ESBEF - Entwicklung von Systemen und Bausteinen für das Elektrische Fliegen

Projektübersicht und Ziele

Die Integration von hybrid-elektrischen Antriebskonzepten soll den Anteil fossiler Energieträger im Flugzeug reduzieren, um sowohl den Ausstoß schädlicher Emissionen in mehreren Kilometern Höhe zu verringern als auch einer zusätzlichen Bepreisung fossiler Energieträger entgegenzuwirken. Das Projekt ESBEF (Entwicklung von Systemen und Bausteinen für das Elektrische Fliegen) setzt an diesen Punkten an und handelt von der Entwicklung von Systemen und Bausteinen für den Antrieb von Flugzeugen basierend auf Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologie. Der Technologiesprung von konventionellen Antriebsarchitekturen, die auf fossilen Energieträgern basieren, bis zu Antriebsarchitekturen, die Wasserstoff als Energieträger und Brennstoffzellen als Energiewandler nutzen, erfordert umfangreiche Entwicklungen und Fragestellungen, die im Rahmen des Projekts ESBEF beantwortet werden sollen.

Zum Erreichen des Projektziels wird eine Gesamtsystemarchitektur des Flugzeugs entwickelt, die zum jetzigen Stand technisch realisierbar und ökonomisch sinnvoll ist. Hierbei werden Möglichkeiten für eine sinnvolle Energieverteilung untersucht sowie die Sicherheit, die Zuverlässigkeit und die Kosten bewertet. Darüber hinaus werden zentrale Komponenten des Antriebskonzepts wie die Brennstoffzellenstacks und die Balance-of-Plant (BoP) Komponenten in einem hohen Detailgrad entwickelt. Diese Entwicklungen werden im Rahmen von ESBEF mit einem Referenzflugzeug durchgeführt, das auf einem 70-sitzigen Regionalflugzeug basiert. Durch die hohen erforderlichen Energiemengen während des Flugs mit einem Flugzeug in dieser Kategorie wird im Rahmen von ESBEF der Fokus auf die Untersuchung von Wasserstoffspeicherung in kryogener, flüssiger Form (LH2) gesetzt. Weiterhin erfordert die Integration eines solchen Wasserstofftanks in das Flugzeug eine Untersuchung von erweiterten Betriebsbedingungen aufgrund verschiedener Temperatur- und Druckverhältnisse während des Flugs.

Arbeitsinhalte der TUHH

Die Aufgaben des Instituts für Flugzeug-Systemtechnik beschränken sich im Projekt ESBEF auf das Hauptarbeitspaket zur Entwicklung einer Gesamtsystemarchitektur. Die Gesamtsystemarchitektur umfasst sowohl die Definition von Architekturen der Primärsysteme, die für den elektrischen Antrieb des Flugzeugs mit Hilfe von Brennstoffzellen und Wasserstoff zuständig sind, als auch die Betrachtung der Sekundärsysteme, da deren Leistungsverbrauch nicht zu vernachlässigen ist. Das Ziel dabei ist eine Gesamtsystemoptimierung auf Flugzeugebene durchzuführen. Diese ganzheitliche Betrachtung beinhaltet die Bewertung relevanter Systemparameter wie die geforderte Leistung, die Masse und die Kosten. Aus diesen Parametern lassen sich weitere Parameter wie z.B. die bereitzustellende Energiemenge, die Wasserstoffmenge, das Tankgewicht und die Anzahl der Brennstoffzellenstacks ableiten.

Geeignete Gesamtsystemarchitekturen werden mit der Durchführung von Architekturstudien ermittelt. Hierzu wird zunächst eine Vergleichsarchitektur definiert, die auf einem konventionellen, kerosinbasierten Antriebskonzept basiert. Die Vergleichsarchitektur dient als Referenz bei der Bewertung der verschiedenen Systemarchitekturen. Basierend auf der Vergleichsarchitektur wird eine Referenzarchitektur aufgebaut, die einer modernen Systemarchitektur mit einer Brennstoffzelle als Energiewandler entspricht. Die Referenzarchitektur dient als Startpunkt zur Durchführung der Architekturstudien.

Die von dem Institut für Flugzeug-Systemtechnik entwickelte GeneSys Methodik wird verwendet, um die Auslegung der Gesamtsystemarchitektur durchzuführen.

Projektinformationen

Das von Airbus Operations GmbH geleitete Projekt ESBEF wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprojektes LuFo VI-1 durchgeführt. Das Gesamtprojekt läuft von April 2020 bis Juni 2023.