Flugzeugantrieb mit Wasserstoff

Hallo Expeten,

der hohe Ölpreis und die steigende Zunahme des Luftverkehrs brachten mich auf die Frage wie weit denn die technische Entwicklung mit Wasserstoff im Bereich der Luftfahrt ist.

Bei Automobilen ist doch wohl das größte Problem, dass die Betankung der Fahrzeuge extrem gefährlich ist, und noch kein geschlossenens Tankstellennetz besteht, indem Wasserstoff verfügbar ist.

Da die Anzahl von Flughäfen doch deutlich geringer ist als die der Tankstellen, und die Sicherheitsvorkehrungen auch wesentlich höher (Flugzeuge werden von Profis betankt) müßte doch hier wenigstens für den Flugverkehr eine Goldene Zukunft liegen.

Gibt es Probleme Turbinen mit Wasserstoff anzutreiben? Wenn ja, könnten doch wenigstens die Propellerflugzeuge mit Wasserstoff laufen. Ist flüssiger Wasserstoff nicht auch wesentlich leichter als Kerosin? Ist nicht auch der Brennwert höher? Gibt es in der dünnen Luft in großer Höhe genug Sauerstoff zur Verbrennung? Muss ja, sonst würden die Turbinen jetzt auch nicht laufen.

Fragt sich,
Pumarc

Hallo Pumarc,

*grins* ich hab ja einen ganzen Ordner zu diesem Thema hier im Regal stehen, aber ich glaub, wenn ich Dir den zu lesen gäbe, müßte ich Dich danach töten *fg* Aber google doch einfach mal nach „Cryoplane“ (meine momentane Netzanbindung ist zur Zeit derart langsam, daß ich die Links nicht vorab anschauen kann *seufz*)
Aber vielleicht ein paar generelle Worte zu der Wasserstoff-Sache:
Klar, Wasserstoff ist ne tolle Sache, verbrennt zu Luft und Wasser. Nur: um den Wasserstoff erstmal herzustellen braucht’s auch Energie (und das ist je nach Verfahren nicht ganz wenig). Und diese Energie wiederum kann genauso wie jede andere aus nicht-regenerierbaren wie auch aus regenerierbaren Quellen kommen.
Dann zu der Sache mit der Gefährlichkeit: Klar, wahrscheinlich sind die meisten von uns im Chemieunterricht beim Thema „Knallgasreaktion“ mächtig erschrocken. Ich persönlich glaube ja, daß das die Rache der Chemielehrer dieser Welt an pennenden Schülern ist, aber das ist ein anderes Thema. Wie auch immer: Wasserstoff ist unbestreitbar ein hochexplosives Gas. Aber: Benzin, Kerosin und Co. sind da um keinen Deut besser (nich schlagen, ich hab die Klassifizierung grad nicht da), und Wasserstoff verbrennt sehr viel „überlebbarer“ als beispielsweise Kerosin das tut. Ein Grund dafür ist, daß Wasserstoff ziemlich leicht ist und davonschwebt während Kerosin ja fröhlich nach unten tropft und von dort aus das Feuerchen anzündet. Die Betankung ist ebenfalls nicht gefährlicher oder ungefährlicher als mit „normalem“ Bezin oder Kerosin. Wird beispielsweise schon seit ner ganzen Weile mit diesen Wasserstoffbussen am Münchner Flughafen so betrieben. Da tanken die Busfahrer nach kurzer Einschulung ohne Probleme selber.
Jetzt müssen wir aber irgendwie zurück zu den Flugzeugen kommen. Das oben genannte Cryoplane ist so ein Kandidat. Und wenn ich mich recht erinnere war eines der größten Probleme (neben der Tatsache, daß sich die Jungs zu Tode verwaltet haben), daß die riesige Tanks einbauen mußten. Ha - eben erbarmt sich die Seite meiner: http://www.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/hh/text_2… Mit recht nettem Foto wie groß die Tanks eigentlich sind. Ein weiteres Problem war, daß die ganze Technologie eher noch in den Kinderschuhen steckt und die in der Luftfahrt natürlich etwas höheren Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Gewicht noch zu teuer waren zu erreichen. Ist meiner Meinung nach jedoch ein Fall von „da war die Zeit noch nicht reif“.
Bei den Kleinflugzeugen sieht die Sache nochmal ein wenig anders aus. Dadurch daß es davon vergleichsweise wenig gibt sind die nicht soooo interessant als Entwicklungsfeld. Zudem müßte ja hier auch wieder ne ganz andere Infrastruktur geschaffen werden, weil es ja sehr viel mehr „kleine“ als „große“ Flugplätze gibt.

Ich hoffe, daß Dir das schon ein bisserl weiterhilft, bin aber überzeugt, daß sich noch mehr Leute zu Wort melden, die sich damit auskennen.

*wink*

Petzi

Hallo Pumarc,

Petzi hat eigentlich schon alles geschrieben.

Das grosse Problem ist das grössere Volumen und die benötigten, isolierten Drucktanks.

Kerosin wird heute in den, ansonsten ungenutzten Hohlräumen gelagert. Also im Flügel und Teilweise auch im Seitenleitwerk. Konstruktiv ist das recht einfach. Die Spanten haben sowieso Löcher um Gewicht zu sparen und man muss dann nur noch dicht beplanken und fertig ist der Flügeltank.

Drucktanks sind ideal kugel- oder mindestens zylinderförmig. Somit geht viel Stauraum verloren und die Koffer im Flügel zu verstauen ist zeitaufwendig bein be- und entladen.

