7 Schmierstoff + Schmierung · 7. Jahrgang · 2/ 2026 FacHartikEl CO 2 -neutrale Mobilität - Herausforderungen an Motorenöle für den Einsatz in Wasserstoffmotoren bei Off-Highway-Anwendungen Markus Winkler und Felix Georgi Die DEUTZ AG hat sich in den letzten Jahren vom Hersteller klassischer Antriebe zum Systemanbieter innovativer und nachhaltiger Mobilitäts- und Energielösungen entwickelt. 1864 gegründet gilt das bis heute in Köln ansässige Unternehmen als älteste Motorenfabrik der Welt. Kern der Geschäftstätigkeit ist weiterhin die Entwicklung, Produktion und Vermarktung leistungsstarker Antriebssysteme für Off-Highway-Anwendungen, ergänzt durch alternative Antriebslösungen sowie dezentrale Energie- und Stromerzeugungssysteme, mit denen DEUTZ zur Transformation der Mobilitäts- und Energieversorgung beiträgt. DEUTZ-Lösungen kommen unter anderem in Bau- und Landmaschinen, Material-Handling-Anwendungen wie Gabelstaplern oder Hebebühnen, stationären Anlagen wie Stromerzeugungsaggregaten sowie Nutz- und Schienenfahrzeugen zum Einsatz. Ein umfassendes Serviceangebot, das sich von der Wartung und Reparatur über den Ersatzteilehandel bis hin zum Remanufacturing erstreckt und durch digitale, datenbasierte Services kontinuierlich erweitert wird, komplettiert das breit aufgestellte Produktportfolio. Mit rund 1.000 Vertriebs- und Servicestandorten in über 120 Ländern bietet DEUTZ seinen Kunden damit ein integriertes Angebot aus einer Hand. Dipl.-Ing. (FH) Markus Winkler Nach seinem Studium des Chemieingenieurwesens an der Hochschule Niederrhein in Krefeld ist er seit 1996 bei DEUTZ im Bereich Forschung & Entwicklung tätig. Heute ist er als Betriebsstoffreferent für Motorenöle, Kraftstoffe, alternative Kraftstoffe sowie Wasserstoff verantwortlich. M. Sc. Felix Georgi Nach Beendigung seines Master- Studiums der Materialwissenschaften an der Hochschule Bonn-Rheinbach-Sieg im Jahr 2022 ist er bei DEUTZ in der Forschung & Entwicklung tätig. Dort bearbeitet er Projekte im Bereich der Abteilung „Abgasnachbehandlung und Betriebsstoffe“. Schmierstoff + Schmierung · 7. Jahrgang · 2/ 2026 8 Fachartikel | CO2-neutrale Mobilität Ein geeigneter Ansatz zur Einsparung von CO 2 ist die Verwendung von Wasserstoff in verbrennungsmotorischen Applikationen, deren Entwicklung seit 2019 in verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten bei DEUTZ intensiviert wurde. Hier sind insbesondere die Projekte H2-MAM und HyCet zu nennen. [1] [2] Ein bedeutender Meilenstein war die Zertifizierung und Einführung des wasserstoff betriebenen Motors TCG 7.8 H₂ für stationäre und mobile Off- Highway-Anwendungen im Jahr 2025. [3] Spezifikationen des TCG 7.8 H2 Zylinder Reihensechszylinder Hubraum 7.755 l Bohrung/ Hub 110 / 136 mm Max. Leistung 220 kW @ 2,200 U/ min Max. Dreh moment 1000 Nm (1400-1600 U/ min) H 2 -Einspritzung Port Fuel Injection Verbrauch ~ 19 kg/ h bei max. Leistung (~ 12 kg/ h Stromgenerator) H 2 -Qualität min. 98 % oder höher (ISO 14687) Zertifizierung EU Stufe V | CO 2 -emissionsfrei ( max. 1 g CO 2 / kWh) [4] Tabelle 1 Spezifikationen des TCG 7.8 H2 Mit der Entwicklung von Wasserstoffmotoren (engl. „H2-ICE“) verfolgt DEUTZ das Ziel, CO₂-freie Antriebslösungen für Einsatzbereiche bereitzustellen, in denen batterieelektrische Systeme aufgrund hoher Leistungsanforderungen, langer Betriebszeiten oder infrastruktureller Einschränkungen aktuell noch begrenzt geeignet sind. Gleichzeitig ermöglicht diese Technologie die weitgehende Nutzung bestehender Motorenarchitekturen, Produktionsanlagen und Wartungsstrukturen. Damit positioniert sich DEUTZ als Technologieanbieter für eine klimaneutrale Transformation der Antriebstechnik unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und industrieller Realisierbarkeit. Schmierstoffe für Wasserstoffmotoren Der Einsatz von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren stellt Motorenöle vor besondere tribologische und chemische Herausforderungen. Die Entwicklung und Abstimmung eines geeigneten Brennverfahrens und die gleichzeitige Erprobung von speziell ausgelegten Komponenten müssen parallel zu der Abstimmung auf geeignete motorische Schmierstoffe betrachtet werden. In der nachfolgenden Abbildung 1 sind die wesentlichen Herausforderungen an das Motorenöl abgebildet. Wassereintrag und Emulsionsbildung Die Wasserstoffverbrennung über die Knallgasreaktion (2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O + Energie) führt stöchiometrisch zu einer nahezu vollständigen Umwandlung des Brennstoffs in Wasserdampf. Ein Teil dieses Wasserdampfes kann - insbesondere im Kaltstartbetrieb, bei Teillast oder bei häufigem Kurzstreckenbetrieb - kondensieren und in das Öl gelangen. Dies birgt das Risiko einer Emulsionsbildung, welche sich zunächst als milchige „Mayonnaise“ oder in weiterer Folge als hochviskose, gelartige Masse im Ölabscheider, Ventildeckel oder Kurbelgehäuse finden lässt. Die Ablagerung dieser „Mayonnaise“, die teilweise auch als Weißschaum bezeichnet wird, findet vor allem an thermisch kalten Stellen statt (vgl. Abbildung 2). Diese Emulsionsbildung beeinträchtigt unter anderem die hydrodynamische Schmierung, verschlechtert die Filtrierbarkeit und kann die Funktion dispersiver Additive erheblich reduzieren. Konstruktive Optimierungen seitens DEUTZ konnten das Problem weitgehend eliminieren. Applikation des TCG 7.8 H2 in einer Baumaschine (H2-MAM) 9 Schmierstoff + Schmierung · 7. Jahrgang · 2/ 2026 Fachartikel-|-CO2-neutrale Mobilität Korrosion und Werkstoffverträglichkeit Der erhöhte Wassergehalt begünstigt zudem oxidative Prozesse durch den Abbau von Antioxidantien. Dadurch steigt das Risiko von Korrosionseffekten auf Lagern, Lauf buchsen und metallischen Oberflächen insbesondere nach längeren Stillstandzeiten (vgl. Abbildung 3). Darüber hinaus ist die Auslegung motorischer Komponenten für den Einsatz von Wasserstoff in vielerlei Hinsicht herausfordernd. Metallische Werkstoffe sind anfällig für Versprödungsprozesse, welche auftreten, wenn sich atomarer Wasserstoff bei geeigneten Temperaturen und Drücken auf Oberflächen anlagern und in die Gefügestruktur dissoziieren kann. [5] Klassischerweise sind insbesondere Versprödungsprozesse in hochfesten, martensitischen Stählen durch das atomare Eindringen von Wasserstoff in die Gitterstruktur und dem dortigen Rekombinieren zu atomarem Wasserstoff mit einhergehendem Druckspannungen ein Problem. Hier kann vor allem durch die Wahl von austenitischen Stählen und solchen mit geeignetem Nickelgehalt eine konstruktive Barriere gegen die wasserstoff bedingte Versprödung geschaffen werden. [6] Abb. 1 Herausforderungen an Öle für Wasserstoffmotoren Abb. 2: Ausbildung von Weißschaum Schmierstoff + Schmierung · 7. Jahrgang · 2/ 2026 10 Fachartikel | CO2-neutrale Mobilität Als Kontaktfläche zwischen metallischen Werkstoffen und Ölen sind im besonderen Maße Zylinderwandung und -lauf bahnen betroffen. Dort muss ein starker Grenzschmierschutz vorhanden sein, weshalb vor allem Öle mit sehr gutem Anti-Wear-Vermögen genutzt werden sollten. Gegenstand aktueller Forschungen sind darüber hinaus der Einfluss von Sauerstoff auf Versprödungsprozesse und die Ölformulierungen. Oxidation und Abbau basischer Additive Die klassischen Dispersionsherausforderungen an Motorenöle, wie sie aus dem Bereich der Heavy Duty- Dieselmotoren bekannt sind, treten bei der rußfreien Verbrennung von