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Fliegen mit Wasserstoff als Energieträger

Mit Wasserstoff angetriebenes Elektroflugzeug – APUS i-2
Mit Wasserstoff angetriebenes Elektroflugzeug – APUS i-2
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Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Wärmehaushalt von wasserstoffbetriebenen Luftfahrtantrieben

Die Luftfahrtindustrie rückt aufgrund ihrer Klimawirkung immer mehr in den Fokus öffentlichen Interesses. In der zivilen Luftfahrt basieren die Flugantriebe auf einer Gasturbine. Trotz einer kontinuierlichen Weiterentwicklung und den damit verbundenen Effizienzgewinnen können die gesteckten Klimaziele nicht alleine mit dem herkömmlichen Antriebsystem erfüllt werden. Alternative Ansätze sind notwendig, die emissionsärmer oder sogar emissionsfrei betrieben werden.

Einer dieser neuartigen Ansätze sieht den Einsatz von Brennstoffzellen vor. Im Flugzeug gespeicherter Wasserstoff wird zusammen mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft in Brennstoffzellen in Strom und Wasser umgewandelt. Der Strom wird anschließend in einem E-Motor genutzt, um den Propeller anzutreiben. Im Flug werden somit keinerlei Emissionen erzeugt. Der Technologiestand von Brennstoffzellen beschränkt ihre Anwendung zurzeit noch auf kleineren Leistungsklassen bis 1MW. Somit ist ihr Einsatzbereich bisher auf kleine Flugzeuge (CS-23) und kurze Strecken bis 1000km eingegrenzt.

Das Fachgebiet Luftfahrtantriebe der TU Berlin arbeitet im Rahmen einer IBB ProFIT Förderung an der optimierten Gestaltung und Auslegung eines wasserstoffbetriebenen, brennstoffzellen-basierten Hybrid-Elektrischen Antriebssystems. In diesem Projekt steht das Fachgebiet im engen Kontakt mit dem primären Forschungspartner APUS – Aviation Engineering GmbH. Im Rahmen dieses Projekts wird das Gesamtantriebssystem der APUS i-2 modelliert und weitentwickelt. Dieses Projekt wird kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung [EFRE].

Im Fokus der Untersuchungen steht neben dem Komponentenverhalten vor allem die Interaktion der einzelnen Komponenten des Antriebsystems. Hierfür werden Modelle, welche das Komponentenbetriebsverhalten abbilden, kombiniert, um die Interaktion im Gesamtsystem zu simulieren. Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von Brennstoffzellen ist das Wärmemanagement. Die entstehende Wärme bei der kalten Verbrennung in Brennstoffzellen kann nicht wie bei Gasturbinen über den Abgasmassenstrom abgeführt werden. Stattdessen ist ein effektives und zuverlässiges Kühlsystem notwendig. Somit muss neben der Effizienz des Antriebssystems ebenso dessen Wärmemanagementsystem berücksichtigt werden. Die Forschung soll neben der optimierten Auslegung ebenso eine Bewertung der Zuverlässigkeit des Antriebssystems ermöglichen und so die Zertifizierung unterstützen.

Ansprechpartner: M.Sc. Mücahit Akkaya
Ansprechpartner: M.Sc. Nicolai Neumann
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Heinrich

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