Entwurf und Analyse von Wasserstoffsystemen brennstoffzellen-angetriebener elektrifizierter Luftfahrtantriebe für Regionalflugzeuge

Kurzfassung

Zusammenfassung In einer Welt, die durch schnellere und erschwinglichere Transportmittel immer näher zusammenwächst, sind Flugzeuge nicht mehr wegzudenken. Sie können die Unebenheiten der Landschaft problemlos überwinden, be-nötigen dafür aber große Mengen Treibstoff, welcher den Ausstoß von kli-maschädlichen Treibhausgasen zur Folge hat. Aus diesem Grund werden weniger klimaschädliche Alternativen, wie das Brennstoffzellen-angetriebene elektrifizierte Regionalflugzeug erforscht. Diese Arbeit leistet ihren Beitrag dazu, indem sie Konzepte zum Wasser-stoffsystem eines solchen Regionalflugzeugs mit einem Megawatt Leistung, verteilt auf 10 PEM-Brennstoffzellenstapeln, versorgt von zwei Flüssig-wasserstofftanks aufstellt. Dafür wurde zuerst der Stand der Technik zu-sammengefasst und die Methodik hinter der Vorgehensweise erläutert. Anschließend sind 6 Konzepte aufgestellt worden, von denen sich das auf die Sicherheit des Wasserstofftransports fokussierte Konzept durchsetzen konnte. Dieses Konzept wurde dann in einer Potentialanalyse auf die Zu-kunftssicherheit und Machbarkeit überprüft. Eine 3D-Modellierung des Konzepts hilft dabei, es in den Kontext eines Flugzeugs einzuordnen und eine bessere Idee von der Platzierung zu bekommen. Schlussendlich wur-den im Fazit die Ergebnisse zusammengefasst und ein Ausblick für weitere Forschungsmöglichkeiten in diesem Gebiet gegeben. Abstract In a world that is growing ever closer together thanks to faster and more affordable means of transport, it is no longer possible to imagine life with-out aeroplanes. They can easily overcome the unevenness of the landscape, but require large amounts of fuel, which results in the emission of climate-damaging greenhouse gases. For this reason, less climate-damaging alter-natives, such as the fuel cell-powered electrified regional aircraft, are be-ing researched. This thesis contributes to this by presenting concepts for the hydrogen sys-tem of such a regional aircraft with one megawatt of power distributed over 10 PEM fuel cell stacks supplied by two liquid hydrogen tanks. For this purpose, the state of the art was first summarised and the methodolo-gy behind the approach was explained. Subsequently, 6 concepts were de-veloped, of which the concept focussing on the safety of hydrogen transport was the most successful. This concept was then tested in a potential analy-sis for future safety and feasibility. A 3D modelling of the concept helps to place it in the context of an aircraft and to get a better idea of the place-ment. Finally, the results were summarised in the conclusion and an out-look for further research possibilities in this field was given.