiger, doch die Forscher sehen wirtschaftliche Vorteile. Ein wesentlicher Punkt ist der Verzicht auf eine komplexe Abgasnachbehandlung, wie sie bei Dieselmotoren mit Katalysatoren und Partikelfiltern erforderlich ist. "Nach unserer Einschätzung kann das geschlossene System über realistische Betriebszeiten günstiger sein als ein offener Wasserstoff-Verbrennungsmotor", so der Projektleiter Prof. Hermann Rottengruber (rechts im Aufmacherbild). Die höhere Effizienz trage dazu bei, den technischen Aufwand zu amortisieren.
Der Weg zur Serienreife ist allerdings noch nicht abgeschlossen. Die Forscher benennen zwei zentrale Herausforderungen. Zum einen ist die Leistungsdichte noch begrenzt, da pro Arbeitstakt nur eine bestimmte Menge Wasserstoff eingespritzt werden kann. Zum anderen kann sich im geschlossenen Kreislauf Kohlendioxid aus der Verbrennung von Schmieröl anreichern. Dieses CO₂ würde den Prozess stören und muss in der Weiterentwicklung noch beherrscht werden.
