Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »HyAMAPU«
Klimawandel und globale Erwärmung sind große Herausforderungen, denen sich die Gesellschaft stellen muss. Wasserstoff (H2) wird als Energieträger eine wichtige Rolle einnehmen, da die Wasserstoffverbrennung kein Kohlenstoffdioxid (CO2) produziert. Allerdings entstehen dabei mehr Stickoxide (NOx) als bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Eine Neuauslegung des Wasserstoffverbrennungsprozesses mit verminderter NOx-Produktion ist notwendig; rasch einsetzbare Lösungen sind gefragt.
Ziel des Verbundprojektes »HyAMAPU – Erforschung einer ganzheitlichen Prozesskette zur Herstellung einer Mikromisch-Brennkammer« ist die Entwicklung einer »plug and play«-Brennkammer für den Retrofit existierender Auxillary Power Units (APU) zur hundertprozentigen Wasserstoffverbrennung.
MicroMix: Geringerer NOx-Ausstoß dank vieler kleiner Flammen
Die vom Projektpartner FH Aachen konzipierte Wasserstoff-Brennkammer verfügt über das patentierte MicroMix (MMX)-Design. Bei diesem kommen im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsprozessen mit einigen großen Flammen viele kleine Flammen zum Einsatz. Das reduziert den Ausstoß von Stickoxiden auf das Niveau der fossilen Verbrennung.
Die MMX-Brennkammer ist so gestaltet, dass das Gas optimal strömen kann und es nahezu keine Totwassergebiete gibt. Die äußere Geometrie unterstützt das Strömungsverhalten der Flammringe zusätzlich. In einem internen Projekt wurde die additive Fertigung eines solchen MMX-Brennkammer-Prototyps bereits erfolgreich erprobt.
Fertigungskette verbindet additive und subtraktive Verfahren
Das Projektteam nutzt zur Fertigung der MMX-Brennkammer das Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren. Mit LPBF kann die Brennkammer als Integralbauteil gefertigt werden und alle Funktionselemente, etwa die Luftleitbleche, sind bereits vollständig zueinander ausgerichtet. Darüber hinaus ist der Aufwand zur anschließenden Bohrung der Speichenzentrierung bei der LPBF-Fertigung deutlich geringer.
Nach der additiven Fertigung der Brennkammer und dem Abtrennen der Plattform, auf der sie aufgebaut wurde, wird das Bauteil noch weiterbearbeitet: So werden etwa die filigranen, beweglichen Luftleitbleche und die Bohrungen für den Wasserstoffaustritt in einem Fräsprozess hergestellt.
50 Prozent weniger NOx-Emissionen
Ein wesentliches Projektziel ist die Reduktion der NOx‑Emissionen bei konstanten 0 Prozent CO2‑Emissionen. Zum Ende des Projektes soll die NOx‑Emission um über 50 Prozent gegenüber der Jet A1-Verbrennung verringert werden.
50 Prozent geringere Fertigungszeiten und -kosten
Auch die Wirtschaftlichkeit wird nicht außer Acht gelassen. Deswegen ist die Reduktion der Fertigungszeiten und -kosten ein weiteres Projektziel. Hier soll ein mindestens gleichbleibender ökologischer Fußabdruck erreicht werden, während die Fertigungszeiten und -kosten um 50 Prozent gesenkt werden.
Um die Qualifizierung der Fertigungsprozesskette nach Luftfahrtstandards vorzubereiten und so die H2‑Technologie zu verbreiten, wird ein umfassendes Qualitätssicherungskonzepts für die additiv gefertigte Mikromisch-Brennkammer erstellt.
Projektpartner
- Präwest Präzisionswerkstätten Dr.-lng. Heinz-Rudolf Jung GmbH & Co. KG, Bremen (Koordination)
- Fraunhofer IPT, Aachen
- FH Aachen, Aachen
- Diehl Aerospace GmbH, Überlingen
- Oetzbach Edelstahl GmbH, Velbert
- TPW CTinspect Gmbh, Neuss
Assoziierter Partner
Honeywell Aerospace, Prag, Tschechien
Projektförderung
Das Projekt »HyAMAPU – Erforschung einer ganzheitlichen Prozesskette zur Herstellung einer Mikromisch-Brennkammer« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Projektträger: Luftfahrtforschung des DLR, Bonn