Wie konstruiert Airbus seine ersten innovativen kryogenen Wasserstofftanks?

May 02, 2023

Zwei von Airbus eingerichtete Zero Emission Development Centers (ZEDCs) führen das innovative Tankdesign durch.

Wasserstoff kann als alternativer Düsentreibstoff verwendet werden, um den CO2-Ausstoß künftiger Flugzeuge zu minimieren. Mit einer dreimal höheren Energiedichte als Flugzeugtreibstoff sind die Emissionen wasserstoffbetriebener Flugzeuge deutlich weniger schädlich für die Umwelt. Wasserstoff kann auf verschiedene Arten zum Antrieb von Flugzeugen genutzt werden.

Herkömmliche Gasturbinentriebwerke können so modifiziert werden, dass sie flüssigen Wasserstoff zur Verbrennung nutzen. Alternativ kann elektrische Energie mithilfe von Wasserstoff-Brennstoffzellen erzeugt werden, von denen man erwartet, dass sie eine robustere (und kontinuierlichere) Energiequelle als Batterien darstellen. Ein Hybridansatz kann gewählt werden, bei dem die beiden Wasserstofftechnologien (Verbrennung und Brennstoffzelle) kombiniert werden.

Unabhängig vom Fall ist eine kontinuierliche Versorgung mit Wasserstoff an Bord des Flugzeugs erforderlich, um eine erhebliche Reichweite des Flugzeugs zu gewährleisten. Angesichts der vorteilhaften Energiedichte von Wasserstoff wird die volumetrische Dichte von Wasserstoff zu seiner größten Herausforderung.

Wasserstoff ist deutlich leichter als Kerosin und benötigt in Flugzeugen viermal mehr Volumen als Kerosin. Daher stellt die Bordspeicherung von flüssigem Wasserstoff für Flugzeughersteller eine Herausforderung dar.

Kryotanks sind erforderlich, um flüssigen Wasserstoff bei etwa -250 °C (-420 °F) zu speichern. Tiefkühltemperaturen erfordern spezielle Materialien, dickere Wände und eine ausreichende Isolierung zwischen den Zylinderstapeln.

Airbus arbeitet seit mehreren Jahren daran, ein emissionsfreies Flugzeug zu bauen und bis 2035 auf den Markt zu bringen. Gemeinsam mit seinen europäischen Partnern entwickelt Airbus innovative kryogene Wasserstoffspeichertanks. Airbus hat in Frankreich und Deutschland zwei Zero Emission Development Centers (ZEDCs) eingerichtet, um das innovative Tankdesign durchzuführen.

Das Zentrum in Deutschland bietet durch seine enge Zusammenarbeit mit Airbus Defence and Space Technologies Fachwissen im Bereich Wasserstofftreibstoff. Das Team testet mehrere Designs, um die Vergasung von Wasserstoff in den Spezialzylindern zu steuern.

Die Struktur und Metallurgie des Tanks wurden in Frankreich entwickelt. Anstatt auf theoretischen Prinzipien zu iterieren, haben beide ZEDC-Teams einen praktischen Ansatz zur Lösung des Problems gewählt. Sie fertigen mehrere Prototypen, testen sie unter verschiedenen Bedingungen und verbessern die Designs.

Laut Airbus hat das französische ZEDC-Team in etwas mehr als einem Jahr den ersten Kryotank von Airbus hergestellt. Airbus beabsichtigt, den oder die funktionsfähigen Prototypen der Kryotanks auf seinem ZEROe-Testflugzeug zu testen. Der Leiter der Fertigung des ZEROe-Flugzeugs und Leiter des Industriearchitekten für Antriebe, Chris Redfern, erklärt:

„Es ist ein echter Beweis für die Teamarbeit an unseren Standorten, dass dieser erste Tank so schnell hergestellt wurde. Die agile Methodik hat einen großartigen Prototyp hervorgebracht und wird dazu beitragen, Verbesserungen in zukünftigen Iterationen voranzutreiben. Wir wollen den Tank für mehr Effizienz optimieren und reduzieren.“ seinen ökologischen Fußabdruck noch weiter: Denn ein Null-Emissions-Flugzeug muss über seinen gesamten Lebenszyklus möglichst emissionsfrei sein.“

Airbus-Ingenieure entwerfen und testen in Toulouse kryogene Wasserstoffflaschen mithilfe von Computersoftware. Die Ergebnisse der Struktur- und Flussanalyse werden mit den ZEDC-Teams geteilt, um sie zu prüfen und Fertigungsverbesserungen vorzunehmen. Vor Beginn der Wasserstofftests will Airbus den ersten entworfenen Tank mit Stickstoff testen.

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Autor – Omar ist ein Luftfahrt-Enthusiast und hat einen Doktortitel. in Luft- und Raumfahrttechnik. Omar verfügt über zahlreiche Jahre Erfahrung in Technik und Forschung und möchte sich auf forschungsbasierte Luftfahrtpraktiken konzentrieren. Neben der Arbeit liebt Omar das Reisen, den Besuch von Luftfahrtstandorten und das Beobachten von Flugzeugen. Sitz in Vancouver, Kanada