CF-Hydro – FKV-basierter Wasserstofftransport und -speicherung für die Luftfahrt

Ziel des CF-Hydro-Projekts ist die Entwicklung von Leichtbauweisen für Rohrleitungen aus Faserkunststoffverbundwerkstoff (FKV) für die Wasserstoffverteilung in Flugzeugen. Im Rahmen des Projekts wird auch die Machbarkeit von Methoden für die Herstellung eines zylindrischen Wasserstoffspeichersystems untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Systemen zur Verteilung und Speicherung von transkritischem ("cryo-compressed") und flüssigem Wasserstoff (LH₂). Um die erforderliche Temperatur von unter -253 °C zu halten, wird sowohl für den Tank als auch für die Rohrleitung eine doppelwandige FKV-Konstruktion verwendet (Abbildung 1). Der Innenzylinder speichert den Wasserstoff und nimmt den Innendruck auf, während die Außenschale zur Wärmeisolierung und zur Anbindung an die umliegenden Systeme dient. Der Innenzylinder und die Außenschale sind mechanisch entkoppelt, so dass der Tank/die Rohrleitung als tragendes Bauteil verwendet werden kann, z. B. als Ersatz für Holme und Stringer in einem Flugzeugflügel (Abbildung 2). Zu diesem Zweck wird ein effektives Aufhängungs- und Isolationssystem entwickelt, um die Wärme- und Lastübertragung vom inneren Tank/der Rohrleitung fernzuhalten. Das Hauptziel am IVW ist die Entwicklung eines Tanks/einer Rohrleitung und eines Aufhängungssystems, das in der Lage ist, die Lasten von der Außenschale zu absorbieren, ohne sie auf den Innentank zu übertragen. Als Aufhängungssystem werden Strukturschäume erforscht. Erste Versuchskörper einer Verbundrohrleitung mit Schaumstoffaufhängung und N₂ als Medium sind in der Entwicklung. Das Projekt basiert auf der am IVW patentierten Bauweise eines neuartigen Leichtbau-Wasserstoffdrucktanks. Bei der patentierten Konstruktion werden die axialen Belastungen im CFK, die durch den hohen Druck bei der Speicherung von cryo-compressed Wasserstoff (CcH₂) entstehen, durch metallische Boss-Teile abgetragen. Die niedrige Temperatur von CcH₂ führt zu thermischem Schrumpfen der metallischen Teile. Um die Schrumpfung und damit eine Undichtigkeit des Druckbehälters zu vermeiden, werden die metallischen Teile vorgespannt. Im Falle des LH₂-Verteilungssystems sind aufgrund der niedrigen Betriebsdrücke dünnwandige, geflochtene FKV-Rohre für die innere Rohrleitung vorgesehen.

Zusammenfassung: Ziel des Forschungsprojekts CF-Hydro ist die Entwicklung (TRL3) von Leichtbauweisen und Prozessen zur Herstellung von CFK-Rohrleitungen zur Wasserstoffverteilung und Tanks zur Wasserstoffspeicherung in Flugzeugen. Hierbei wird jeweils ein System zur transkritischen (cryo compressed) und zur flüssigen Leitung/Speicherung von Wasserstoff angestrebt.

Das Projekt „Entwicklung eines integrierten, FRP-basierten Wasserstoffspeicherungs- und –distributionssystems für die Luftfahrt – CF-Hydro“ wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert (Förderkennzeichen 20E2103).