Abschätzung von geplanten Instandhaltungsaufwänden einer wasserstoffbasierten Sekundärenergieversorgung

Abstract

Auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Luftfahrt stehen Flugzeughersteller und Airlines vor der Herausforderung, die Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre zu reduzieren. Da der stetige Anstieg des weltweiten Luftverkehrs geringen Reduktionen der Emissionen durch Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs entgegenwirkt, werden innovative Energieträgerkonzepte benötigt. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen sind dabei ein vielversprechender Ansatz, da sie außer Wasserdampf keine Abgase ausstoßen. Jedoch finden wasserstoffbetriebene Flugzeuge bis heute keinen Einsatz in der kommerziellen Luftfahrt. Neben den Herausforderungen an den Flugzeugentwurf und die Bodeninfrastruktur sind insbesondere die Auswirkungen auf die Instandhaltung von Wasserstoffflugzeugen unbekannt. Da die Instandhaltungskosten einen erheblichen Teil der Betriebskosten eines Flugzeugs ausmachen, sind sie ein wichtiger Bestandteil der Technologiebewertung in der Entwicklung nachhaltiger Antriebskonzepte. Die vorliegende Arbeit adressiert die Wissenslücke zur Instandhaltung eines Brennstoffzellensystems. Dazu wird ein Sekundärenergieversorgungssystem bestehend aus PEM-Brennstoffzellen für den Ersatz konventioneller Auxiliary Power Units (APU) in einem Kurzstreckenflugzeug analysiert. Aus dem Systementwurf werden anschließend mithilfe der MSG-3-Analyse die geplanten Instandhaltungsmaßnahmen ermittelt und mit denen einer konventionellen APU aus dem Airbus A320 verglichen. Diese Analyse ergab, dass – in Abhängigkeit des zukünftigen Nutzungsprofils – mindestens eine Verdopplung der Arbeitsstunden bei Umstellung auf eine wasserstoffbetriebene Sekundärenergieversorgung zu erwarten ist. Besonders ist hierbei die Zunahme von Instandhaltungsarbeiten in geeigneten Reparaturshops zu erwähnen, welche nicht nur die Komplexität der Instandhaltung, sondern auch den Ersatzmaterialbedarf erhöht. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen die Ableitung von Prognosen für den Betrieb von wasserstoffbetriebenen Flugzeugen und bieten somit eine Basis für die Abschätzung der Instandhaltungsaufwände verschiedener Betriebsszenarien für Wasserstoffflugzeuge.