Das Projekt HyPe zielt darauf ab, innovative Lösungen für die Nutzung von Wasserstoff in der Luftfahrt zu erforschen, insbesondere im Hinblick auf die Effizienz und technische Umsetzbarkeit von Brennstoffzellenantriebssystemen in naher Zukunft.
Um den Betrieb vom PEM (Proton Exchange Membrane ) -Brennstoffzellen in Luftfahrtanwendungen über einen weiten Betriebsbereich innerhalb der Flugenvelope zu ermöglichen, ist die Konditionierung der Luft im Kathodengaspfad erforderlich. Im Forschungsvorhaben HyPe wird eine neuartige Triebwerksarchitektur erarbeitet, die sowohl das Kathodenluftversorgungssystem (KLVS) als auch den dafür notwendigen Antrieb über eine Mikrogasturbine mit Wasserstoffverbrennung einschließt. In bisherigen Systemen wird die Kathodengaskonditionierung mit einem elektrisch betriebenen Verdichter durchgeführt, der zusätzliche Herausforderungen bei Aspekten wie Kühlung, Lagerung und Komplexität aufweist sowie einen signifikanten elektrischen Leistungsbedarf besitzt. Dieser muss vom Brennstoffzellensystem bereitgestellt werden und führt neben einer Zunahme des Verbrauchs auch zu einer Zunahme der Abwärme des Brennstoffzellenstapels, die mit Wärmeübertragern an die Umgebung abgegeben werden muss. Da die Wärmeübertrager in der Regel einen zusätzlichen Luftwiderstand erzeugen und einen beträchtlichen Anteil an der Masse des Antriebssystems haben, gilt es deren Größe zu minimieren.
Durch die Nutzung einer Mikrogasturbine zum Betrieb des KLVS kann sowohl die Abwärme als auch die Komplexität des Systems reduziert werden. Im Rahmen des Projektes HyPe wird der thermodynamische Kreisprozess des Antriebs für ein Regionalflugzeug mit dem Fokus auf dem Zusammenspiel von Mikrogasturbine und Brennstoffzellensystem untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der Kreisprozessanalyse wird das Antriebssystem ausgelegt und dimensioniert (On-Design). Im weiteren Projektverlauf wird der Antrieb im Teillastbetrieb nachgerechnet (Off-Design), um Erkenntnisse über den gesamten Betriebsbereich zu gewinnen. Dabei werden nicht nur charakteristische Komponenten der Mikrogasturbine (Verdichter, Brennkammer und Turbine) sondern auch die Subsysteme zur Vorkonditionierung der Luft für den Brennstoffzellenstapel im Detail in stationären und dynamischen Manövern untersucht.
Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen folgende Fragen beantwortet werden:
Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert (FKZ 20E2217B).