Die Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt (THWS) und das auf Luftfahrt spezialisierte Ingenieurbüro Kasaero erhalten eine Bundesförderung von knapp zwei Millionen Euro für die Weiterentwicklung eines modularen Brennstoffzellen-Antriebssystems. An die THWS gehen davon rund 890.000 Euro. Nach Angaben der Projektpartner soll sich das Antriebssystem auch zur Nachrüstung bestehender Flugzeuge der Ultraleichtklasse eignen. Das Vorhaben baut auf dem bereits vom Bund geförderten Forschungsprojekt HyFly auf, in dem der wasserstoffbetriebene Antriebsstrang für den Reisemotorsegler Taifun 17 H₂ entwickelt wurde.

Grundlage der Entwicklung ist der Reisemotorsegler Taifun 17 H₂, der auf dem Modell Valentin Taifun 17 E basiert. Das zweisitzige Flugzeug wird von einem elektrischen Antrieb mit Wasserstoff-Brennstoffzelle und Lithium-Ionen-Pufferbatterie angetrieben. Als Antrieb dient ein synchroner Permanentmagnet-Außenläufermotor vom Typ Emrax 268 mit einer Dauerleistung von 75 kW.

Nach Angaben der THWS ist der Reisemotorsegler bereits flugfähig. Derzeit befindet es sich im Verfahren zur vorläufigen Verkehrszulassung beim Luftfahrt-Bundesamt. Die Hochschule führt die Dauer der Prüfung unter anderem darauf zurück, dass Brennstoffzellenantriebe in diesem Bereich bislang kaum regulatorische Erfahrungen aufweisen. Nach bereits absolvierten Rolltests soll der Erstflug nach Erteilung der Genehmigung noch in diesem Jahr erfolgen.

Modulares Antriebssystem soll Reichweite und Nachrüstbarkeit verbessern

Im Mittelpunkt der neuen Förderphase steht die Weiterentwicklung des Antriebssystems. Das Projektteam der THWS will dieses kompakter, leichter und modular aufbauen. Das System soll so in den Bauraum konventioneller Flugmotoren passen und in unterschiedlichen Leichtflugzeugmustern eingesetzt werden zu können.

Der Antrieb kombiniert eine Brennstoffzelle mit einer Pufferbatterie. Die Brennstoffzelle dient je nach Betriebszustand als Range Extender oder erhöht als Booster die maximale Antriebsleistung. Vorgesehen sind ein oder zwei mit CFK-Rovings umwickelte Wasserstoff-Kugeltanks mit einem Betriebsdruck von 700 bar und einem Fassungsvermögen von jeweils 5 Kilogramm Wasserstoff. Nach Angaben der THWS ermöglicht diese Auslegung eine Reichweite von rund 1.000 Kilometern. Die Pufferbatterie verfügt über eine Speicherkapazität von etwa 5 kWh.

Zur Gewichts- und Bauraumreduzierung wollen die Projektpartner den Integrationsgrad der Leistungselektronik erhöhen und die Kühlsysteme optimieren. Durch das verbesserte Zusammenspiel von Brennstoffzelle und elektrischem Antrieb soll die Effizienz steigen und die Pufferbatterie kleiner ausgelegt werden können. Nach Angaben der THWS erfolgt die Entwicklung unter anderem mithilfe eines Prüfstands und eines digitalen Zwillings des Antriebssystems, um Betriebsdaten auszuwerten und die Auslegung des Systems weiter zu optimieren.

Wasserstoffversorgung mit Solarstrom

Zum Forschungsvorhaben gehört auch die Entwicklung einer mobilen Wasserstoff-Tankstelle. Der benötigte Wasserstoff kommt mithilfe des Stroms einer hochschuleigenen Photovoltaikanlage erzeugt und gespeichert werden. Parallel arbeitet das Team an weiteren Komponenten wie einer leichteren Batterie, einem optimierten Wasserstofftank, einem angepassten Propeller sowie neuen Kühlkonzepten für den elektrischen Antrieb.

Einordnung

Mit der Förderung unterstützt der Bund die Entwicklung wasserstoffbasierter Antriebssysteme für die Dekarbonisierung kleiner Luftfahrzeuge. Der Schwerpunkt liegt auf einer modularen Bauweise, die auch die Nachrüstung bestehender Flugzeuge ermöglichen soll. Zugleich zeigt das laufende Zulassungsverfahren, dass die Luftfahrtbehörden parallel zur technischen Entwicklung regulatorische Erfahrungen mit Brennstoffzellenantrieben sammeln müssen.

Quelle: Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt (THWS) | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH