Swissrail Industry Association / Wed 23.11.2022

Wasserstoff-Powerpacks für Schienenfahrzeuge

Molinari Rail, HyCentA Research und die TU Graz widmen sich im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojektes der umwelttechnischen Umrüstung von Dieseltriebzügen. Um bestehende Fahrzeuge in Zukunft ökologisch nachhaltig zu betreiben, evaluiert ein interdisziplinäres Team ein innovatives System, das auf Wasserstoff-Technologie basiert.

Um die EU-Klimaziele zu erreichen, müssen auch auf nicht-elektrifizierten Strecken nachhaltige Antriebslösungen her. Trotz ambitionierter Investitionen in die Dekarbonisierung des öffentlichen Nahverkehres wird z.B. in Österreich und Deutschland ein wesentlicher Anteil an Neben- und Regionalstrecken verbleiben, deren Elektrifizierung sich in den nächsten Jahren nicht lohnt. Eine grosse Bestandsflotte an jüngeren Dieseltriebzügen soll daher dekarbonisiert in Betrieb gehalten werden.

Als Motivation für das Forschungsprojekt gilt die Einsparung des Dieselverbrauchs der ÖBB Baureihe 5022 mit 60 Triebzügen. Mit einem Verbrauch von 960 000 Liter Diesel könnten im Jahr 2’500 Tonnen CO2 eingespart werden.

H2-Niederdruckspeicher
Molinari Rail, HyCentA Research und das Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik (IVT) der TU Graz entwickeln auf Basis der Baureihe 5022 eine Systemlösung, die den Umbau eines bestehenden Dieselmotors in einen H2-Verbrennungsmotor inkl. Integration in bestehende Powerpacks vorsieht. Neben den neuen H2-Niederdrucktanks, welche die Dieseltanks ersetzen, werden neue Tankmodule für den Dachbereich konzipiert.

Für die Speicherung am Zug wird ein H2-Niederdruckspeicher mit Metallhydridlegierung entwickelt. Mit einem Thermomanagementsystem ist diese Lösung sowohl zur stationären (Containerbauform) als auch zur mobilen Anwendung (Tankmodul für Schienenfahrzeuge) geeignet. Beim Projekt werden auch andere Ansätze für alternative Speichertechnologien verfolgt, umgesetzt und bewertet.

H2-Verbrennungsmotor
Kernstück ist die Entwicklung eines H2-Verbrennungsmotors auf Basis eines Powerpack-Dieselmotors mit adaptierter Motorsteuerung. Das Ziel: Die Leistungsdaten und Effizienz eines Basis-Dieselmotors beizubehalten, die Emissionen auf Nullniveau zu reduzieren bzw. eine Abgasnachbehandlung zu berücksichtigen und die Materialwahl anzupassen (Stichwort H2-Versprödung).

Bei der Umrüstung werden mögliche Optionen hinsichtlich Motoranpassung untersucht. Dies betrifft Komponenten bzw. Parameter wie die Kraftstoffzufuhr zum Motor und in den Brennraum, Ansaugsystem, Zündsystem, Kolben und Verdichtungsverhältnis, Aufladesystem, Motorsteuerung und Abgasnachbehandlung.

In einem weiteren Schritt soll die Umsetzung am realen Motor auf einem entsprechend den Sicherheitsanforderungen ausgestatteten H2-Motor-Prüfstand erfolgen. Dabei werden mögliche H2-leckagen überwacht, ein Lüftungssystem mit hohen Luftwechselzahlen und eine entsprechende Sicherheitsmatrix getestet. Eine Vielzahl an zusätzlichen Tests und Simulationen stehen an.

Grosser Bedarf
Molinari Rail übernimmt die Gesamtprojektleitung und die Systemintegration in die Fahrzeuge. Sowohl der Niederdruckspeicher als auch der Verbrennungsmotor münden in die Entwicklung einer Systemlösung für H2-Powerpacks zur Integration in bestehende, aber auch neue Dieseltriebzüge. Gemäss Molinari Rail existiert in Europa ein Markt von rund 8’000 Diesel-Powerpacks, die einer solchen Systemlösung bedürfen.

Address
  • Swissrail Industry Association
  • Taubenstrasse 32
  • CH-3011 Bern

Show the map

Keep up-to-date

With our press review of the international rail world – 2x per week