H2-Kit zur Umrüstung von Verbrennungsmotoren

Korn
Thomas Korn, © Keyou

Vor 15 Jahren hat BMW noch emsig an wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotoren gearbeitet. Insgesamt acht Fahrzeuggenerationen lang bemühten sich die Bayern darum, konventionelle Benzinmotoren so zu optimieren, dass sie schadstoffarm und effizient mit Wasserstoff betrieben werden können. Im Jahr 2009 stellten sie dann jedoch ihre Bemühungen ein. Jetzt wollen ehemalige BMW-Mitarbeiter die Renaissance des H2-Verbrenners einläuten und einen Umrüstsatz für Verbrennungsmotoren entwickeln, allerdings nur im Nutzfahrzeugsektor. HZwei sprach darüber mit dem Geschäftsführer des in Unterschleißheim bei München ansässigen Jungunternehmens Keyou GmbH.

HZwei: Herr Korn, Sie haben damals bei BMW selbst am H2-Verbrennungsmotor mitgearbeitet. Wie haben Sie sich damals gefühlt, als klar wurde, dass der Wasserstoffmotor keine Zukunft haben wird?

Korn: Ich war zu dem Zeitpunkt bereits seit über einem Jahrzehnt in der BMW-F&E mit der Entwicklung und Evaluierung von unterschiedlichen alternativen Antriebsarten beschäftigt. Es lagen belastbare Ergebnisse zu den auch heute diskutierten batterieelektrischen Fahrzeugen, Autos mit Brennstoffzellenantrieb und welchen mit Wasserstoffverbrennungsmotor vor. Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnisse war es sicherlich überraschend, dass der Antrieb mit der größten Kundenwertigkeit nicht weiterverfolgt wurde.

HZwei: Was genau waren denn die Gründe für die Einstellung der Entwicklungsarbeiten?

Korn: Der Hydrogen 7 wurde mit der Motivation entwickelt, Fahrzeuge mit Wasserstoffverbrennungsmotor als dritte emissionsfreie Fahrzeugtechnologie neben dem Elektro- und dem BZ-Antrieb vom California Air Ressources Board (CARB) anerkannt zu bekommen. Hier muss man wissen, dass große Fahrzeughersteller nur konventionelle Fahrzeuge in Kalifornien verkaufen dürfen, wenn gleichzeitig eine Mindestmenge von sogenannten Zero-Emission-Vehicles (ZEV) in den Markt gebracht wird.

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HZwei: Bitte geben Sie uns einen kurzen Einblick, wie weit Sie damals schon waren. Der Hydrogen 7 verfügte ja bereits über einen für den Wasserstoffbetrieb optimierten bivalenten Zwölfzylinder-Verbrennungsmotor, nicht wahr?

Korn: Der Hydrogen 7 war nur noch einen kleinen Schritt von einem marktfähigen Produkt entfernt. Standfestigkeit und Zuverlässigkeit zeichnen Fahrzeuge mit Wasserstoffverbrennungsmotoren aus. Das Potenzial der Wasserstoffverbrennung hinsichtlich Leistungsdichte und Kraftstoffverbrauch war jedoch bei Weitem noch nicht ausgeschöpft.

HZwei: Wie erging es Ihnen persönlich damals? Warum trennten sich Ihre Wege?

Korn: Die Entscheidung von BMW als OEM, dessen Kerngeschäft die Bedienung des Massenmarktes ist, war nachvollziehbar. Aufgrund des enormen Potenzials der Wasserstoffverbrennung, das wir gerade erst ansatzweise dargestellt hatten, war die Entscheidung für uns Ingenieure zunächst enttäuschend. Später habe ich das enorme Potenzial der Technologie für die Entwicklung eines Start-up-Unternehmens erkannt.

HZwei: Ich erinnere mich noch, dass wir uns vor etwa zehn Jahren auf der Hannover Messe trafen und über die Umrüstung von Benzinmotoren auf Wasserstoff unterhielten. Einige Zeit später erschienen Sie dann mit dem Unternehmen Alset Global und wollten ein Umrüst-Kit entwickeln. Was waren Ihre damaligen Pläne?

