Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »BaLoK.NRW«
Wasserstoff als Antriebstechnologie für die Luftfahrt
Ziel des Forschungsprojekts »BaLoK.NRW« ist die Entwicklung eines neuen wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellenantriebs für Kleinflugzeuge und eines luftfahrtoptimierten Kühlsystems.
Wasserstoffspeicher besitzen als Energiespeicher im Vergleich zu Batterien eine hohe gravimetrische Energiedichte. Wasserstoffbasierte Antriebe können damit einen wichtigen Beitrag zur Transformation zur klimaneutralen Luftfahrt leisten. Eine der Herausforderungen in der Implementierung brennstoffzellenbasierter Antriebe besteht jedoch in der Abfuhr der systembedingten Verlustwärme, denn etwa die Hälfte der enthaltenen Energie im Wasserstoff muss in Form von Wärme abgeführt werden. Der Einsatz kommerzieller Wärmetauscher führt im Flugbetrieb jedoch zu einem deutlichen Anstieg des Luftwiderstands und damit des Energieverbrauchs. Der zur Kühlung erforderliche Luftstrom muss über Ein- und Auslässe sowie den Wärmetauscherkern geführt werden, wodurch Druck- und Impulsverluste entstehen. Zudem vergrößern die Einbauten die effektive Stirn- und benetzte Fläche des Flugzeugs und stören die Außenströmung sowie die Grenzschicht.
Neues Kühlkonzept für Brennstoffzellen
Im Projekt entwickeln die Partner deshalb ein luftfahrtoptimiertes Kühlsystem für Brennstoffzellen in Kleinflugzeugen. Um dies zu erreichen, optimieren sie die Teilkomponenten des Brennstoffzellensystems, des Mantelpropellers und des Wärmetauschers.
Das Forschungsprojekt umfasst damit vier Entwicklungsziele:
- die Konzeptionierung eines H2-Brennstoffzellensystems für einen Tragschrauber mit Mantelpropellern,
- die Konzeptionierung eines luftfahrtoptimiertes Kühlsystem für den Brennstoffzellenantrieb, um den Luftwiderstand zu senken und den Wasserstoffverbrauch zu minimieren,
- die Integration der Mantelpropeller und des adaptierten Brennstoffzellensystems einschließlich des neuen Kühlsystems in einen Tragschrauber und
- den Nachweis der Funktionsfähigkeit des angepassten Gesamtsystems im Tragschrauber anhand systematischer Tests.
Für mehr nachhaltige Mobilität: Technologietransfer in größere Flugzeuge
Die Projektergebnisse können zukünftig auch auf größere Flugzeugkonfigurationen übertragen werden und damit einen bedeutenden Beitrag zur emissionsneutralen Luftfahrt leisten. Auf diese Weise ebnet das Projekt den Weg für eine nachhaltigere Mobilität im Luftverkehr.
Die Aufgabe des Fraunhofer IPT im Projekt liegt in der Entwicklung eines skalierten und lokalen Produktionskonzeptes für die einzelnen Systemkomponenten. Zusätzlich führt das Fraunhofer IPT für die Mantelpropeller, die im Projekt entstehen, eine Lifecycle-Analyse (LCA) durch. Damit lassen sich die Umweltauswirkungen der Propellertechnologie entlang des gesamten Lebenszyklus – von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung – bewerten und optimieren.
Projektkoordinator
Jetpel GmbH, Aachen
Projektkonsortium
- Jetpel GmbH, Aachen
- GasTurb GmbH, Aachen
- Helix-Carbon GmbH, Würselen
- FEV Europe GmbH, Aachen
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- RWTH Aachen, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (TME), Aachen
- RWTH Aachen, Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen (IST), Aachen
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »BaLoK.NRW« wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen des EFRE/JTF-Programms »Energie.IN.NRW – Innovative Projektideen für das Energiesystem der Zukunft, eine klimaneutrale Industrie sowie klima- und ressourcengerechtes Bauen in NRW« gefördert.
Förderkennzeichen: F1180 / IN-EN-1-016e