- Wirkungsgrad über 60 Prozent auf dem Prüfstand nachgewiesen
- Geschlossener Kreislauf aus Wasserstoff, Sauerstoff und Argon
- Zunächst für Schiffsantriebe, Lkw, Bau- und Landmaschinen gedacht
- Forschung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert
An der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg arbeitet ein Team um Prof. Dr.-Ing. Hermann Rottengruber vom Institut für Engineering von Produkten und Systemen (IEPS) an einem Motorkonzept, das den Wasserstoffantrieb grundlegend verändern könnte. Gemeinsam mit dem Forschungspartner WTZ Roßlau gGmbH haben die Ingenieure einen sogenannten Wasserstoff-Kreislaufmotor entwickelt und auf dem Motorprüfstand getestet. Das Ergebnis: Der Einzylinder-Versuchsmotor erreichte Wirkungsgrade von mehr als 60 Prozent bei gleichzeitig emissionsfreiem Betrieb. Gefördert wurde das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE).
Was unterscheidet den Kreislaufmotor von einem herkömmlichen Wasserstoffmotor?
Der entscheidende Unterschied liegt im geschlossenen System. Während ein konventioneller Verbrennungsmotor fortlaufend Luft ansaugt und Abgase ausstößt, bleibt beim Magdeburger Kreislaufmotor der größte Teil des Gasgemisches nach jedem Arbeitstakt im System. Die Gase werden abgekühlt, aufbereitet und dem Motor erneut zugeführt. Der bei der Reaktion entstehende Wasserstoff wird aus dem Kreislauf entfernt und verflüssigt. Dadurch zirkuliert das Arbeitsgas immer wieder durch den Motor, ohne dass konventionelle Abgase an die Umgebung gelangen.
Im Zentrum des Konzepts steht ein sorgfältig abgestimmtes Gemisch aus drei Gasen: Wasserstoff liefert die Energie, Sauerstoff ermöglicht die Verbrennungsreaktion, und Argon übernimmt die Funktion eines stabilen Trägergases. Das farb- und geruchlose Edelgas verbrennt selbst nicht und reagiert unter den vorgesehenen Bedingungen nicht mit Sauerstoff. Es schafft damit günstige thermodynamische Bedingungen für eine kontrollierte und effiziente Verbrennung. In der Fachwelt wird dieses Prinzip als Argon Power Cycle bezeichnet.
Wie hoch ist der Wirkungsgrad im Vergleich zu Diesel- und Benzinmotoren?
Der Magdeburger Kreislaufmotor hat auf dem Prüfstand Wirkungsgrade von über 60 Prozent erreicht. Zum Vergleich: Moderne Benzinmotoren arbeiten typischerweise mit einem thermischen Wirkungsgrad von 30 bis 40 Prozent. Dieselmotoren in Nutzfahrzeugen erreichen im besten Fall etwa 45 Prozent. Herkömmliche Wasserstoff-Verbrennungsmotoren mit offener Bauweise liegen nach bisherigen Erwartungen im Bereich von 40 bis 45 Prozent.
Damit stößt der Kreislaufmotor in einen Bereich vor, der bislang Wasserstoff-Brennstoffzellen vorbehalten war. Diese können bis zu 60 Prozent der im Wasserstoff gespeicherten Energie in nutzbare Elektrizität umwandeln, allerdings auf einem völlig anderen technischen Weg. Die Tatsache, dass ein Verbrennungsmotor ähnliche Werte erreicht, stellt nach Einschätzung der Forscher einen erheblichen technischen Fortschritt dar.
Für welche Einsatzgebiete ist der Motor gedacht?
Die Magdeburger Forscher sehen den Kreislaufmotor nicht im Pkw oder auf dem Motorrad, sondern in Anwendungen, in denen batterieelektrische Antriebe an ihre Grenzen stoßen. Prof. Rottengruber spricht dabei von Schiffsantrieben, Stromaggregaten, Traktoren, großen Bau- und Erntemaschinen, Radladern und Fernverkehrs-Lkw. „Gerade in Anwendungen, in denen Antriebe lange unter hoher Last arbeiten, robust sein müssen und große Leistungen bereitstellen sollen, könnte das Verfahren künftig an Bedeutung gewinnen“, erklärte er in der Pressemitteilung der Universität. In diesen Bereichen stießen batterieelektrische Konzepte häufig an Grenzen, etwa bei Gewicht, Reichweite, Ladezeiten und Ladeinfrastruktur.
Besonderes Interesse kommt laut Rottengruber bereits aus der Schifffahrtsbranche. „Führende Hersteller von Schiffsantrieben haben bereits großes Interesse signalisiert, denn gerade dort wächst der Druck, bis 2050 klimaneutrale Lösungen verfügbar zu machen.“
Welche wirtschaftlichen Vorteile bietet das geschlossene System?
