In der Arbeit zum Thema Brennstoffzellenantriebe in der Luftfahrt werden verschiedene Konzepte für klimafreundliches Fliegen unter Einbezug der genannten Antriebsart und ihre Erprobung dargelegt. Als vertiefende Problemstellung wird analysiert und diskutiert, inwieweit die Speicherung von Wasserstoff im flüssigen Zustand Vorteile mit sich bringt.
2%1 der globalen Kohlenstoffdioxid-Emissionen sind im vergangenen Jahr auf die Luftfahrtindustrie zurückzuführen. Ursächlich dafür ist das Nutzen von fossilen und umweltschädigenden Brennstoffen. Neben einer steigenden Knappheit der Ressourcen wird auch der Klimawandel, ausgelöst durch die erhöhte Anzahl an Spurengasen in der Atmosphäre, zu einem immer merklicher werdenden Problem.
In den letzten Jahren haben Demonstrationen wie die der Fridays-for-Future Bewegung gezeigt, dass sich innerhalb unserer Gesellschaft ein stärkeres Umweltbewusstsein dafür ausgeprägt hat. Auch die Politik hat aus dem steigenden Öko- und Energieproblem ihre Schlüsse gezogen. Der Flightpath2050 gibt vor, dass im Vergleich zum Jahr 2000 der CO2-Ausstoß um 75 % und Stickoxide um 90 % pro Passagier verringert werden sollen.
Auch die Lärmbelastung durch die Luftfahrtindustrie soll um 65 % reduziert werden. Erste Maßnahmen, um diese Ziele zu erreichen, wurden bereits getroffen. Die Konferenz E2Flight, welche vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit der Universität Stuttgart jährlich zum Thema Elektrifizierung veranstaltet wird, wurde 2015 ins Leben gerufen. Auch die Flugzeugbauer wie Airbus haben erste Entwürfe für klimafreundliche Flugzeuge präsentiert.
Inhaltsverzeichnis
1.0 Einleitung
2.0 Die Wasserstoff- Brennstoffzelle
3.0 Konzepte und ihre Erprobung
3.1 HY4- Wasserstoffflugzeug
3.2 Phoenix- Wasserstoffflugzeug
4.0 Vertiefung Phoenix-Wasserstoffflugzeug
4.1 Beschreibung der Untersuchung
4.2 Ergebnisse und Wertung der Untersuchung
5.0 Schluss
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial von Brennstoffzellenanbtrieben als klimafreundliche Lösung für die Luftfahrtindustrie. Die Forschungsfrage konzentriert sich dabei insbesondere auf die Analyse der Vor- und Nachteile der Speicherung von flüssigem Wasserstoff im Vergleich zur gasförmigen Speicherung im Kontext konkreter Flugzeugkonzepte.
- Grundlagen der Brennstoffzellentechnologie
- Erprobung aktueller Konzepte (HY4 und Phoenix-Projekt)
- Vergleichende Analyse der Wasserstoffspeicherung (flüssig vs. gasförmig)
- Bewertung von Massen-, Volumen- und Nutzlastaspekten
- Zukünftige Anforderungen und Simulationsmöglichkeiten
Auszug aus dem Buch
4.2 Ergebnisse und Wertung der Untersuchung
Das obige Diagramm zeigt das Gewicht in Kilogramm der Tankeinheit für flüssigen (blauer Graph) und gasförmigen Wasserstoff (H2) (roter Graph), in Abhängigkeit zur steigenden Energie in Kilowattstunden. Auffällig ist die große Differenz der beiden Graphen, welche auf die nötige Isolierung bei flüssigem Wasserstoff (H2) zurückzuführen ist. Ein Gewichtsvorteil bei der Speicherung von flüssigem Wasserstoff (H2) kann daher nicht bestätigt werden.
