Triebwerkskonfiguration für alternative Treibstoffe
Erstellt am: 03.07.2011 | Stand des Wissens: 28.02.2024
Ansprechperson
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Als alternative oder neue Treibstoffe gelten Flüssig-Wasserstoff (LH2) und Flüssig-Methan (LCH4). Diese Stoffe kommen in der Erdatmosphäre in gasförmiger Form vor. Zur Mitführung als Treibstoff sowie zur Verringerung des Tankvolumens, müssen sie stark gekühlt werden. Die angewandten Kühlverfahren bezeichnet man als Kyrotechnik. Um Wasserstoff zu verflüssigen, muss dieser auf minus 235 Grad Celsius heruntergekühlt werden, bei Methan sind es minus 156 Grad Celsius. Setzt man den Energiegehalt in ein Verhältnis zur Masse (gemessen in Kilojoule pro Gramm, kJ/g), ergibt sich ein dreifach größeres Volumen beim Flüssigwasserstoff sowie ein 1,6 fach größeres Volumen beim Flüssigmethan als beim Kerosin [West17].
Also führen Luftfahrzeuge, die mit Flüssig-Wasserstoff beziehungsweise -Methan betrieben werden, einen entsprechend größeren Tank, der in einer aerodynamischen Form konstruiert sein muss, mit sich. Außerdem kommt noch zusätzliches Volumen hinzu, weil diese Tanks entsprechend isoliert sein müssen, um gegen die aerodynamische Aufheizung geschützt zu sein. Aufgrund der größer zu dimensionierenden Tanks hebt sich der Gewichtsvorteil teilweise wieder auf [West17]. Für die Ausgestaltung der Flugzeugtanks bestehen verschiedene Forschungsprojekte, zum Beispiel eine Fertigung aus Komposit, einem Gemisch aus mehreren verschiedenen Grundstoffen [DLR23b].
Wasserstoff wandelt sich bei der Verbrennung in Wasserdampf (H2O) um, dessen Auswirkungen auf die Umwelt weniger schädlich sind als die von Kohlenstoffdioxid (CO2)-Emissionen. Außerdem sind die Vorräte des Rohstoffs Wasser auf der Erde nicht so begrenzt, wie die an Öl. Wasserstoff kann zum Beispiel in Solarkraftwerken durch Elektrolyse gewonnen werden und gilt besonders aufgrund dieses Umstandes als "ökologisch alternativer Brennstoff". Ein wichtiges Forschungsthema beim Einsatz von Wasserstoff als Flugtreibstoff ist die Untersuchung der Auswirkungen von großen Mengen zusätzlichen Wasserdampfs in den oberen Bereichen der Atmosphäre. Es steht fest, dass Wasserdampf in der Stratosphäre, aufgrund längerer Aufenthaltszeiten, stärkere Auswirkungen haben kann, insbesondere bezogen auf den Beitrag zum Strahlungsantrieb von hochfliegenden Flugzeugen [Wolt20]. Weiterhin entsteht Flüssig-Methan aus Erdgas und wird schon deshalb lediglich als eine Übergangslösung betrachtet. Methan kann darüber hinaus auch in Biokraftwerken der Landwirtschaft erzeugt werden.
Momentan forscht Airbus im Rahmen des Forschungsprojektes ZEROe an wasserstoffgetriebenen Verkehrsflugzeugen. Das Projekt befasst sich unter anderem mit einem mit flüssigem Wasserstoff betriebenen Triebwerk. Bis zum Jahr 2035 soll ein wasserstoffgetriebenes Verkehrsflugzeug auf den Markt kommen. [Airb24; Airb22a]
