How can hydrogen combustion engines contribute to realizing climate targets?: A high-level view on H2-ICE technologies

In this paper the role that hydrogen internal combustion engines (H2-ICE) can play in accelerating decarbonizing the society is discussed. For applications for which electrification is not an option, such as foreseen in heavy and long distant transport and in regions with limited charging infrastructure, the H2-ICE provides an attractive zero emission solution. Although hydrogen applications in transport have a lower energy efficiency than battery-electric vehicles, the lower efficiency is justified by many aspects that contribute to achieving the climate targets within an acceptable timeframe. In this work, it will be shown that all of the relevant H2-ICE technologies for heavy duty vehicles are compliant with the CO2 reduction targets and Zero Emission Vehicle (ZEV) definition proposed by the European Commission. The Well-to-Tank and Well-to-Wheel CO2 footprint of the HPDI H2-ICE is lower than for SI H2-ICE whenconsidering present-day and future EU electricity mix, even with the use of a carbon-based pilot fuel for HPDI. This paper also discusses several crucial prerequisites for successful upscaling and uptake of H2-ICE, such as increasing the intensity of hydrogen infrastructuretogether with the inclusion of the various H2-ICE technologies in legislation.
Deutsch:
In diesem Papier wird die Rolle erörtert, die Wasserstoffverbrennungsmotoren (H2-ICE) bei der Beschleunigung der Dekarbonisierung der Gesellschaft spielen können. Für Anwendungen, für die eine Elektrifizierung nicht in Frage kommt, wie z.B. im Schwerlast- und Langstreckentransport und in Regionen mit begrenzter Ladeinfrastruktur, bietet der H2ICE eine attraktive emissionsfreie Lösung. Obwohl Wasserstoffanwendungen im Verkehr eine geringere Energieeffizienz aufweisen als batterieelektrische Fahrzeuge, ist die geringere Effizienz durch viele Aspekte gerechtfertigt, die dazu beitragen, die Klimaziele innerhalb eines akzeptablen Zeitrahmens zu erreichen. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass alle relevanten H2ICE-Technologien für schwere Nutzfahrzeuge mit den CO2-Reduktionszielen und der von der Europäischen Kommission vorgeschlagenen Definition für Null-Emissions-Fahrzeuge (ZEV) übereinstimmen. Der Well-to-Tank- und Well-to-Wheel-CO2-Fußabdruck des HPDI-H2-ICE ist unter Berücksichtigung des heutigen und zukünftigen EU-Strommixes geringer als der des SI-H2-ICE, selbst bei Verwendung eines kohlenstoffbasierten Pilotkraftstoffs für HPDI. In diesem Papier werden auch mehrere entscheidende Voraussetzungen für eine erfolgreiche Ausweitung und Einführung von H2-ICE erörtert, wie z. B. die Erhöhung der Intensität der Wasserstoffinfrastruktur zusammen mit der Aufnahme der verschiedenen H2-ICE-Technologien in die Gesetzgebung.