Korn: Alset war ein Start-up in Österreich, das den Wasserstoff-Dual-Fuel-Betrieb mit Benzin für sich entdeckt hatte. Ein interessanter Ansatz, um den Umrüstaufwand von konventionellen Ottomotoren gering zu halten.

HZwei: Jetzt also ein neuer Anlauf. Was genau sind dieses Mal Ihre Ziele?

Korn: Die Entwicklung eines massentauglichen, emissionsfreien Antriebs, mit zu konventionellen Fahrzeugen vergleichbarem Kundenwert und dies zu wettbewerbsfähigen Kosten. Also eine echte Alternative zu Benzin- und Dieselfahrzeugen und somit die Möglichkeit der raschen Einführung von emissionsfreien Fahrzeugen in hohen Stückzahlen.

HZwei: Sie geben an, dass Keyou über einschlägiges Wissen sowohl bei Katalysatoren, bei H2-Einspritzsystemen als auch bei Wasserstoffspeichern verfügt. Anscheinend konnten Sie also einen Großteil des Know-hows von Alset rüberretten.

Keyou
Motorblock mit Umrüstkomponenten, © Keyou

Korn: Bei jeder beruflichen Station lernt man dazu. Ich war 13 Jahre bei BMW und vier Jahre bei Alset. Unser aktuelles technisches Konzept hat jedoch nichts mehr mit den vergangenen Konzepten bei BMW oder Alset zu tun, sondern ist ein neuer, innovativer Ansatz.

HZwei: Dann erklären Sie doch bitte einmal kurz, was genau sich hinter diesem innovativen Konzept Ihrer patentierten H2-SCR-Katalysator-Technologie verbirgt.

Korn: Die im ersten Schritt einfach zu integrierende Saugrohreinblasung wurde im weiteren Verlauf der Entwicklung von einer Mitteldruck-Direkteinblasung abgelöst. Die Kombination von M-DI und Turboaufladung und die Umstellung von der bei BMW und MAN praktizierten stöchiometrischen Verbrennung auf ein Magerverbrennungskonzept erlauben hohe spezifische Leistung und einen hervorragenden Wirkungsgrad. Der bei Dieselmotoren typisch vorhandene Zielkonflikt beim Einsatz eines Abgasrückführungssystems (AGR) zwischen Reduzierung von Stickoxid und Partikeln wird durch den kohlenstofffreien Wasserstoff gänzlich aufgelöst. Die schnelle Verbrennung von Wasserstoff erlaubt eine effektive AGR-Nutzung ohne Wirkungsgradeinbußen. Der spezielle H2-SCR-Katalysator ermöglicht einen weiteren Freiheitsgrad, um nutzfahrzeugtypische Leistungen ohne Emissionen zu gewährleisten.

HZwei: Ist das denn nur eine vage Hoffnung, dass bereits Ende 2017 ein Prototyp präsentiert werden könnte, oder gibt es hier schon feste Verträge?

Korn: Wir gehen im Mai mit dem ersten Motor auf den Prüfstand. Ende 2017 werden wir einen ersten Busprototyp mit Keyou-Inside-Technologie präsentieren. Der Prototypträger, also der Bus, steht bereits bei uns auf dem Hof.

HZwei: Wollen Sie diese „Conversion-Kits“ komplett allein entwickeln oder suchen Sie noch Technologiepartner?

Korn: Wir arbeiten aktuell mit vielen Technologiepartnern zusammen, achten aber darauf, das spezielle Wasserstoff-Know-how im Hause zu behalten.

HZwei: Und was macht Sie so zuversichtlich, dass es dieses Mal besser klappt als bei den anderen Malen?

Korn: Aller guten Dinge sind drei! Nein, ernsthaft, ich denke, dass es eine Kombination aus mehreren Faktoren ist: Zunächst haben wir Ex-BMWler und auch Ex-MANler, die sich in diesem Vorhaben gefunden haben, in den Jahren sehr viel über die Technologie, das Produkt und den Markt gelernt. Das Wissen ist jetzt in das innovative Technologiekonzept, aber auch in das Business-Modell und in die Markteinführungsstrategie geflossen. Auch die Zeit hat sich geändert. Der Bedarf an sauberen und nachhaltigen Technologien ist gestiegen, aber die derzeit angebotenen Lösungen sind nicht in der Lage, eine zu konventionellen Fahrzeugen wettbewerbsfähige Lösung zu bieten. Wir sehen, dass wir das richtige Produkt zur richtigen Zeit im richtigen Marktsegment anbieten können.

