Leistungsturbinen

​​​​​​​Luftbehandlung in Nutzfahrzeugen

• Die Luftbehandlung umfasst die Steuerung und Steuerung des Luftstroms in Motoren und Brennstoffzellensystemen. 
• Sie umfasst die Ansaugung von Luft, ihre Verdichtung und die Abgabe von Gasen. Bei Verbrennungsmotoren ist die Luftbehandlung entscheidend, um sicherzustellen, dass saubere Luft für die Kraftstoffverbrennung zur Verfügung steht, um die Leistung zu optimieren und die Emissionen zu kontrollieren.
• Bei PEM FC-Systemen hat sich die Architektur und Technologie der Luftbehandlung von Niederdrucksystemen zu Hochdruck-E-Kompressoren weiterentwickelt. Nun geht es in Richtung E-Turbos. 
• Getrieben werden diese Entwicklungen durch den Bedarf an einer effizienten Luftversorgung der Brennstoffzelle, die eine höhere Leistungsdichte und eine optimierte Systemeffizienz gewährleistet. 
• Bei PEM FC zieht die Luft (Sauerstoff) das Proton durch die PEM Membran, so dass das Elektron seine Arbeit verrichten kann. 
• Je mehr Luft bewegt wird, desto mehr Elektronen (Strom) werden erzeugt, was zu mehr Leistung führt. 

Evolution von Verbrennungsmotoren (ICE)

• Verbrennungsmotoren verbrennen Kraftstoff mit Luft im Inneren eines Motors, um Leistung zu erzeugen. 
• Bei diesem Verfahren werden Luft und Kraftstoff in eine Brennkammer gesaugt und das Gemisch komprimiert und gezündet, um eine Explosion zu erzeugen, die einen Kolben antreibt. 
• Diese Bewegung wird dann in Rotationskraft umgewandelt, die von Fahrzeugen bis hin zu Generatoren alles mit bemerkenswerter Effizienz antreibt. 
• Das System beruhte ursprünglich auf dem Zusammenspiel von Luft und fossilen Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel, umfasst nun aber auch alternative Kraftstoffe wie Biokraftstoffe, Ammoniak und Wasserstoff. 
• Die Verbrennungsmotortechnologie hat sich mit Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz, Emissionsreduzierung und der Umstellung auf erneuerbare Kraftstoffe weiterentwickelt. Die Suche nach saubereren Energiequellen erfordert jedoch weiterhin die Erforschung von Technologien wie der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEM FC).

Wie funktioniert ein PEM FC?

• Eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEM FC) erzeugt durch elektrochemische Reaktionen Strom.
• Wasserstoffgas wird der Anodenseite zugeführt, Sauerstoff
  der Kathodenseite.
• An der Anode werden Wasserstoffmoleküle in Protonen und Elektronen getrennt.
• Elektronen wandern durch einen externen Stromkreis und erzeugen Elektrizität.
• Protonen gelangen durch die Membran zur Kathode.
• An der Kathode vereinigen sich die Protonen wieder mit den Elektronen und reagieren
  mit Sauerstoff.
• Die einzigen Nebenprodukte sind Wasser und Wärme. 
• PEM-Brennstoffzellen ermöglichen den Langstrecken- und Schwerlastbetrieb
  mit schneller Betankung für Nutzfahrzeuge und gewährleisten so
  Effizienz und Zuverlässigkeit.

Vom ICE zum PEM FC: Die Evolution der Luftbehandlung

• Verbrennungsmotoren nutzen Abwärme aus Abgasen, während PEM FCs Hochgeschwindigkeits-Elektromotoren für die Luftbehandlung benötigen. Hochdruck-E-Kompressoren und E-Turbos wurden entwickelt, um Effizienz und Leistung zu verbessern.
• Bei Verbrennungsmotoren ist eine gewisse Ölverunreinigung jedoch akzeptabel, PEM FCs benötigen eine ölfreie Luftzufuhr, um eine Verschlechterung der Membran zu vermeiden.
• E-Turbos in PEM-Brennstoffzellen nutzen Abwärme, um die Motorgröße und die parasitäre Last zu reduzieren, wodurch Kraftstoffverbrauch und Leistungsdichte verbessert werden. E-Turbos verbessern auch die Höhenfähigkeit, indem sie Luft zuführen, wenn der Leistungsbedarf des Kompressors und das Energierückgewinnungspotenzial am höchsten sind.
• Trotz dieser Unterschiede bleibt die grundlegende Luftbehandlungsarchitektur in PEM FCs unverändert.