Auch wirtschaftlich bewertet der Antriebsforscher das Konzept als vielversprechend. „Nach unserer Einschätzung kann das geschlossene System über realistische Betriebszeiten günstiger sein als ein offener Wasserstoff-Verbrennungsmotor“, so Rottengruber. Der Grund liegt unter anderem im Verzicht auf kostenintensive Abgasnachbehandlungssysteme. Da der Motor keine konventionellen Abgase ausstößt, entfallen teure Katalysatoren und Filtersysteme, die bei offenen Wasserstoffmotoren weiterhin notwendig wären. Die hohe Effizienz des Prozesses könnte den größeren technischen Aufwand der geschlossenen Bauweise über die Betriebsdauer kompensieren.
Welche technischen Probleme sind noch ungelöst?
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse räumt das Forschungsteam offen ein, dass noch erhebliche Herausforderungen bestehen. Die Leistungsdichte des bisherigen Konzepts ist begrenzt, weil während der Einspritzphase nur eine bestimmte Menge Wasserstoff in den Brennraum eingebracht werden kann. Zudem kann sich im geschlossenen Kreislauf Kohlendioxid anreichern, das durch die Verbrennung von Schmieröl entsteht. „Beides beeinflusst Wirkungsgrad und Motorleistung und muss bei der Weiterentwicklung berücksichtigt werden“, so Rottengruber.
Beide Faktoren dürften wesentlich darüber entscheiden, ob der Kreislaufmotor den Sprung vom Laborprototyp in die Serienanwendung schafft. Die Forscher haben den Motor in mehreren Varianten auf dem Prüfstand getestet und die Ergebnisse parallel durch Computersimulationen validiert. Eine konkrete Zeitleiste für eine Fahrzeuganwendung gibt es bislang nicht.
Was bedeutet das für Motorräder?
In der Motorradbranche hat der Kreislaufmotor derzeit keine direkte Anwendung. Doch die Frage, ob Wasserstoff-Verbrennungsmotoren eine Zukunft auf zwei Rädern haben, wird seit Jahren intensiv verfolgt. Die vier großen japanischen Hersteller Honda, Kawasaki, Suzuki und Yamaha haben 2023 die Forschungsvereinigung HySE (Hydrogen Small Mobility & Engine Technology) gegründet, um gemeinsam an Wasserstoff-Verbrennungsmotoren für kleine Fahrzeuge und Motorräder zu arbeiten.
Kawasaki hat das Thema am weitesten vorangetrieben. Im April 2025 absolvierte der Prototyp Ninja H2 HySE eine Demonstrationsfahrt auf dem Circuit de la Sarthe beim 24-Stunden-Rennen von Le Mans. Der Prototyp basiert auf dem aufgeladenen 998-cm³-Reihenvierzylinder der Ninja H2 und wurde für die Direkteinspritzung von Wasserstoff umgebaut. Kawasaki hat das Ziel ausgegeben, bis Anfang der 2030er Jahre ein serienreifes Wasserstoff-Motorrad auf den Markt zu bringen, wobei Zeitplan und Verfügbarkeit von der Wasserstoff-Tankinfrastruktur und den gesetzlichen Rahmenbedingungen abhängen sollen.
Auch Suzuki forscht eigenständig an der Technologie und hat einen Wasserstoff-Prototyp auf Basis des Burgman-Rollers entwickelt. Beide Konzepte nutzen allerdings offene Verbrennungssysteme, keine geschlossenen Kreisläufe wie den Magdeburger Ansatz.
Warum ist die Speicherung von Wasserstoff das größte Hindernis für Motorräder?
Selbst wenn der Wirkungsgrad eines Wasserstoffmotors die 60-Prozent-Marke übersteigt, bleibt die Speicherung von Wasserstoff das zentrale Problem für Zweiräder. Wasserstoff hat zwar eine hohe Energiedichte bezogen auf das Gewicht, benötigt aber extrem hohe Drücke oder kryogene Temperaturen, um in nutzbaren Mengen gespeichert zu werden. Die Energiemenge eines typischen 15-Liter-Benzintanks entspricht rund 50.000 Litern gasförmigem Wasserstoff bei Normaldruck oder etwa 58 Litern in flüssiger Form.
Kawasakis aktuelle Prototypen verwenden große, kofferartige Druckbehälter seitlich am Motorrad, was die Verpackungskompromisse deutlich macht. Ein höherer Motorwirkungsgrad beseitigt diese physikalischen Herausforderungen nicht, kann aber die benötigte Wasserstoffmenge für eine bestimmte Reichweite reduzieren. Wenn mehr Energie des Kraftstoffs tatsächlich in Antriebsleistung umgewandelt wird, könnten kleinere Tanks oder niedrigere Speicherdrücke eine vergleichbare Praxisreichweite ermöglichen. Das würde einige der Verpackungs- und Kostenbarrieren für Motorräder zumindest mildern.
