Nutzung
Anwendung und Nutzung der Power-to-X Produkte: Wasserstoff, Methan, Methanol oder synthetischer Kraftstoffe
Untersuchung motorischer Nutzung, Einspritzung in Turbinen, elektrochemischer Rückverstromung und stofflicher Aspekte (z.B. Einsatz in Chemie- und Prozessindustrie).
Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik (APT)
Hoch effiziente Wasserstofftanks für die Speicherung von kryogenem komprimierten Wasserstoffgas
Einer der wichtigsten Herausforderungen im Kampf gegen den Klimawandel ist es, die Treibhausgasemissionen im Mobilitätssektor zu reduzieren. Neben der Batterietechnologie stehen auch Wasserstoff betriebene Fahrzeuge im Fokus der Forschung und Entwicklung. Besonders für Langstrecken-Nutzfahrzeuge ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle eine ideale Lösung. Für diese Anwendung wird ein hoch effizienter Wasserstofftank benötigt. Die Speicherung von kryogenem komprimierten Wasserstoffgas (CcH2) ist eine vielversprechende Speichertechnologie, da sie sehr hohe Speicherdichten ermöglicht.
Für die regionale, dezentrale Produktion und Verteilung von Wasserstoff können allerdings auch Speichertechnologien mit gasförmigem Wasserstoff vorteilhaft eingesetzt werden. Hier liegt ein besonderer Fokus auf den sog. Multi-Element Gas Carrier (MEGC). MEGC sind transportable Wasserstoffspeichercontainer, in denen Wasserstoff bei erhöhtem Druck und Umgebungstemperaturen in mehreren Druckbehältern gespeichert wird.
Auch in der Luftfahrt bietet die Nutzung von grünem Wasserstoff als Antrieb für größere kommerzielle Flugzeuge erhebliches Potenzial zur Reduzierung von Emissionen. Neben der Entwicklung neuer Antriebssysteme und Flugzeugkonzepte ist der Aufbau einer entsprechenden Wasserstoff-Infrastruktur entscheidend. Die Schaffung langfristiger Perspektiven und die Definition von Transitionspfaden im Rahmen einer globalen Energiewende sind hierbei von zentraler Bedeutung. Dies erfordert eine umfassende Betrachtung der technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekte der Bereitstellungskette, der sich die Forschung am Lehrstuhl widmet.
Website: Forschung am APT
Kontakt: Sebastian Rehfeld
Komponenten- und Systemmodellierungen von Wasserstoffversorgungsnetzen für den Luftverkehr
Die Verwendung von grünem Wasserstoff als Antriebssystem für größere kommerziell genutzte Flugzeuge ist eine vielversprechende Alternative, um eine umweltfreundlichere Luftfahrt zu ermöglichen. Dabei ist es jedoch unerlässlich, dass Wasserstoff aus regenerativen Energien produziert wird, um einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten. Neben der Entwicklung neuer Antriebe und Flugzeugkonzepte stellt der Aufbau einer entsprechenden Wasserstoff-Infrastruktur eine der größten Herausforderungen dar, um wettbewerbsfähige Betriebskosten für die neuen Flugzeuge zu ermöglichen.
Im Verbundprojekt HyNEAT (Hydrogen Supply Networks‘ Evolution for Air Transport) werden Konzepte für globale Wasserstoffbereitstellungsinfrastrukturen für den Einsatz in Wasserstoff-getriebenen Flugzeugen entwickelt. Ziel dabei ist es, langfristige Perspektiven und mögliche Transitionspfade im Einklang mit einer globalen Energiewende aufzuzeigen und daraus Handlungsempfehlungen für Politik und Industrie abzuleiten.
Um techno-ökonomische Untersuchungen und Optimierungen von Wasserstoffversorgungsnetzwerken zu ermöglichen, betrachtet der Lehrstuhl für Anlagen und Prozesstechnik die Komponenten der Wasserstoffbereitstellungsketten. Hierzu zählen unter anderem Wasserstoffverflüssigungsanlagen, Speichertanks, Kompressoren und Pumpen. Durch dynamische Komponenten- und Gesamtsystemmodelle soll so die gesamte Bereitstellungskette des Wasserstoffs von der Erzeugung bis zum Flugzeug sowohl thermodynamisch als auch techno-ökonomisch beschrieben werden. Abgeleitet aus der Komponenten- und Gesamtsystemmodellierung werden schließlich auch konkrete Geschäftsmodelle betrachtet.
