Project Liquid H2

The next chapter in hydrogen-powered aviation

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Unsere Mission

Wir bringen flüssigen Wasserstoff in die Luft und zeigen mit Liquid H2, dass eine emissionsfreie Luftfahrt die Zukunft ist.

Unsere Lösung

Nach den Erfolgen mit batterie- und gasförmig wasserstoffbetriebenen Antriebssystemen gehen wir mit Liquid H2 den nächsten konsequenten Schritt: die Entwicklung eines Antriebs mit flüssigem Wasserstoff. Flüssiger Wasserstoff besitzt eine rund dreimal höhere Energiedichte als herkömmliche Flugzeugtreibstoffe wie Kerosin und ermöglicht damit deutlich längere Flugstrecken.

Der Weg

Wir konzentrieren uns in der Entwicklung auf das Gesamtsystem statt auf einzelne Komponenten. Das bedeutet, dass wir bereits existierende und bewährte Komponenten nutzen und sie auf eine Weise integrieren, die es so bisher noch nicht gegeben hat. Neben dem Systemdesign legen wir größten Wert auf die strukturelle Integration in unser Trägerflugzeug sowie auf höchste Sicherheit!

Ärmelkanalüberquerung

Mit unserem Projekt Liquid H2 wollen wir als erstes wasserstoffbetriebenes Flugzeug den Ärmelkanal überqueren mit Zwischenstopp in Paris. Dieser Flug markiert einen wichtigen Meilenstein für die emissionsfreie Luftfahrt und demonstriert die Reichweite und Praxistauglichkeit unseres flüssigen Wasserstoff Antriebsstrangs. Damit zeigen wir, dass nachhaltiges Fliegen mit Wasserstoff bereit ist, die Luftfahrt von morgen zu prägen.

Reichweite

500

km

LH2 Temperatur

-253

°C

Wasserstoffkapazität

~10

kg

Technologien der Zukunft

Tank

Leichtbau & Energiedichte

Für den Antrieb setzen wir als Hauptenergiequelle auf Flüssigwasserstoff. Dieser muss bei -253 °C gespeichert werden, bietet aber entscheidende Vorteile: Seine Energiedichte ist fast 70 % höher als die von gasförmigem Wasserstoff in modernen 700-bar-Drucktanks und erlaubt zudem eine Speicherung bei wesentlich niedrigerem Druck. Verglichen mit Kerosin ist die Energiedichte pro Kilogramm sogar dreimal höher. Um bei diesen extremen Lagertemperaturen maximales Gewicht zu sparen, fertigen wir sowohl den Innen- als auch den Aussentank aus Aluminium statt aus Stahl. Ein einzelner Tank fasst dabei 5 Kilogramm Treibstoff, sodass das komplette System vollgetankt knapp 40 Kilogramm wiegt.

Tank

Isolation & Tankaufhängung

Zur Isolation des Flüssigwasserstoffs nutzen wir ein Vakuum und Reflexionsfolien (MLI) im Tankzwischenraum. Bei -253°C zieht sich der Innentank aus Aluminium um mehrere Millimeter zusammen. Um Materialspannungen zu vermeiden und den Wärmefluss zu minimieren, haben wir eine flexible Aufhängung aus vorgespannten Seilen und einem federgelagerten Bolzen entwickelt. Dieser Mechanismus gleicht das Zusammenziehen aus und hält den Tank auch bei Flugmanövern und Landungen sicher in Position.

Tank

Strukturmechanik (Buckling am Aussentank)

Der Aussentank unseres Systems erfüllt eine essenzielle Aufgabe: Er umschliesst den Innentank und hält ein Hochvakuum aufrecht. Dieses Vakuum ist notwendig, damit die Multi-Layer Insulation (MLI) Folie die einfallende Wärmestrahlung effizient abschirmen kann.

Das Vakuum im Inneren führt jedoch dazu, dass der atmosphärische Umgebungsdruck auf die Aussenhülle presst. Dadurch entsteht das Risiko des sogenannten Bucklings (Einbeulen der Struktur). Auf dem Bild ist eine entsprechende Struktursimulation dieses Phänomens zu sehen: Rote Bereiche markieren Zonen mit starker potenzieller Verformung, während blaue Zonen stabil bleiben. Die räumliche Verschiebung ist zur besseren Erkennbarkeit stark übertrieben dargestellt. Durch die Erkenntnisse aus diesen Simulationen können wir das Design iterativ anpassen und gezielte Versteifungen an der Hülle anbringen, um ein Einbeulen zuverlässig zu verhindern.