Wir glauben in der Tat an die Renaissance des Wasserstoffverbrennungsmotors in den nächsten Jahren und hoffen, dass viele OEMs auf unsere Expertise und unsere Technologien zurückgreifen werden.

3 Gedanken zu “H2-Kit zur Umrüstung von Verbrennungsmotoren

  1. @Joe
    “ < 20% Wirkungsgrad".
    Eigenkreation?
    Hätte ich schon gerne irgendwie belegt gesehen nicht nur so in den Raum gestellt.

    Verbrenner Systeme, sind etabliert und aus dieser marktbeherrschenden Stellung alleine mit „Öko-Slogans“ nicht zu vertreiben, eine Alternative muss sich der Verbraucher leisten können und es muss für einen Hersteller etwas daran zu verdienen sein. Einen Umbruch in der Mobilität ohne ökonomischen Rückhalt durchzusetzen ist unmöglich und zum Scheitern verurteilt.

    Die gesamte Infrastruktur in Deutschland/Europa/der ERDE (Von deren Herstellung (primär/sekundär) bis hin zum Tankstellennetz) ist auf Verbrennungsmotoren ausgelegt.
    Eine breite Umstellung auf rein Batterie-Elektrische Antriebssysteme würde diese ganze Infrastruktur ökonomisch völlig wertlos werden lassen und ad absurdum führen, keine Volkswirtschaft der Welt kann einen so erzwungenen Technologischen-Umbruch überstehen.

    Die einer „Maschinenbau-Nation“ wie Deutschland ohne adäquate Ressourcenvorkommen im Rücken die für diese Technologie ohne Zweifel nötig sind, erst recht nicht.

    BE-Antriebssysteme werden berechtigterweise und erfolgreich Nischen besetzen (haben diese ja teilweise schon), darüber hinaus sprich Massenmarkttechnisch aka Elon Musk mit Tesla z.B. wird es Wunschdenken bleiben.

    H² BSZ gespeisten Batterie Elektrischen-Antriebssystemen steht einer Koexistenz mit einem H²-Verbrenner nichts im Weg, gilt umgekehrt natürlich auch, eine Treibstoff Synergie, das Hauptargument, ist vorhanden, es bleiben systemspezifische Unterschiede bestehen, die sich ergänzen werden. Ähnlich wie bei „Diesel“ und „Benzin“ Verbrennern heute.

    Behält man den Verbrennungsprozess bei,
    ändert lediglich den Treibstoff und nachgeschaltet über einen wesentlich längeren Zeitraum die Her-/Bereitstellung des Treibstoffes H² hin zu einem „möglichst“ neutralen Kreislaufprozess.
    Wäre das meines Erachtens nach, der praktikabelste Weg, kein perfekter aber den gibt’s ohnehin nie.

    Ich bin Realist, „Dreck“, wird auch dabei immer übrigbleiben, das hier ist nicht das Paradies. Von geäußerten Wortlauten ala „… positive Ökobilanz…“ sollte die äußernde Person eigentlich sofort tot umfallen müssen! (Wunschdenken, meinerseits)
    Das höchste der Gefühle wäre das Erreichen einer Neutralität, und selbst dieser Zustand wird für uns noch lange/für immer, unerreichbar bleiben.

    Dem Keyou-Team, jedenfalls weiterhin viel Erfolg, Prototypen laufen ja bereits habe ich gesehen, SCR Kat. ist patentiert.
    Nur nichts versprechen was man als Unternehmen nicht halten kann.
    Gib schon genug „Green-Bubbles“ da draußen. Das wird die nächste große „Blase“ die an den Märkten platzen wird.

    Persönliche Anmerkung:
    Natürliche Kohlenwasserstoffverbindungen sind endlich (gespeicherte Energie, überwiegend von unserem Systemstern), der Sonne. Eigentlich hätten wir sie nicht anrühren, sondern so lassen sollen wie wir sie vorgefunden haben. In gebundener, völlig harmloser Form. Unsere Vorfahren, wir/ich haben es nicht getan und dafür wird bezahlt werden.