Projektrahmen: Verbundvorhaben: HyNEAT (Hydrogen Supply Networks‘ Evolution for Air Transport)
Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Förderkennzeichen: 03SF0670F
Laufzeit: 01.04.2023 - 31.03.2026
Website: HyNEAT
Kontakt: Laura Stops
Weiterführende Informationen: HyNEAT Website
Entwicklung eines Cryogas Wasserstoffspeichers für den Einsatz in Lang-strecken-Nutzfahrzeugen
Die Entwicklung und Optimierung eines kryogenen Wasserstofftank-Systems für die Anwendung in LKWs liegt im Fokus des CryoTRUCK Forschungsprojekts. Die wissenschaftliche Arbeit besteht darin entsprechende thermodynamische Modelle und Simulationsmodelle für die Kältespeicherung und den Wärmeaustausch aufzustellen. Darauf basierend werden die Prozesse des Betankens und der Kraftstoffentnahme im Betrieb dynamisch simuliert. Es sind außerdem experimentelle Untersuchungen an kalten Tanksystemen mit den Projektpartnern geplant. Die Modellierung und die experimentelle Validierung sind die Grundbausteine um das CcH2-Speichersystem erfolgreich in Kraftfahrzeuge zu integrieren.
Projektrahmen: Verbundvorhaben: CryoTRUCK
Förderung: Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV)
Förderkennzeichen: 03B10411E
Laufzeit: 01.01.2022 - 31.05.2025
Website: CryoTRUCK
Kontakt: Johannes Hamacher, Alexander Stary, Daniel Siebe, Laura Stops
Entwicklung und Demonstration zweier Technologien für die Betankung von Flugzeugen mit Flüssigwasserstoff: Direkte Betankung und Tankwechsel-Technologie
Ziel des Projekts sind die Entwicklung zweier Betankungstechnologien und deren Demonstration an Flughäfen in Mailand und Paris. Untersucht werden die direkte Betankung eines Flugzeugs mit Flüssigwasserstoff und eine Tanktausch-Technologie, bei der ein leerer Tank durch einen gefüllten Tank ausgetauscht wird. Der Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik arbeitet im Rahmen des Projekts ALRIGH2T in Kooperation mit Linde plc an der Entwicklung und Modellierung eines direkten Betankungssystems basierend auf einer Flüssigwasserstoffkreiselpumpe. Dabei wird eine solche Pumpe entwickelt und in einer Testanlage erprobt. Zudem wird ein dynamisches Modell für Be- und Entladungsvorgänge von Flüssigwasserstoff entwickelt und verwendet, um das Gesamtsystem zu optimieren.
Projektrahmen: EU Förderprojekt ALRIGH2T
Förderung: European Climate, Infrastructure and Environment Executive Agency (CINEA)
Förderkennzeichen: 101138105
Laufzeit: 01.01.2024 - 01.01.2028
Website: ALRIGH2T
Kontakt: Fabian Primke
Lehrstuhl für Technische Elektrochemie (TEC)
Brennstoffzellenlösungen zur Erzeugung elektrischer Energie aus grünem Wasserstoff
Die Forschung am Lehrstuhl für Technische Elektrochemie im Bereich der Nutzung von PtX-Produkten konzentriert sich auf Protonenaustauschmembran (PEM) Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie. Die Themen umfassen neben Katalysatorsynthese und Designoptimierung von Katalysatorschichten mit Platingruppenmetallen auch die Entwicklung und Charakterisierung von platinfreien Katalysatoren. Darüber hinaus werden Transportprozesse in Katalysator- und Gasdiffusionsschichten untersucht und optimiert, sowie Leistungs- und Lebensdauertests mit in situ und ex situ Diagnostikmethoden durchgeführt, um ein besseres Verständnis von Degradationsmechanismen zu erlangen.