Tank

Vakuumbox

Unsere Vakuumbox enthält alle Ventile, die für das Befüllen und Entleeren des Tanks benötigt werden. Durch das Vakuum hat man kaum noch Hitzeeinfall in die Verrohrung, weshalb die Verdampfungsverluste minimiert werden. Durch die enorm niedrigen Temperaturen der Verrohrung, würde die Aussenluft beginnen sich zu verflüssigen oder sogar gefrieren, wenn nicht das Vakuum dazwischen wäre.

Wärmetauscher

Wärmetauscher

Um den kryogenen Wasserstoff vor dem Eintritt in die Brennstoffzelle auf die optimale Betriebstemperatur zu bringen, nutzen wir einen selbst entwickelten Wärmetauscher, der im Metall-3D-Druckverfahren gefertigt wird. Dieser nutzt die entstehende Abwärme der Brennstoffzelle. Als Material kommt dabei Aluminium zum Einsatz: Im Vergleich zu Stahl weist es eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit auf, was den Wärmeaustausch wesentlich effizienter macht. Durch umfassende thermische Simulationen und iteratives Design stellen wir zudem sicher, dass der Wasserstoff ideal temperiert wird, während ein Einfrieren des Kühlmittels zuverlässig verhindert wird.

Teststand

Teststand - System

Die Entwicklung eigener Flüssigwasserstofftanks erfordert eine massgeschneiderte Testinfrastruktur. Auf unserem Teststand können die Tanks umfangreich getestet werden. Von Dicht und Drucktests bis hin zu Tests mit flüssigem Wasserstoff werden die Tanks geprüft. Ein zentraler Bestandteil ist zudem die komplexe Betankungsprozedur: Um unnötige Verdampfung von Flüssigwasserstoff zu vermeiden, werden die Tanks zunächst mit flüssigem Stickstoff vorgekühlt, bevor die finale Befüllung mit flüssigem Wasserstoff erfolgt.  Diese und weitere umfassende Testreihen garantieren höchste Sicherheit für den späteren Einsatz.

 

Teststand

Teststand - System

Um ein Flüssigwasserstoffsystem testen zu können errichten wir einen neuen Teststand, welcher die Fähigkeiten unserer alten Testinfrastruktur erweitert. Dazu gehört die nötige Technik, um Wasserstoff zu verflüssigen und verflüssigt zu lagern, sowie ein Leitungssystem um den flüssigen Stickstoff und Wasserstoff in den Tank zu füllen. Zu diesem Leitungssystem gehört ebenfalls ein Vent Stack: Er dient als kontrollierter Ablass in die Umgebung und gewährleistet, dass überschüssiger Wasserstoff, etwa durch natürliches Verdampfen (Boil-off) oder beim Spülen der Leitungen, jederzeit in einer sicheren Höhe abgeleitet wird. Ebenfalls wird ein neuer Schaltschrank für das Testgelände installiert, um die Stromversorgung und Steuerung zu übernehmen neuer Schaltschrank, welcher die Stromversorgung und Steuerung des Systems übernimmt.

Antriebsstrang

Teststand

Das Brennstoffzellen-Team hat einen neuen Teststand entwickelt. Das Ziel war es, ein modulares System zu entwickeln, das eine schnelle Prototypenentwicklung ermöglicht und gleichzeitig die kontinuierliche Weiterentwicklung unterstützt. Der Teststand ermöglicht das Testen der Brennstoffzelle selbst sowie auch aller zugehörigen Komponenten der Nebenlagen. Langfristig ermöglicht der Aufbau die Flexibilität das System in jede Richtung anzupassen, erweitern und weiterentwickeln.

 

Antriebsstrang

Kompressor

Der neue Kompressor in unserem System verfügt über eine integrierte Expansionsturbine, die eine teilweise Rückgewinnung von Energie aus dem Abgas der Brennstoffzelle ermöglicht. Bei den höchsten Sollwerten des Systems führt dies zu einer Energieeinsparung von bis zu 20% verglichen zur bisherigen Kompressor ohne Expansionsturbine. Die Hauptfunktion des Kompressors besteht darin, die Brennstoffzelle mit Druckluft zu versorgen und so die elektrochemische Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff zu ermöglichen.

Antriebsstrang

Fuel Cell Control Unit (FCCU)

Unser System führt eine neue Steuerungsarchitektur ein, die auf modellbasierter Regelung beruht. Dieser Ansatz ermöglicht eine zentralisierte Steuerung des gesamten Systems. Mithilfe digitaler Systemmodelle können wir das gesamte Brennstoffzellensystem simulieren und die Regelparameter im voraus optimieren. Dies reduziert den erforderlichen Testaufwand erheblich und beschleunigt die Inbetriebnahme des Systems.

Unsere Sponsoren.

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