Flugzeugentwurf für mit Wasserstoff angetriebene Luftfahrzeuge
Erstellt am: 29.06.2011 | Stand des Wissens: 28.02.2024
Ansprechperson
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Der Kryo-Treibstoff Wasserstoff (und Methan) muss in flüssiger Form gelagert werden (flüssiger Wasserstoff, LH2), was zu erheblichen Änderungen des Flugzeugentwurfs führt. Zur Verflüssigung muss der Wasserstoff auf 20 Kelvin (-253 Grad Celsius) abgekühlt werden. Aufgrund dessen müssen einzelne Komponenten wie Rohre, Ventile oder Kompressoren für diese Temperaturen ausgelegt sein [aire22]. Zusätzlich müssen die Wiederdampfungsverluste (Boil-Off-Gas) sowie Leckagen im gesamten Kraftstoffsystem möglichst minimiert werden. Insgesamt benötigen die Tanksysteme für Wasserstoff etwa das Vierfache des Volumens im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin [aire22]. Demnach muss der Rumpfdurchmesser vergrößert werden, um den Tank unterzubringen [Hart23]. Zudem besitzen die Wasserstofftanks aufgrund der benötigten Isolierung eine wesentlich höhere Masse. Es ist daher erforderlich, die Masse in Zukunft erheblich zu optimieren. So ist durch den Einsatz von Leichtbaumaterialien eine Reduktion der Masse möglich. Eine Integration neuartiger Technologien ist stets mit einem Neuentwurf der Flugzeuge verbunden. [aire22]
Das Antriebssystem ist sowohl mit der heute verwendeten Gasturbine als auch mittels Brennstoffzellen entwickelt worden. Für die Nutzung in Gasturbinen wird der der Wasserstoff zur Erzeugung des Schubs verbrannt. Die kyrogene Kühlung des Wasserstoffs könnte die Effizienz der Gasturbine im Vergleich zu konventionellen Triebwerken leicht steigern [DLR20; aire22]. Für eine optimale Leistungserzielung muss die Gasturbine angepasst werden.
Bei dem Antrieb im Brennstoffzellensystem wird der Wasserstoff mittels der Brennstoffzelle in Strom umgewandelt. Der Strom treibt dann einen elektrischen Motor sowie den Fan oder Propeller des Triebwerks an. Diese Konzepte ermöglichen, im Vergleich zum Einsatz von Gasturbinen, leicht höhere Wirkungsgrade. [DLR20; aire22]