Website: Brennstoffzellenforschung am TEC
Kontakt: Matthias Kornherr
Lehrstuhl für Nachhaltige Mobile Antriebssysteme (NMA)
Kostengünstige, effiziente und emissionsarme Nutzung synthetischer Kraftstoffe für die Fortbewegung und zur Stromerzeugung
Durch Verbrennungsmotoren können synthetische Kraftstoffe kostengünstig, effizient und emissionsarm für die Fortbewegung und zur Stromerzeugung eingesetzt werden. Die Anpassung von Motorkonzepten auf neue Kraftstoffe ermöglicht bessere Wirkungsgrade und eine leistungsfähigere Abgasnachbehandlung im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen. In vielen Bereichen werden Verbrennungsmotoren zunehmend durch elektrische Antriebe ergänzt, so dass hybride Systeme entwickelt werden müssen, die den hohen Anforderungen einer nachhaltigen Energiewirtschaft genügen.
Website: Forschung am NMA
Kontakt: Dr.-Ing. Martin Härtl
Lehrstuhl für Turbomaschinen und Flugantriebe (LTF)
Verbrennungseigenschaften von nachhaltigen Brennstoffen in Hubschraubertriebwerken
Die Forschung zu Wasserstoff und seinen Derivaten am LTF konzentriert sich auf die experimentelle Untersuchungen von verschiedenen nachhaltigen Brennstoffen an einem Hubschraubertriebwerk Allison 250 C20B bezüglich Leistung und Emissionen.
Website: Forschung am LTF
Kontakt: Alexander Rabl
Small Aero Engines - Performance and Emissions using Drop-In Fuels
Neben elektrischen Flugantrieben oder der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff können alternative Brennstoffe genutzt werden, um eine schnelle Minderung der Klimawirkung des Luftverkehrs zu erzielen. In dem durch Munich Aerospace e.V. finanzierten Projekt soll das Verhalten einer Kleingasturbine bezüglich der Performance, der Triebwerksgesundheit und der entstehenden Emissionen unter der Verwendung von alternativen Brennstoffen untersucht werden. Die folgenden Fragestellungen sollen dabei genauer betrachtet werden:
- Wie ist der kraftstoffspezifische Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des Triebwerks?
- Welche Änderungen in der Triebwerksleistung sind im stationären und instationären Betrieb zu sehen?
- Wie wirken sich verschiedene Drop-In Fuels, Sustainable Aviation Fuels oder eFuels auf die Emissionen aus?
Bezüglich der Triebwerksemissionen werden sowohl die Gasphase als auch die Partikelemissionen betrachtet.
Die Versuche finden an dem lehrstuhleigenen Helikoptertriebwerk Allison 250 C20B statt. Dieses Wellenleistungstriebwerk ist sehr kompakt und die einzelnen Komponenten sind gut zugänglich, was Anpassungen und den Betrieb erleichtert. Dadurch ist es möglich neue Messtechnik einfach zu integrieren. Bezüglich des Brennstoffsystems kann schnell zwischen regulärer Jet A-1 Zufuhr und alternativer Brennstoffzufuhr gewechselt werden.
Genaueres zum Allison- Gasturbinenprüfstand kann hier nachgelesen werden.
Förderung: Munich Aerospace e.V.
Laufzeit: 08/2021-07/2024
Kontakt: Alexander Rabl
Weiterführende Informationen: ASAF at LTF
Bauhaus Luftfahrt e.V.
Synthese und Nutzung Alternatver Kraftstoffe in der Luftfahrt
Erneuerbare Alternativen zu konventionellem Kerosin rücken aus ökologischen und ökonomischen Gründen zunehmend in den Fokus der Luftfahrt. In diesem vielfältigen Themenfeld konzentriert sich der Forschungsschwerpunkt „Alternative Kraftstoffe“ am Bauhaus Luftfahrt auf folgende zentrale Fragestellungen:
- Welche Mengen können in Zukunft weltweit auf nachhaltige Weise produziert werden?
- Welche technischen Produktionspfade stehen für eine langfristige Versorgung zur Verfügung?
- Und wie sind diese Pfade im Hinblick auf ihre technischen, ökologischen und sozioökonomischen Potenziale zu bewerten?
Technologische Optionen mit langfristigem Zukunftspotenzial spielen in den von Bauhaus Luftfahrt durchgeführte Betrachtungen eine besondere Rolle. Wichtige Forschungsthemen im Bereich alternativer Kraftstoffe sind hierbei die Produktion von fortschrittlichen Biokraftstoffen mit Rohstoffen wie Abfall- und Reststoffen, sowie nicht biogene Ansätze, z.B. Power-to-Liquid (PtL), solar-thermochemische Kraftstoffe (Sun-to-Liquid - StL) und Wasserstoff.
Website: Forschung am BH Luft