    • Na, Trivialitäten müssen eigentlich nicht belegt werden. Aber ich gebe Ihnen ein paar Anregungen:

      Dass ein Verbrennungsmotor die gern beworbenen „ca. 40% Wirkungsgrad “ nur im Bestpunkt erreicht, kann man einfach in den Muscheldiagrammen zum jeweiligen Motor ersehen. Dort kann man auch den Zusammenhang mit Drehzahl und Drehmoment herauslesen. Der Carnot-Wirkungsgrad setzt die theoretischen Obergrenzen.
      Bei Elektromotoren gibt es gesetzlich vorgeschriebene Effizienzklassen (ab einer bestimmten Leistung >90%) und für E-Autos eher >98%, Denn man wird sicher nicht die billigsten, ineffizientesten Motoren wählen …

      Dass der realistische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors um 20% liegt hängt einfach damit zusammen, dass der Motor fast nie im Idealpunkt arbeitet, sondern zu >90% im Teillastbetrieb. Da sind Leerlaufverluste und Kaltstarteigenschaften noch gar nicht betrachtet. Was bleibt, wenn ich die Autobahn ausklammere … ?

      Sie können auch anders herangehen und die praktischen Energieverbäuche von Fahrzeugen (bspw. über Spritmonitor.de) vergleichen:
      Tesla Model S: 20kWh/100km
      Audi A6 Benziner: >11l/100km = >90kWh/100km (8,5kWh/Liter)
      Audi A6 Diesel: > 8l/100km = > 80kWh/100km (10kWh/Liter)

      Wenn Ihnen Tesla nicht gefällt, nehmen Sie den Hyundai Ioniq …
      Das ändert sich auch nicht, wenn ich Wasserstoff als Treibstoff einsetze.
      Autos mit Verbrennungsmotor sind technisch gesehen fahrende Heizungen.

      Natürlich sind Verbrennermotore etabliert. Das war der Röhrenfernseher vor dem FlatScreen. Das Mobiltelefon auch, bevor das Smartphone kam. Und Fotoapparate vor der DigiCam …

      Die Umwälzung im Automobilsektor wird keineswegs so schnell vollzogen, denn die Nutzungsdauer beim Auto liegt ja bei >10Jahren.

      Bei H2 gibt es übrigens keinen „Kreislaufprozess“ – denn >95% wird aus fossilem Erdgas gewonnen. Das ist die preiswerteste Methode und trotzdem kostet 1kg H2 (noch befreit von der Energiesteuer) schon 9,50€ und reicht bei sparsamer Fahrt für max. 100km. Wie soll das wirtschaftlich werden, wenn H2 besteuert wird und alternative („grüne“) Verfahren 2-3fach teurer sind?
      Hydrolyse aus Wasser? Dann müssten Sie wenigsten die 7-8Liter reinstes Wasser auffangen, die je kg H2 auf die Straße plätschern (auch im Winter). Dann haben Sie neben dem Platzproblem im H2-BSZ-Kfz auch noch ein verschärftes Gewichtsproblem.

  2. Der Verbrennungsmotor, der außerhalb von Prüfstand und Autobahn einen Wirkungsgrad von <20% besitzt, soll mit teurem Wasserstoff am Leben erhalten werden? Die Logik erschließt sich mir nicht.

    Wenn sich schon das H2-BSZ-Auto wegen seiner Nachteile bisher nicht durchsetzen konnte, erscheint mir der H2-Verbrennungsmotor (erst Recht als nachträgliche Umrüstlösung) eher als Marketing-Gag. Mehr als 95% des H2 werden derzeit aus fossilem Erdgas gewonnen und ich würde also eher mit einer Nachrüstung auf direkten Erdgabetrieb Vorteile erzielen. Das Erdgas-Tankstellennetz ist auch lückenhaft, aber im Vergleich zu H2 ja fast üppig.

    Nichts gegen Forschung und Zukunftsentwicklung. Aber aus dem Interview lese ich eher heraus, dass da jemand sein wirtschaftliches Auskommen mit dem Projekt bestreitet.

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