Dieselmotoren in den Hintergrund. Beeinträchtigungen können durch die gleichzeitig erhöhten Temperaturen bei hoher Verfügbarkeit von Sauerstoff auftreten. Hierdurch wird der Verbrauch von Oxidationsinhibitoren beschleunigt und es kann zu einem verfrühten Absinken des i-pH-Wertes kommen. Obwohl die Säurebildung geringer ist als bei Dieselmotoren, kann man bei Ölanalysen über die Motorenlaufzeit oft einen signifikanten Abfall der Basenzahl (TBN) beobachten. Ursache dafür ist der hohe Verbrauch alkalischer Additive, die zur Neutralisierung wasserbedingter Korrosion an Metalloberflächen benötigt werden. Davon sind Lager, Ventiltrieb und Stillstandflächen besonders betroffen, zu dessen Schutz leistungsfähigere Korrosionsinhibitoren erforderlich sind. Diesen Einflüssen lässt sich durch optimierte Ölformulierungen und Wahl geeigneter Ölwechselintervalle effektiv entgegenwirken. Ölwechselintervalle Für Heavy-Duty-Wasserstoffmotoren werden Ölwechselintervalle wie bei vergleichbaren Dieselmotoren angestrebt (500/ 1000 Bh), um sowohl Servicekosten als auch Ausfallzeiten zu minimieren. Gleichzeitig können Wassereintrag, oxidative Alterung und Additivabbau zu einer potenziell verkürzten Ölstandzeit führen. Daraus ergibt sich ein Zielkonflikt zwischen Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit. Vorentflammung und Ablagerungsbildung Wasserstoff zeichnet sich vor allem durch eine sehr niedrige Mindestzündenergie aus und ist somit prädestiniert für das Erzeugen von Vorentflammungsevents, welche vermehrt bei niedrigen Drehzahlen und hoher Last auftreten können (LSPI). Einem ersten Vorentflammungsevent, ausgelöst durch unkontrolliert in den Brennraum gelangende Öltropfen, folgen weitere geringfügigere Vorentflammungen. Diese Events werden vor allem durch die heißen Verbrennungsrückstände des ursprünglichen Öltropfens ausgelöst. Der initiale Eintrag kann durch verschiedene Quellen, beispielsweise vom Turbolader, den Zylinder-Linern oder der Kurbelgehäuseentlüftung erfolgen. Bei der Kontrolle von Vorentflammung ist es hilfreich, Öle zu nutzen, die durch Abb. 3 Korrosion nach motorischem Testbetrieb und nachfolgender Lagerung des Motors Wasserstoffmotor TCG 7.8 H2 Fachartikel-|-CO2-neutrale Mobilität entsprechende Additivpakete der initialen Entzündung der Tropfen entgegenwirken. Aus entsprechender Fachliteratur ist bekannt, dass die gezielte Reduktion und Anpassung metallorganischer Additive das Risiko für Vorentflammungsevents minimiert. Zusätzlich können Basisöle in Kombination mit VI-Verbesserern Einfluss auf die Art und Anzahl der Vorentflammungsevents haben. Entsprechend wurden im ersten Entwicklungsschritt bei der DEUTZ AG aschearme Öle (engl. Low- SAPS) mit höchsten Performancefreigaben bei den motorischen Untersuchungen eingesetzt (DEUTZ DQC IV-18 LA). [7] [8] Abgasnachbehandlung, Emissionen und EAT-Verträglichkeit Wasserstoff, als kohlenstofffreier Kraftstoff, bietet das Potenzial für einen „emissionsfreien“ Motor, da kohlenstoff basierte Verbrennungs-Emissionen (CO, HC, CO 2 ) weitestgehend eliminiert sind. Schadstoffe wie Kohlenstoffmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe entstehen lediglich durch die Verbrennung beziehungsweise den Verbrauch des Schmieröls. Geringste, auf das Öl zurückzuführende Mengen an Partikeln können jedoch auch bei H2-ICEs auftreten. Durch geeignete Formulierungen von Ölen kann eine deutliche Reduktion des Ölverbrauchs und somit der Partikelemissionen erzielt werden. Generell sind die Partikelemissionen hierbei stark durch die Konfiguration und Betriebssituation des Motors bestimmt, aber scheinen auch durch Ölmodifikationen reduziert werden zu können. [9] Generelle Anpassungsmöglichkeiten