Verbundvorhaben ELBASYS (Elektrische Basissysteme in einen CFK-Rumpf)-Teilprojekt: Brennstoffzellenabgase zur Tankinertisierung - Schlussbericht

Neue Technologien wie die Brennstoffzellentechnik weisen für industrielle Anwendungen immer dann besondere Vorteile auf, wenn sie im Gegensatz zu konventionellen Techniken neben dem eigentlichen Verwendungszweck – hier der Stromerzeugung – Lösungen für weitere, neue Aufgaben anbieten können. Brennstoffzellen produzieren neben elektrischem Strom noch Wärme, technisch reines Wasser, ein wasserstoffhaltiges Restgas und Restluft mit einem verringerten Sauerstoffgehalt. Für zukünftige Flugzeuggenerationen ist die technologische Weiterentwicklung hin zu kostengünstig hergestellten Flugzeugen mit geringerem Gewicht und entsprechend geringerem Treibstoffverbrauch von großer Bedeutung. Um diese Ziele umzusetzen, wird verstärkt auf die Anwendung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) gesetzt. Tanksysteme, die aus CFK hergestellt werden, benötigen eine inerte Gasatmosphäre oberhalb des flüssigen Kraftstoffs Kerosin. Es soll im Rahmen des skizzierten Projektes BATI – Brennstoffzellenabgase zur Tankinertisierung – aufgezeigt werden, mit welchen Abgasen eines Brennstoffzellensystems und unter welchen Bedingungen dieses Ziel erreicht werden kann. Die hierzu notwendigen Komponenten sind bereitzustellen oder gegebenenfalls zu entwickeln. Heutige Flugzeugsysteme zur Klimatisierung und Enteisung basieren auf der Entnahme von Zapfluft aus den Verdichterstufen der Triebwerke. Sämtliche in heutigen Luftfahrzeugen benötigte Energie wird durch das Triebwerk zur Verfügung gestellt. Derartig betriebene Flugzeugsysteme zeigen kein Potential für weitere Verbesserungen und Performancesteigerung. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch ein großes Potential für elektrisch betriebene Klimaanlagen und Enteisungssysteme. Die Realisierung vollintegrierter elektrischer Systemarchitekturen und die Entwicklung von Systemen zur triebwerksunabhängigen Energieerzeugung erfordern jedoch völlig neue Technologiekonzepte. Das Potential der rein elektrischen Versorgung kann erst ausgeschöpft werden, wenn alle Funktionen der Klimaanlage (inklusive der Kühlung von Leistungselektronik, verteilten Wärmequellen und der Flugzeugküchen) voll in ein Gesamtsystem integriert sind. Für die zukünftige Marktposition der europäischen Flugzeugindustrie ist die Weiterentwicklung der technologischen Kompetenz hin zu kostengünstig hergestellten Flugzeugen mit geringerem Gewicht und entsprechend geringerem Treibstoffverbrauch von großer Bedeutung. Um diese Ziele umzusetzen, wird verstärkt auf die Anwendung von Faserverbundwerkstoffen gesetzt. Diese Werkstoffe sind leichter als Metalle und haben im Gegensatz zu diesen richtungsabhängige Materialeigenschaften, so dass sie bei belastungsgerechter Ausrichtung der Fasern das Leichtbaupotenzial von metallischen Werkstoffen in Bezug auf Festigkeit und Steifigkeit weit übertreffen können. Insbesondere carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) lassen aufgrund ihrer geringen Dichte von 1,55 g/cm3 (Aluminium 2,8 g/cm3) und ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften eine Eignung für den Einsatz im Flugzeugbau erwarten. Sie werden in größeren Verkehrsflugzeugen bisher aus Kosten- und Fertigungsgründen nur begrenzt z. B. im Bereich der Leitwerke, Flügelklappen und Triebwerksverkleidung eingesetzt. Neue Fertigungsverfahren sollen zukünfti