Thermalsystem für ein 250kW Brennstoffzellen-Antriebsstrang (EnaBle)

Abstract

In der Luftfahrt hingegen befindet sich die Brennstoffzellentechnologie noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Erste Prototypen wie die Antares DLR-H2 oder die umgerüstete Piper M von ZeroAvia zeigen zwar das grundsätzliche Potenzial, erfüllen jedoch noch nicht die hohen Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Systemintegration, die für eine kommerzielle Nutzung unabdingbar sind. Besonders herausfordernd ist dabei das Thermalmanagement: Die niedrigen Betriebstemperaturen von PEM-Brennstoffzellen erzeugen eine große Wärmemenge, die effizient abgeführt werden muss – ein komplexes Unterfangen unter luftfahrtspezifischen Bedingungen wie hohem Leistungsbedarf, Gewichtslimitierungen und aerodynamischen Anforderungen. Das Verbundvorhaben EnaBle setzte genau hier an und verfolgte das Ziel, einen elektrischen Hauptantriebsstrang auf Basis eines Brennstoffzellen-Batterie-Hybrids für Luftfahrtanwendungen weiterzuentwickeln. Im Einklang mit den Zielen der europäischen Luftfahrtstrategie Flightpath 2050 soll das System zur signifikanten Reduktion von CO₂-, NOₓ- und Lärmemissionen beitragen – trotz eines prognostizierten jährlichen Wachstums des Luftverkehrs um 5 %. Die Systemreife wurde dabei gezielt hinsichtlich Robustheit, Steuerungs- und Regelverhalten sowie Betrieb unter niedrigen Umgebungsdrücken erhöht. Ein entsprechender Antriebsstrang wurde im Labor aufgebaut und unter realitätsnahen Bedingungen erprobt. Ein besonderer Fokus lag auf der Entwicklung eines luftfahrttauglichen Kühlkonzepts für die gewählte 250-kW-Leistungsklasse, das den spezifischen Anforderungen der Luftfahrt gerecht wird. Darüber hinaus wurden gesamtheitliche Studien zur Systemarchitektur durchgeführt, um tragfähige Lösungen für die Commuter- und Regionalflugzeugklasse zu identifizieren und die technologische Skalierbarkeit zu bewerten.