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Flugzeugentwurf für mit Wasserstoff angetriebene Luftfahrzeuge

Erstellt am: 29.06.2011 | Stand des Wissens: 23.02.2017
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Der Kryo-Treibstoff Wasserstoff (und Methan) muss in flüssiger Form gelagert werden, was zu erheblichen Änderungen des Flugzeugentwurfs führt. Wegen der Isolation und starken Bedrückung der Tanks, kann der LH2 nicht im Tragflügel gelagert werden. Die schweren Kryo-Tanks (Siehe Abbildung: Modifikation einer B 737) erhöhen das operationelle Leergewicht (OEW - Operating Empty Weight) um etwa 13 Prozent. Da der Wasserstoff ein sehr leichter Stoff ist, fällt das Startgewicht des gesamten Flugzeugs um etwa 5 Prozent niedriger aus.

Abb. 1: Modifikation einer B 737 mit LH2 [Dagg]

Da die Triebwerke eines Flugzeugs für den Start ausgelegt werden, könnten sie in diesem Fall 25 Prozent weniger Schub leisten bzw. es könnten kleinere und leichtere Triebwerke verwendet werden. Ebenso wäre es möglich, die Tragflügelspannweite um etwa 5 Prozent zu verringern. Sie müssen jedoch immer noch in der Lage sein, ein größeres OEW beim Landeanflug zu bewältigen (daher nur 5 Prozent).

Die schweren Tanks erhöhen den Energieverbrauch um 28 Prozent bei einem Kurzstreckenflug von 500 nmi. Bei größeren Flugstrecken kommt der Vorteil des sehr leichten Treibstoffs immer mehr zum Tragen. Auf einem Mittelstreckenflug von 3000 nmi verbraucht das LH2-Flugzeug nur 2 Prozent mehr Energie als ein Kerosinflugzeug.

LH2-Langstreckenflugzeuge würden dementsprechend vom geringeren Treibstoffverbrauch profitieren. Eine besondere Herausforderung bei der Verwendung kryogener Treibstoffe stellt die geforderte Turnaround Zeit von 1 Stunde dar. Der Betankungsvorgang ist sehr komplex und erfordert die besondere Berücksichtigung des Dampfdrucks der Flugzeugtanks und des Befüllungssystems.
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Auswirkungen herkömmlicher Luftverkehrskraftstoffe & Entwicklung alternativer Flugtreibstoffe (Stand des Wissens: 23.02.2017)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?355970
Literatur
[Dagg] Daggett, D., Hadaller, O., Hendricks, R., Walther, R. Alternative Fuels and Their Potential Impact on Aviation, 2006
Glossar
CH4 = Methan. Es ist ein farbloses, geruchloses und leicht brennbares Gas, das zu Kohlendioxid und Wasser verbrennt. Methan ist Hauptbestandteil von Erdgas, Biogas, Deponiegas und Klärgas. Als Erdgas dient es hauptsächlich der Beheizung von Wohn- und Gewerberäumen, als industrielle Prozesswärmeenergie, zur elektrischen Stromerzeugung und in kleinem Umfang als Treibstoff für Kraftfahrzeuge. Methan gehört zu den klimarelevanten Treibhausgasen. Methan entsteht bei allen organischen Gär- und Zersetzungsprozessen, wie z.B. in Sümpfen, Nassreisfeldern und Massenviehhaltung. (Der Verdauungstrakt von Wiederkäuern produziert Methan.) Nach Kohlendioxid ist Methan mit einem Anteil von knapp 20 Prozent wichtigster Verursacher des Treibhauseffekts, wobei es ein 20- bis 30-mal wirksameres Treibhausgas als CO2 ist. Die weltweiten Methanemissionen werden auf 500 Mio. Tonnen/Jahr geschätzt, davon gehen rund 70 Prozent auf menschliche Aktivitäten zurück.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?355791

Gedruckt am Sonntag, 2. Oktober 2022 12:13:26