Wasserstoff im Rennsport - Motor für die H2-Energiewelt

Schon bald könnten Wasserstoff betriebene Tourenwagen über die Nordschleife des Nürburgrings fahren. Vielleicht rast demnächst sogar Hans-Joachim Stuck in einem Brennstoffzellenauto unter der Zielflagge hindurch oder Michael Schumacher testet erste Rennboliden mit Gasturbinenantrieb. Einiges davon scheint Zukunftsmusik zu sein, doch der automobile Rennsport könnte einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie leisten. Dieses Ergebnis lieferten jetzt Untersuchungen von TÜV SÜD. "Voraussetzung dafür wäre die Schaffung einer eigenständigen Klasse bei den verschiedenen Veranstaltungen wie beispielsweise dem 24-Stunden-Rennen am Nürburgring", so Daniel Hielscher, bei TÜV SÜD Automotive zuständig für das Thema Wasserstoff im Rennsport.

Motorsport treibt Innovationen voran

Der Rennsport war schon immer Ausgangspunkt für Innovationen rund um Mobilität. Nahezu alle großen Automobilhersteller entwickeln Motoren oder Antriebskonzepte für Wasserstoff; BMW jagte beispielsweise den mit flüssigem Wasserstoff betankten zwölfzylindrigen H2R mit mehr als 300 Kilometern pro Stunde über die Hochgeschwindigkeitsstrecke im französischen Miramas. Nach Untersuchungen von TÜV SÜD könnten drei Antriebsprinzipien für Rennwagen Wasserstoff als Energieträger nutzen: die direkte Verbrennung in einem modifizierten Hub- oder Kreiskolbenmotor, die Energieumsetzung innerhalb einer Brennstoffzelle in Strom mit nachfolgendem Elektroantrieb oder eine kontinuierliche Verbrennung in einer Gasturbine. Beim Hubkolbenmotor sind unterschiedliche Ansätze möglich: Einige von ihnen bieten aufgrund Ihrer hohen Effizienz und Leistungsdichte ein hohes Potenzial für künftige, spritzige Fahrzeuge im Rennsport. Vor allem die Tieftemperatur-Direkt-Einblasung in einen Turbomotor verspricht außerordentlich gute Ergebnisse, während die bisher bei Prototypen eingesetzte äußere Gemischbildung im Saugrohr und ohne Turbovariante nur eine Leistungsdichte von gut einem Drittel eines konventionellen Ottomotors ermöglicht.

Brennstoffzellenautos für Langstreckenrennen

Brennstoffzellen als Antriebsaggregat erreichen die Dynamik von Rennmotoren derzeit noch längst nicht. Zwar stehen bereits sehr leistungsstarke Elektromotoren und Hochleistungskondensatoren für kurzzeitige Extrapower zur Verfügung, doch können diese noch nicht ausreichend mit Energie für längere Rennen versorgt werden, da bis heute das Verhältnis von Gewicht und Leistung dem anderer Rennsportkandidaten bei weitem nachsteht. Bislang fehlen leistungsstarke und spritzige Konzepte für den Rennsport. Allerdings könnten beispielsweise Einsätze von Brennstoffzellenautos bei Langstrecken-Rennen oder Reichweitenrekord-Veranstaltungen der Entwicklung dieser Antriebsvariante wichtige Impulse und entscheidenden Auftrieb geben. Sie wären hilfreiche Vorreiter für die im späteren breiten Flotteneinsatz gewichts- und lebensdaueroptimierten Brennstoffzellen-Fahrzeugen auf öffentlichen Straßen, so die TÜV SÜD-Experten.

Im Vergleich zum herkömmlichen Hubkolbenmotor bietet die mit Wasserstoff betriebene Gasturbine den großen Vorteil der nicht oszillierenden Massen. Die kontinuierliche Verbrennung macht dieses Aggregat theoretisch zu einem sehr wirtschaftlichen Antrieb. In puncto Gesamtwirtschaftlichkeit schneidet die Turbine allerdings derzeit noch schlecht ab. Denn außerhalb eines optimalen Arbeitsbereiches bei definierter Drehzahl und Last liegt der Treibstoffverbrauch sehr hoch. Abhilfe könnte deshalb eine Hybrid-Variante schaffen: die Verkettung von Turbine, Generator und E-Motor.

Auch den Bereich Sicherheit beleuchteten die Experten von TÜV SÜD. Unzählige Versuche wie Brandtests, Deformations-Tests oder der Beschuss mit Projektilen beweisen, dass einer Einführung des Wasserstoffs im Rennsport nichts im Wege steht. Bei der Kraftstoffspeicherung bieten sich verschiedene Varianten an, die alle ein hohes Maß an Sicherheit gewährleisten. Als am weitesten entwickelt gilt derzeit die Druckspeicherung von gasförmigem Wasserstoff bis zu 700 bar. Der Metallhydridspeicher bietet aufgrund seines niedrigen Druckniveaus ein deutlich geringeres Gefährdungspotenzial, ist allerdings wegen seines hohen Gewichts und anderen noch ungelösten Problemen derzeit zwar für die Straße, aber noch nicht für den Rennsport geeignet. Auch bietet die flüssig-tiefkalte Speicherung des Wasserstoffes eine sinnvolle Alternative. Hier können bezogen auf das Package und das Gewicht deutliche Vorteile im Speicherinhalt erzielt werden.

Ist Wasserstoff im Rennsport machbar?

Die Experten von TÜV SÜD Automotive betrachteten auch Varianten möglicher Wasserstoff-Reglements für den Rennsport: Von der Konstruktion des Fahrzeuges über die organisatorischen und technischen Maßnahmen im Rennsportumfeld über die nötigen Anforderungen an Rennveranstalter bis hin zu Aktions-Notfallplänen für Rettungskräfte und Streckenposten, wurden alle technischen Fragen betrachtet.

Für den Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff im Rennsport spielt neben der Sicherheit auch die Wirtschaftlichkeit eine maßgebliche Rolle. Damit Wasserstoff im Automobilsport Fuß fasst und damit auch ein wenig "sexy" wird, bedarf es eines intensiven Austausches von Experten. TÜV SÜD lädt darum alle an der Entwicklung einer Wasserstoff-Kette Beteiligten zum Gedankenaustausch während der "hydrogen.tech" ein. Der Veranstalter ist seit mehr als 20 Jahren in die Entwicklung von Wasserstoff-Fahrzeugen eingebunden und bietet darüber hinaus als Sicherheitsexperte und Prozesspartner ein breites Leistungsspektrum rund um das Thema Wasserstoff an.