sind vor allem der Anteil an aschebildenden Komponenten und die Auswahl bestimmter Basisöle. Unterschiedliche Viskositätsmodifikatoren scheinen nur geringen Einfluss, insbesondere auf die PN10-Partikelemissionen, zu haben. Wasserstoffmotoren können trotz des kohlenstofffreien Kraftstoffs nicht gänzlich auf Abgasnachbehandlungssysteme verzichten. Zur Reduktion der beim Verbrennungsprozess durch Sauerstoff und Stickstoff erzeugten Stickoxide werden im Regelfall bekannte Systeme, bestehend aus SCR- und ASC Katalysatoren eingesetzt. Diese, sowie weitere im Abgasstrang potenziell vorgelagerte Katalysator- und Filtersysteme, profitieren ebenfalls positiv von Ultra- Low-SAPS-Ölen. Die verbrennungstechnische Abstimmung des TCG 7.8 H2 ist im CO 2 -emissionsfrei, wie es in der aktuellen CO 2 -Gesetzgebung der EU für schwere Nutzfahrzeuge vorgesehen ist. Zusammenfassung Mit der erfolgreichen Zertifizierung und Markteinführung eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors für mobile Arbeitsmaschinen hat DEUTZ als erstes Unternehmen weltweit einen Schritt zur Dekarbonisierung des Off-Highway-Sektors vollzogen. Der Wasserstoffmotor stellt dabei keine rein inkrementelle Weiterentwicklung konventioneller Antriebskonzepte dar, sondern führt zu veränderten physikalischen, chemischen und tribologischen Herausforderungen im Motorbetrieb. Aus tribologischer Sicht eröffnet der Wasserstoffmotor ein eigenständiges Anwendungsfeld für Schmierstoffe. Im Fokus stehen dabei insbesondere Korrosionsschutz, Wasserverträglichkeit, Oxidationsstabilität sowie die Wirksamkeit von Verschleißschutzadditiven unter wasserstoffspezifischen Betriebsbedingungen. Die Betrachtung des Schmieröls „WAS MAN NICHT SIEHT, ENTSCHEIDET ALLES “ SPEZIAL-SCHMIERFETTE VON RHENUS LUB Schmierfette wirken im Verborgenen - doch genau dort entstehen Verschleiß, Reibung und Ausfälle. 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Ein standardisiertes Prüfprogramm könnte die Vergleichbarkeit von Wasserstoffmotorenölen somit erhöhen, Entwicklungsaufwände reduzieren und einen wichtigen Beitrag zur technischen Absicherung und Markteinführung dieser Antriebstechnologie leisten. Abkürzungen ASC engl. Ammonia slip catalyst ACEA engl. Association des Constructeurs Européens d’Automobiles DQC DEUTZ Quality Class (DEUTZ Öl Spezifikation) EAT engl. Exhaust aftertreatment LSPI engl. Low Speed pre ignition SCR engl. Selective catalytic reduction Literatur [1] Verbundvorhaben: H2-MAM - Wasserstoffverbrennungsmotor für mobile Arbeitsmaschinen | Förderkennzeichen: 03EN4028A [2] Verbundvorhaben: Forschungsprojekt HyCET (Hydrogen Combustion Engine Trucks) | Förderkennzeichen: 03B20274 [3] [online] | https: / / www.deutz.com/ de/ produkte/ wasserstoffmotoren/ [4] VERORDNUNG (EU) 2024/ 1610 [5] Non-combustion related impact of hydrogen admixture - material compatibility / Lisa Blanchard , Laurent Briottet / June 2020 [6] Michler, T.; Schweizer, F.; Wackermann, K. Review on the Influence of Temperature upon Hydrogen Effects in Structural Alloys. Metals 2021, 11, 423. [7] [online] Infineum Insight: https: / / www.infineuminsight. com/ en-gb/ articles/ minimising-h2ice-pre-ignition/ ? utm_ campaign=Infineum+Insight+Mar26+email&utm_medium=email&utm_source=Infineum+Insight [8] SAE Technical Paper: Formation Mechanisms and Characterization of abnormal Combustion Phenomena of Hydrogen Engines; Grabner P., Schneider M., Gschiel K. [9] Obrecht, Nicolas & Griffaton, Bruno & Chapelot, Pierre & Faure, Steve. (2025). Development of Lubricant for Hydrogen Combustion Engines - Challenges and Opportunities »« Eingangsabbildung: © DEUTZ AG Nutzung des TCG 7.8 H2 in einem Stromerzeugungsaggregat