Das zweite Diagramm, welches bei der Gewichtsberechnung die Isolierung nicht berücksichtigt, zeigt das Gewicht bei Nutzung von flüssigem Wasserstoff (H2) (blauer Graph) und gasförmigen Wasserstoff (H2) (roter Graph). Die Differenz der Graphen wird mit zunehmender Energie größer. Der blaue Graph bleibt dabei unterhalb des roten Graphens. Das Gewicht von flüssigem Wasserstoff (H2), im Vergleich zu gasförmigem Wasserstoff (H2), ist bei gleichem Energiebedarf, aufgrund seiner höheren Energiedichte, also geringer. Es ist also weniger flüssiger Wasserstoff (H2) notwendig, um die gleiche Energiemenge zu erhalten.
Zusammenfassung der Kapitel
1.0 Einleitung: Diese Einleitung beleuchtet die ökologische Notwendigkeit emissionsfreier Luftfahrtantriebe und definiert das Ziel der Arbeit, verschiedene Konzepte unter besonderer Berücksichtigung der flüssigen Wasserstoffspeicherung zu bewerten.
2.0 Die Wasserstoff- Brennstoffzelle: Dieses Kapitel erläutert die chemischen Grundlagen und die Funktionsweise von Wasserstoff-Brennstoffzellen, die durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugen.
3.0 Konzepte und ihre Erprobung: Hier werden die Flugzeugprototypen HY4 und Phoenix vorgestellt, wobei die technologischen Ansätze der DLR und der Universität Delft zur praktischen Umsetzung emissionsfreien Fliegens diskutiert werden.
4.0 Vertiefung Phoenix-Wasserstoffflugzeug: Dieser Teil widmet sich einer detaillierten rechnerischen Untersuchung des Speicherkonzeptes, um die Unterschiede zwischen flüssiger und gasförmiger Wasserstoffbereitstellung zu vergleichen.
5.0 Schluss: Das Fazit fasst zusammen, dass emissionsfreies Fliegen technisch machbar ist und die flüssige Speicherung zwar Vorteile bei Volumen und Gewicht pro Energiedichte bietet, die notwendige Isolierung jedoch die Nutzlast beeinflusst.
Schlüsselwörter
Brennstoffzelle, Luftfahrt, Wasserstoff, Klimawandel, Emissonsfreies Fliegen, HY4, Phoenix-Flugzeug, Flüssigwasserstoff, PEM-Brennstoffzelle, Energiedichte, CO2-Emissionen, Nachhaltigkeit, Lufttaxi, Isolierung, Nutzlast
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit analysiert den Einsatz von Brennstoffzellen als umweltfreundliche Antriebsform in der Luftfahrt und diskutiert die Herausforderungen bei der Wasserstoffspeicherung.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zu den Schwerpunkten zählen die Funktionsweise von PEM-Brennstoffzellen, die Vorstellung von Flugzeugkonzepten wie der HY4 und Phoenix sowie der Vergleich verschiedener Speicherzustände von Wasserstoff.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Hauptziel besteht darin, die Vor- und Nachteile der flüssigen gegenüber der gasförmigen Wasserstoffspeicherung in der Luftfahrt zu analysieren und deren Auswirkungen auf das Flugzeugdesign zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autorin stützt sich auf eine Analyse von Fachliteratur sowie auf eigene numerische Berechnungen mittels Python-Skripten, um Massen- und Volumendaten vergleichbar zu machen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Erläuterung der Brennstoffzellentechnologie, die Beschreibung von Praxisbeispielen und die mathematische Auswertung der Speichertechnologien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Emissionsfreies Fliegen, Wasserstoff, Brennstoffzelle, Energiedichte und Luftfahrtindustrie geprägt.
Warum spielt die Isolierung beim "Phoenix"-Konzept eine so wichtige Rolle?
Die Isolierung ist notwendig, um flüssigen Wasserstoff bei einer Temperatur von -253 Grad Celsius zu halten, weshalb sie signifikanten Einfluss auf das Gesamtgewicht des Flugzeugs nimmt.
Was ist das Ergebnis der rechnerischen Untersuchung hinsichtlich des Gewichts?
Das Ergebnis zeigt, dass der Gewichtsvorteil des flüssigen Wasserstoffs durch das zusätzliche Gewicht der erforderlichen 20 cm dicken Isolierung wieder zunichtegemacht wird.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2020, Brennstoffzellenantriebe in der Luftfahrt. Konzepte und ihre Erprobung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1315937
