Gibt es noch Entwicklungsperspektiven für Wasserstoff-Verbrennungsmotoren, angesichts der Konkurrenz durch batterieelektrische Fahrzeuge, Hybridantriebe und Brennstoffzellen?

Wie Huaxia Energy Network & Huaxia Hydrogen Energy erfahren haben, haben kürzlich der selbstentwickelte schwere Wasserstoff-Verbrennungsmotor WP15 mit Direkteinspritzung von Weichai Power (SH: 000338) und der schwere Wasserstoff-Verbrennungsmotor CA6HV3 von FAW Jiefang jeweils die Umweltemissionszertifizierungsprüfung bestanden.

Laut Weichai Power handelt es sich hierbei um das weltweit erste Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Produkt, das die Vorschriften der Stufe „China VI“ erfüllt. FAW Jiefang erklärte, dass dies das erste „doppelt null Emissionen“ Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Produkt der Branche ist.

Ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor ist ein Verbrennungsmotor, der mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben wird. Sein Funktionsprinzip ähnelt dem herkömmlicher Benzinmotoren, und er erzeugt Antriebskraft durch die Verbrennung von Wasserstoff. Zusammen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen gehört er zu den wichtigen Technologien für die Nutzung von Wasserstoffenergie.

Obwohl die Forschung an Wasserstoff-Verbrennungsmotoren etwa 30 Jahre früher begann als die an Wasserstoff-Brennstoffzellen, konnte sie aufgrund von Mängeln bei Verbrennungsgeschwindigkeit, thermischem Wirkungsgrad und Speicherung lange Zeit nicht aus dem Labor herauskommen. Ihre Entwicklung liegt hinter der der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie zurück, ganz zu schweigen von Technologien wie reiner Elektroantrieb und Hybridantrieb im Bereich neuer Energiefahrzeuge.

In den letzten Jahren haben namhafte Unternehmen der Branche wie Kawasaki, Toyota, Weichai und Guangxi Yuchai ihre Forschung an Wasserstoff-Verbrennungsmotoren intensiviert, da die globale Energiewende beschleunigt voranschreitet und Wasserstoffenergie große Aufmerksamkeit erhält. Die Zertifizierung der Wasserstoff-Verbrennungsmotoren von Weichai Power und FAW Jiefang ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren.

Wasserstoff-Verbrennungsmotoren haben deutliche Vorteile

Dass Wasserstoff-Verbrennungsmotoren in den letzten Jahren wieder an Bedeutung gewonnen haben, liegt vor allem an ihren sauberen und umweltfreundlichen Eigenschaften.

Erstens verbrennen Wasserstoff-Verbrennungsmotoren Wasserstoff, und das Produkt der chemischen Reaktion ist Wasser. Sie erzeugen kein Kohlendioxid, das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, und tragen direkt zur Eindämmung der globalen Erwärmung bei.

Zweitens erreichen Wasserstoff-Verbrennungsmotoren neben der fehlenden Kohlenstoffemission auch eine „nahezu null Schadstoffemission“. Durch Kerntechnologien wie die „mager Verbrennung“ können sie die Emissionen von Stickoxiden auf ein extrem niedriges Niveau senken. Am Beispiel von FAW Jiefangs CA6HV3: Seine Stickoxidemissionen betragen nur 5 % des Grenzwerts der Stufe „China VI“.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass Wasserstoff-Verbrennungsmotoren mehr als 80 % der Komponenten und der Produktionsketten herkömmlicher Verbrennungsmotoren weiterverwenden können. Dies senkt nicht nur die durch den Aufbau neuer Produktionslinien verursachten Kohlenstoffemissionen erheblich, sondern auch die Kosten für die Umrüstung von Produktionslinien sowie die nachfolgenden Wartungs- und Instandhaltungskosten.

Darüber hinaus können Wasserstoff-Verbrennungsmotoren aus Sicht der gesamten Industriekette auch industriellen Nebenprodukt-Wasserstoff nutzen. Da sie keine hohen Anforderungen an die Reinheit des Wasserstoffs stellen, können sie den ansonsten verschwendeten Wasserstoff „zu Nutzen bringen“, um Strom zu erzeugen, und so einen doppelten Vorteil aus Emissionsminderung und Energienutzung erzielen.

