Brennstoffzellen für E-Flugzeuge möglich

Urbana-Champaign (pte019/15.05.2019/11:30) - Forscher der US-Weltraumbehörde NASA http://nasa.gov und der Ingenieurschule an der University of Illinois http://engineering.illinois.edu wollen E-Flugzeuge Realität werden lassen. Wie es prinzipiell geht, steht schon fest. Den Strom sollen nicht Batterien liefern, sondern viel leichtere Brennstoffzellen, die Wasserstoff und den Sauerstoff der Atmosphäre in Strom verwandeln. Als Abgas entsteht lediglich Wasserdampf, genauso wie beim Verbrennen von Kerosin. Der Unterschied: In heutigen Flugzeugabgasen sind große Mengen an CO2 und Schadstoffen enthalten.

HTSL-Motoren für höchste Effizienz

Der Wasserstoff soll nicht in schweren Druckflaschen transportiert werden, sondern in flüssiger Form in gut isolierten Tanks. Er hat eine Temperatur von weniger als minus 253 Grad Celsius. "Wir planen einen ultra-effizienten Elektroantrieb", sagt Phillip Ansell, Assistenzprofessor für Luftfahrttechnik an der Hochschule.

Dabei komme die niedrige Temperatur des Wasserstoffs gerade recht. Sie könne zur Kühlung von E-Motoren mit Spulen aus Hochtemperatur-Supraleitern (HTSL) genutzt werden. Diese setzen dem elektrischen Strom keinen Widerstand entgegen, sodass die ohnehin geringen Verluste dieser Antriebsart noch einmal reduziert werden.

Wasserstoff kühlt auch Supraleiter

Bei der Kühlung der Elektromotoren erwärmt sich der Wasserstoff. Das macht nichts, denn ehe er in die Brennstoffzellen geleitet wird, muss er ohnehin gasförmig werden. Das geschieht bei der Motorkühlung - Hochtemperatur-Supraleiter funktionieren bei Temperaturen zwischen minus 180 und 240 Grad Celsius.

"Die Fortschritte bei E-Flugzeugen, die keine Supraleiter verwenden, haben die Realisierung von Regionalflugzeugen nähergebracht", sagt Kiruba Haran, Assistenzprofessor für Elektrotechnik und Computerwissenschaften. Doch nur kryogene Systeme, also Motoren, die bei ultratiefen Temperaturen betrieben werden, seien der Heilige Gral für Großflugzeuge mit E-Antrieb. Das liege an der sonst unerreichbaren Energiedichte und Effizienz der Motoren.

Zu den noch zu lösenden Problemen gehört die Isolation der Kryobehälter, in denen der Flüssigwasserstoff transportiert wird. Sie muss effektiv und dünn sein, weil das Platzangebot an Bord beschränkt ist. Grafiker der Hochschule haben eine Prinzipskizze eines solchen Flugzeugs erstellt. Blau sind die Energiespeicher, grün der Antriebsstrang einschließlich Motoren und braun die Brennstoffzellen, zu denen auch eine Batterie als Puffer gehört.

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