HydroPoLEn - Hydrogen powered large engine

Abstract

Im Verbundprojekt HydroPoLEn (Hydrogen Powered Large Engine) wurden technologische Grundlagen für den Einsatz von Wasserstoff in mittelschnelllaufenden Großmotoren für maritime Anwendungen entwickelt, bewertet und experimentell validiert. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung leistungsdichter und effizienter Wasserstoffmotorenkonzepte mit einem effektiven Mitteldruck von mindestens 20 bar und Wirkungsgraden von über 45 % als Grundlage für zukünftige emissionsfreie Schiffsantriebe. Im Projekt wurden sowohl Mono-Fuel- als auch Dual-Fuel-Konzepte untersucht. Schwerpunkte lagen auf der Entwicklung eines Wasserstoff-Direkteinblasesystems (LPDI), der Optimierung von Zündsystemen, der Erweiterung validierter Simulationsmethoden sowie auf der Analyse tribologischer Fragestellungen im Kolbenring-Buchsen-System. Hierfür wurden umfangreiche Prüfstandsversuche, CFD- und FEM-Simulationen sowie neuartige Messtechniken zur Erfassung von Ringdynamik, Temperaturen und Druckverläufen eingesetzt. Die Untersuchungen zeigten, dass ein stabiler Wasserstoffbetrieb mit hohen Leistungsdichten grundsätzlich möglich ist. Besonders das LPDI-Konzept erwies sich als vielversprechender Ansatz zur Vermeidung von Rückzündungen und zur Erreichung hoher Lasten. Gleichzeitig wurden zentrale Herausforderungen identifiziert, insbesondere hinsichtlich Gemischbildung, Verbrennungsanomalien, Öltransport, Materialbeanspruchung und Systemintegration. Ergänzend wurden Lösungen für Motorregelung, Sicherheitskonzepte, Abgasnachbehandlung und die Integration in maritime Anwendungen entwickelt und bewertet. Die Ergebnisse bestätigen das große Potenzial wasserstoffbetriebener Verbrennungsmotoren als klimaneutrale Antriebstechnologie für die Schifffahrt und liefern eine belastbare Grundlage für die industrielle Weiterentwicklung sowie die zukünftige Umsetzung in Vollmotor- und Schiffssystemen.