Auch die zunehmende politische Unterstützung treibt die Entwicklung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren voran.

Anfang März dieses Jahres wurden die „Kriterien für die finanzielle Unterstützung bei Pilotprojekten zur umfassenden Anwendung von Wasserstoffenergie“ veröffentlicht. Das Dokument erwähnt, dass für die Verbreitung und Anwendung von wasserstoffbetriebenen Schienenfahrzeugen, Schiffen, Bergbaufahrzeugen, Gabelstaplern, Zweirädern, Luftfahrzeugen, Notstromversorgungen, Kraft-Wärme-Kopplung und Wasserstoffspeicher-Stromerzeugung, die den technischen Anforderungen entsprechen, während der Pilotphase Belohnungspunkte berechnet werden, basierend auf der Nennleistung des Antriebssystems (Brennstoffzellensystem, Wasserstoff-Verbrennungsmotor, Wasserstoffturbine usw.).

Im April veröffentlichten das Ministerium für Ökologie und Umwelt zusammen mit der Staatlichen Verwaltung für Marktregulierung eine Änderungsverordnung zu den „Grenzwerten und Messverfahren für Schadstoffemissionen von schweren Diesel-Fahrzeugen (Chinesische Stufe VI)“, wodurch Wasserstoff-Verbrennungsmotoren offiziell in das Normensystem aufgenommen wurden. Das bedeutet, dass Wasserstoff-Verbrennungsmotoren eine „Geburtsurkunde“ erhalten haben.

Breite Anwendungsbereiche, aber noch in der technischen Validierung

Obwohl Wasserstoff-Verbrennungsmotoren ein starkes Entwicklungspotenzial gezeigt haben, liegt noch ein langer Weg vor ihnen bis zur praktischen Anwendung. Aus Sicht der Anwendungsbereiche gibt es hauptsächlich drei große Kategorien, die sich derzeit jedoch größtenteils noch in der Phase der technischen Validierung befinden.

Erstens der Bereich mittlerer und schwerer Nutzfahrzeuge. Bereits 2024 hat Weichai Power gemeinsam mit Sinotruk das erste kommerzielle schwere Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Lkw Huanghe X7 in China vorgestellt. Qingling Group hat im Mai 2026 weltweit erstmals einen schweren Reichweitenverlängerer-Lkw mit Wasserstoff-Verbrennungsmotor vorgestellt. Kürzlich hat der FAW Jiefang „Xingyi“ J6V 49 Tonnen Sattelzug eine Zuverlässigkeitsvalidierung von über 100.000 Kilometern abgeschlossen, die reale Betriebsbedingungen wie Fernverkehr, schweres Bergauffahren, hohe Temperaturen und extreme Kälte sowie häufiges Starten und Stoppen abdeckte.

Der zweite große Anwendungsbereich ist die Stromerzeugung. Das Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Stromaggregat von Weichai Power hat in China erstmals einen stabilen netzgekoppelten Betrieb mit reiner Wasserstoff-Stromerzeugung erreicht. Es wurde im Demonstrationsprojekt für Mikronetze von Wuxi Huaguang Environment & Energy implementiert, wobei der zugehörige Wasserstoff-Verbrennungsmotor WP13 die Drehzahlschwankungen präzise auf ±3 U/min kontrolliert. In Hubei wurde das erste in China entwickelte Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Stromaggregat einer chinesischen Marke für kommerzielle Demonstrationszwecke in Betrieb genommen, mit einer Leistung von 350 Kilowatt und einem Wirkungsgrad von 44 %. Das weltweit erste Projekt zur Massenstromerzeugung mit Wasserstoff-Verbrennungsmotoren – das Demonstrationsprojekt für Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Stromerzeugung von Zhongguancun Deutz in Yizhuang, Peking – wurde am 11. September 2024 offiziell in Betrieb genommen.

