HyFive

Lasttragende Typ5-Drucktanks für die Luftfahrt

Das LuFo-Projekt HyFive verfolgt das Ziel, einen Wasserstofftank des Typs 5 zu entwickeln und diesen in Kleinflugzeugen strukturtragend zu integrieren.

Um den CO2-Ausstoß in der Luftfahrt nachhaltig zu reduzieren und damit einen wesentlichen Beitrag zur Eindämmung des Klimawandels zu leisten, ist es von zentraler Bedeutung, den Verbrauch erdölbasierter Kraftstoffe drastisch zu senken. Eine vielversprechende Alternative bietet daher der Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen. Durch den Einsatz von grünem Wasserstoff lässt sich damit der CO2-Ausstoß nahezu auf null reduzieren. Im Flugzeug kann der Wasserstoff dann durch Oxidation zu Wasser umgewandelt werden, wobei elektrischer Strom für die Elektromotoren erzeugt wird. Dies ermöglicht einen bis zu 20 % effizienteren Antrieb, im Vergleich zu Flugzeugen mit Verbrennungsmotoren.

Ein wesentliches Hindernis bei der Verwendung von Wasserstoff ist jedoch die sichere und effiziente Speicherung. Da Wasserstoff ein sehr leichtes und flüchtiges Gas ist, erfordert seine Speicherung entweder extreme Kühlung bei Temperaturen unter -253 °C (kryogen) oder hohe Drücke von über 350 bar. Stand der Technik sind aktuell überwiegend Tanks des Typs-IV, welche aus zwei verschiedenen Schichten bestehen. Der eigentliche Drucktank besteht meist aus kohlenstofffaserverstärkten Epoxidharz (CF-EP) und der innere Liner aus Polyamid, wodurch er als Permeationsbarriere für den Wasserstoff fungiert. Eine bedeutende technologische Weiterentwicklung ist die Erforschung von Typ-V Tanks. Diese Tanks könnten eine zusätzliche Gewichtsreduktion erzielen, indem der Liner vollständig entfällt. Stattdessen soll die Außenhülle des Tanks die Aufgabe der Permeationsbarriere übernehmen. Die Herausforderung hierbei liegt jedoch darin, die Gasdichtigkeit auch unter hohen Drücken zu erreichen, da hierbei Mikrorisse im Polymer entstehen können.

Ziel des HyFive-Projektes ist es zusammen mit dem Flugzeughersteller APUS einen innovativen Wasserstofftank zu entwickeln, der nicht nur leichter als bestehende Speicherlösungen ist, sondern auch lasttragende Funktionen übernehmen kann. Zudem wird eine thermoplastische Matrix angestrebt, die eine bessere Recyclingfähigkeit bietet. Dieser fortschrittliche Tank soll es ermöglichen, Reichweiten zu erzielen, die mit konventionellen Kleinflugzeugen vergleichbar sind. Eine verbesserte Anbindung an die Flugzeugstruktur sowie eine optimierte Rezyklierbarkeit des Tanks stehen ebenfalls im Fokus der Entwicklung.

Das HyFive-Projekt sieht für diese Entwicklung umfangreiche Tests und Simulationen vor. Geplant sind Permeationstests an verschiedenen kohlenstofffaser­verstärkten thermo­plastischen Kunststoffen, um deren Eignung als Außenhülle für einen Tank ohne Liner zu prüfen. Darüber hinaus wird eine simulative und experimentelle Charakterisierung der mechanischen Kennwerte unter statischen und dynamischen Lasten durchgeführt, um die zuverlässige Funktion der Materialien als tragende Struktur im Flügel zu gewehrleisten. Schließlich sollen Prototypen der Typ-V Tanks hergestellt und auf ihre Mechanik, Dichtigkeit und ihren Berstdruck untersucht werden. Um zudem die Lasten und die Schädigung der Tanks im Betrieb überwachen zu können, werden Sensoren im und am Tank angebracht und mit einem digitalen Zwilling verknüpft, wodurch der Wartungsaufwand minimiert und gleichzeitig die Sicherheit erhöht wird.

Kompetenzfeld

Branchen

Projektstatus

  • Aktuell

Projektpartner

Ansprechpartner

M.Sc.

Cedric Fuchs

Wiss. Mitarbeiter Bauweisen

Telefon: +49 631 2017 138

cedric.fuchs@leibniz-ivw.de

Förderungen

Das LuFo-Projekt „HyFive - Lasttragende Typ5-Drucktanks für die Luftfahrt“ wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz durch den deutschen Bundestag gefördert (Förderkennzeichen: 20M2256B).