Kawasaki Heavy Industries investiert in die gesamte Wasserstoff-Lieferkette
Parallel zur Motorradentwicklung investiert Kawasaki Heavy Industries (KHI) massiv in das, was der Konzern als vollständige „Hydrogen Road“-Strategie beschreibt. Das umfasst die gesamte Kette von der Produktion über die Verflüssigung und den Transport bis hin zur Speicherung und Endnutzung von Wasserstoff. KHI entwickelt unter anderem Transportschiffe für verflüssigten Wasserstoff bei kryogenen Temperaturen sowie Importterminals und Speicheranlagen. Verflüssigter Wasserstoff ist deutlich dichter als komprimiertes Gas und lässt sich effizienter in großen Mengen transportieren und lagern.
Für Motorräder ist eine flächendeckende Tankinfrastruktur entscheidend. Ohne zugängliche Wasserstofftankstellen bliebe auch der effizienteste Verbrennungsmotor im Alltag unpraktikabel. Der Magdeburger Kreislaufmotor verbessert die Effizienz auf der Motorseite erheblich, doch ohne parallele Fortschritte bei Produktion und Verteilung von Wasserstoff dürfte ein Serieneinsatz in Motorrädern noch weit entfernt sein.
Einordnung: Wo steht die Wasserstoff-Verbrennung im Technologiemix?
Der Magdeburger Kreislaufmotor ist ein Laborprototyp, und eine konkrete Zeitleiste für den Einsatz in Fahrzeugen gibt es nicht. Dennoch zeigt die Forschung, dass die Grenzen des Wasserstoff-Verbrennungsmotors noch nicht ausgereizt sind. Während die öffentliche Debatte häufig zwischen batterieelektrischen Antrieben und Brennstoffzellen polarisiert, demonstriert das Magdeburger Team, dass auch der Verbrennungsmotor mit Wasserstoff als Kraftstoff Wirkungsgrade erreichen kann, die bislang nur Brennstoffzellen zugetraut wurden.
Für die Motorradbranche bedeutet das zunächst keine unmittelbare Veränderung. Doch mit HySE, Kawasakis Wasserstoff-Programm und der nun demonstrierten Effizienz geschlossener Kreislaufsysteme bewegt sich die Entwicklung auf mehreren Ebenen gleichzeitig vorwärts. Die Frage ist nicht mehr nur, ob Wasserstoff-Verbrennungsmotoren effizient genug sein können, sondern ob Speicherung und Infrastruktur schnell genug nachziehen.
Häufige Fragen
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Wie funktioniert der Wasserstoff-Kreislaufmotor aus Magdeburg?
Der Motor arbeitet mit einem geschlossenen Kreislauf aus Wasserstoff, Sauerstoff und dem Edelgas Argon. Nach jedem Arbeitstakt bleibt das Gasgemisch im System, wird abgekühlt und wiederverwendet. Dadurch entstehen keine konventionellen Abgase, und der Wirkungsgrad liegt bei über 60 Prozent.
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Kann der Wasserstoff-Kreislaufmotor in Motorrädern eingesetzt werden?
Die Forscher der Universität Magdeburg sehen den Motor zunächst in Schiffsantrieben, Lkw, Bau- und Landmaschinen. Für Motorräder ist das Konzept derzeit nicht vorgesehen, da vor allem die Wasserstoffspeicherung auf kleinem Raum ein ungelöstes Problem darstellt.
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Welche Motorradhersteller arbeiten an Wasserstoff-Verbrennungsmotoren?
Honda, Kawasaki, Suzuki und Yamaha haben 2023 die Forschungsvereinigung HySE gegründet. Kawasaki hat bereits einen Prototyp auf Basis der Ninja H2 vorgestellt und plant ein serienreifes Wasserstoff-Motorrad bis Anfang der 2030er Jahre. Suzuki forscht parallel mit einem Wasserstoff-Burgman-Prototyp.
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Wie viel Wasserstoff braucht ein Motorrad für die gleiche Reichweite wie Benzin?
Die Energiemenge eines typischen 15-Liter-Benzintanks entspricht rund 50.000 Litern gasförmigem Wasserstoff bei Normaldruck oder etwa 58 Litern in flüssiger Form. Ein höherer Motorwirkungsgrad reduziert den Bedarf, beseitigt das Speicherproblem aber nicht grundsätzlich.
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Was ist der Unterschied zwischen Wasserstoff-Verbrennung und Brennstoffzelle?
Ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor verbrennt den Wasserstoff direkt und erzeugt mechanische Antriebskraft. Eine Brennstoffzelle wandelt Wasserstoff chemisch in Elektrizität um, die dann einen Elektromotor antreibt. Beide Systeme stoßen im Betrieb kein CO₂ aus, unterscheiden sich aber in Aufbau, Fahrgefühl und technischer Komplexität erheblich.
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