Das Mikronetz-Demonstrationsprojekt von Weichai Power in Wuxi Huaguang Environment & Energy

Drittens der Bereich Schiffe und Baumaschinen. Das weltweit erste Demonstrationsschiff „Hydrogen No.1“ mit dem Antriebssystem „Wasserstoff-Verbrennungsmotor + organische Flüssigspeicherung von Wasserstoff“, das von Huacanke Marine Technology (Shanghai) Co., Ltd. entwickelt wurde, begann 2026 mit dem Bau und soll Ende 2026 zu Probefahrten ins Wasser gelassen werden. Die Wasserstoff-Verbrennungsmotoren von Guangxi Yuchai werden bereits in Bereichen wie Fernsattelzügen und Hafen-Kipper-Lkw demonstriert. Bei Spezialfahrzeugen ist ein Sprengwagen mit einem Wasserstoff-Verbrennungsmotor von Guangxi Yuchai in Cangzhou, Provinz Hebei, offiziell in Betrieb gegangen.

Huaxia Energy Network stellt fest, dass die technische Validierung in diesen großen Anwendungsbereichen im Wesentlichen abgeschlossen ist, aber die kommerziellen Bestellungen noch nicht massiv angestiegen sind. Dies steht in deutlichem Gegensatz zum aktuellen Zustand von Wasserstoff-Brennstoffzellen, die „Bestellungen, Lieferungen und Betrieb“ aufweisen.

Die Massenanwendung steht vor drei Herausforderungen

Bislang gibt es noch keine großen kommerziellen Lieferaufträge für Wasserstoff-Verbrennungsmotor-Produkte, was auch das Vertrauen der Branche beeinträchtigt.

Am Beispiel der wasserstoffbetriebenen schweren Lkw im Nutzfahrzeugbereich, der die schnellste kommerzielle Entwicklung aufweist: Weichai Power hat bislang keine genaue Anzahl und Summe der Bestellungen offengelegt. Am 1. Juli dieses Jahres unterzeichneten FAW Jiefang und Guangdong Yuntuo Hydrogen Energy Technology Co., Ltd. ein strategisches Kooperationsabkommen, das die Massenvermarktung und praktische Anwendung von 3000 wasserstoffbetriebenen schweren Lkw vorsieht – aber wann dies umgesetzt wird, ist noch ungewiss.

Huaxia Energy Network stellt fest, dass hinter der langsamen Massenanwendung drei Einschränkungen für die kommerzielle Nutzung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren stehen.

Erstens ist für die echte „Netto-Null-Emission“ an der Quelle die Verwendung von grünem Wasserstoff erforderlich. Die Kosten für Herstellung, Speicherung und Transport von grünem Wasserstoff sind jedoch nach wie vor hoch. Selbst wenn Wasserstoff-Verbrennungsmotoren geringere Anforderungen an die Reinheit des Wasserstoffs stellen als Brennstoffzellen, sind die Kraftstoffkosten das größte Hindernis für die Massenanwendung.

Zweitens ist die Infrastruktur zum Wasserstoffbetanken stark unzureichend. Schwere Lkw auf Fernstrecken und Schiffe auf Wasserwegen benötigen ein ausreichendes Netz von Wasserstofftankstellen entlang der Route. Derzeit gibt es landesweit nur wenige hundert Wasserstofftankstellen, die zudem stark auf wenige Demonstrationsstädte konzentriert sind.

Drittens sind die technischen Mängel der Wasserstoff-Verbrennungsmotoren selbst noch nicht vollständig behoben. Probleme wie Rückzündung, Klopfen und Frühzündung sind nach wie vor hartnäckige Probleme der Branche, und der thermische Wirkungsgrad weist im Vergleich zu Brennstoffzellen noch eine gewisse Lücke auf. Wie bekannt ist, erreicht der maximale thermische Wirkungsgrad von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren derzeit 46,8 %, während Wasserstoff-Brennstoffzellen bis zu 60 % erreichen.

Diese drei Einschränkungen – Kosten, Infrastruktur und Technik – behindern sich gegenseitig. Wenn ein Glied in der Kette blockiert, ist die Massenvermarktung von Wasserstoff-Verbrennungsmotoren schwer zu realisieren.