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Triebwerkskonfiguration für alternative Treibstoffe

Erstellt am: 03.07.2011 | Stand des Wissens: 23.02.2017
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Als alternative oder neue Treibstoffe gelten Flüssig-Wasserstoff (LH2) und Flüssig-Methan (LCH4). Diese Stoffe kommen in der Erdatmosphäre in gasförmiger Form vor. Zur Mitführung als Treibstoff sowie zur Verringerung des Tankvolumens, müssen sie stark gekühlt werden. Die angewandten Kühlverfahren bezeichnet man als Kyrotechnik. Um Wasserstoff zu verflüssigen, muss dieser auf minus 235 Grad Celsius heruntergekühlt werden, bei Methan sind es minus 156 Grad Celsius. Setzt man den Energiegehalt in ein Verhältnis zur Masse (gemessen in kJ/g), ergibt sich ein vierfach größeres Volumen beim Flüssigwasserstoff sowie ein 1,6 fach größeres Volumen beim Flüssigmethan als beim Kerosin.

Also führen Luftfahrzeuge, die mit Flüssig-Wasserstoff bzw. -Methan betrieben werden, einen entsprechend größeren Tank, der in einer aerodynamischen Form konstruiert sein muss, mit sich. Außerdem kommt noch zusätzliches Volumen hinzu, weil diese Tanks entsprechend isoliert sein müssen, um gegen die aerodynamische Aufheizung geschützt zu sein.

Wasserstoff wandelt sich bei der Verbrennung in Wasserdampf (H2O) um, dessen Auswirkungen auf die Umwelt weniger schädlich sind als die von CO2-Emissionen. Außerdem sind die Vorräte des Rohstoffs Wasser auf der Erde nicht so begrenzt, wie die an Öl. Wasserstoff kann z.B. in Solarkraftwerken durch Elektrolyse gewonnen werden und gilt besonders aufgrund dieses Umstandes als "ökologisch alternativer Brennstoff". Ein wichtiges Forschungsthema beim Einsatz von Wasserstoff als Flugtreibstoff ist die Untersuchung der Auswirkungen von großen Mengen zusätzlichen Wasserdampfs in den oberen Bereichen der Atmosphäre. Flüssig-Methan entsteht aus Erdgas und wird schon deshalb lediglich als eine Übergangslösung betrachtet. Eine weitere Methode zur Erzeugung von Methan ist die in Biokraftwerken der Landwirtschaft.

Eine Internationale Forschergruppe hat den Antrieb von Verkehrsflugzeugen (genannt CRYOPLANE) mit Flüssig-Wasserstoff untersucht. An dem Programm waren u.a. die Daimler-Benz Aerospace (DASA), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik (DLR) sowie der kanadische Triebwerkshersteller Pratt & Whitney of Canada (PWC) beteiligt. Projektiert ist, den Wasserstoff durch den Einsatz kanadischer Wasserkraft zu gewinnen und ihn anschließend in flüssiger Form per Schiff an den jeweiligen Einsatzort zu transportieren. [EUKom03q]
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
[EUKom03q] o. A. Liquid Hydrogen Fuelled Aircraft - System Analysis (CRYOPLANE) - Final Technical Report (Publishable Version), Airbus Deutschland GmbH / Hamburg, 2003/09/24
Weiterführende Literatur
[ASEB02] Committee on Aeronautics Research and Technology for Environmental Compatibility, Dutton , John A.; , Bahr, Donald; , Berardino, Frank; , Cosgrove, Benjamin A.;, Guensler, Randall; , Hudson, S. Michael; , Krull, Nicholas P.; , Niedzwiecki, Rich; , Ravishankara, Akkihebal R.; , Sturtevant, Bradford; , Valeika, Ray; , Waitz, Ian A. For Greener Skies - Reducing Environmental Impacts of Aviation, National Academy Press / Washington, DC, 2002, ISBN/ISSN ISBN 0-309-08337-0
Glossar
H2O = Wasser. Ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Die Bezeichnung Wasser wird besonders für den flüssigen Aggregatzustand verwendet. Im festen (gefrorenen) Zustand spricht man von Eis, im gasförmigen Zustand von Wasserdampf. Wasser ist die einzige chemische Verbindung auf der Erde, die in der Natur in allen drei Aggregatzuständen vorkommt.
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/?356324

Gedruckt am Sonntag, 2. Oktober 2022 12:51:45