MfG Peter(TOO)

Hallo Pumarc,

*grins* ich hab ja einen ganzen Ordner zu diesem Thema hier im
Regal stehen, aber ich glaub, wenn ich Dir den zu lesen gäbe,
müßte ich Dich danach töten *fg*

einverstanden! Wenn ich das Geheimnis gelüftet habe bin ich auch bereit zu sterben :smile:

Mal im Ernst: gibt es denn schon Prototypen die richtig fliegen können?

*wink*

Petzi

Ein paar Ergänzungen zu Petzis & Peters Ausführungen:

Tanks
Nicht nur das Volumen ist ein Problem sondern auch das Gewicht. Wenn man ganz grob rechnet, ist bei einem voll beladenen Flugzeug ca. 1/3 des Gesamtgewichtes der Treibstoff (+1/3 Zuladung +1/3 Flugzeug an sich), der ja wie schon erwähnt, in den Tragflächen aufbewahrt wird. Verlagere ich jetzt einfach mal diese (z.B. bei einem Jumbo) 110 Tonnen Treibstoff in den Rumpf, bekomme ich gewaltige Strukturprobleme, insbesondere bezüglich der Biegemomente an der Tragflächenwurzel. Es müßten also in jedem Falle große Veränderungen an der Flügelstruktur vorgenommen werden, die sehr aufwendig sind und die das Flugzeug schwerer machen. Gleichzeitig kommt natürlich hinzu, daß auch der Druck-/Kühlbehälter für den Wasserstoff einiges an Gewicht mit sich bringt. Unter Umständen hebt sich das mit dem geringeren Gewicht von H2 (höhere Energiedichte) auf, ich vermute aber eher, daß nicht.
Auch noch ein Punkt ist, daß H2 ein größeres Tankvolumen benötigt als Kerosin, so daß insgesamt die Tankkapazität vergrößert werden muß. Dies führt dazu, daß das Flugzueug in fast jeder Einbauvariante einen höheren Luftwiderstand generiert!

Triebwerke
Existierende Jet-Triebwerke müssen auf den neuen Treibstoff umgestellt werden. Da die Triebwerke die teuersten Einzeteile an einem Flugzeug sind, ist zu erwarten, daß sich hier gewaltige Kosten anhäufen werden!

Gefährlichkeit
In Sachen Gefährlichkeit sehe ich die Sache etwas anders als Petzi - und auch als der von Airbus zitierte Vergleich in dem Link von Petzi. Hier wird nämlich für den Autobereich Benzin mit Wasserstoff verglichen. Ein Vergleich der deswegen hinkt, weil Kerosin (z.B. das normale JET A-1) von den Eigenschaften eher mit schwerem Heizöl zu vergleichen ist! Kerosin hat gegenüber Wasserstoff und Benzin einen sehr hohen Flammpunkt, so daß man praktisch seine Zigarettenkippe in Kerosin löschen kann (Nein liebe Kinder, wir wollen das nicht das nächste mal auf dem Flughafen ausprobieren…). Insofern sehe ich das Risiko für Explosionen/Brände an Bord sehr viel höher als vorher!

Logistik
Sicherlich, es gibt nicht so viele Flughäfen wie normale Tankstellen - aber dafür haben die Airports einen sehr hohen Durchsatz an Treibstoffen und in den meisten Fällen eine sehr starke Nutzung der Anlagen.
Schaut man sich eine typische Unterflurbetankungsanlage (Der Sprit wird in Tanks gelagert und dann über ein unterirdisches Rohrleitungssystem zu „Fuel-Hydranten“ an den Parkpositionen geleitet, wo ein Pumpenwagen den Sprit in den Flieger pumpt.) auf einem Verkehrsflughafen an, fallen einem diverse Komponenten auf, die massiv baulich verändert werden müssen: Da wäre erstmal die Anlieferung über Pipeline oder Schiffe. Gastanker kann man sicherlich schnell einsetzen, eine Pipeline (Frankfurt hängt an 2 + Schiff) müßte aber über mehrere hundert Kilometer bis zum Quellort komplett erneuert werden. Dann kommen die Tanks am Flughafen: Hier wird sich insbesondere das größere benötigte Volumen bemerkbar machen. Wenn eine einfache Erhöhung der Tanks möglich ist (Luftraum!), ist es die beste Lösung - ansonsten müßte man neue Flächen für den Bau von Tanks suchen und kaufen. Das größte Problem in meinem Augen ist aber die Umstellung der Unterflurbetankung auf H2. Hier sind extreme Baunmaßnahmen zu erwarten, da für die Umbauzeit sehr wahrscheinlich immer wieder Vorfeldbereiche und Abfertigungspositionen gesperrt werden müssen, was auf Flughäfen wie Frankfurt oder London kaum zu machen ist. Hinzu kommt natürlich noch, daß es eine gewisse Zeit lang einen Kerosin / H2 Dualismus geben wird, den der Flughafen managen muß. Der letzte Punkt wäre dann der Tank- / Pumpenwagen, wobei ich hier die geringsten Probleme sehe - ein schlcihter Austausch des Fahrzeuges beseitigt alle Hindernisse.
Eine Zahl noch aus Petzis Link: H2 Produktion zur Zeit in Europa ca. 19t am Tag, in den USA 170t. Benötigte Menge für den innereuropäischen Luftverkehr (ohne Langstrecken!): 30.000t täglich…
Nehmen wir mal an, der Flughafen Frankfurt hat H2 zur Verfügung und mein Flugzeug kann das tanken. Ich will damit nach Hong-Kong fliegen, wo es ebenfalls H2 gibt. Alles Super - oder? Mitnichten! Um diesen Flug sicher durchführen zu können brauche ich Ausweichflughäfen: Teilweise am Startort, auf jedem Falle entlang der Strecke (wo ich landen kann bei medizinischen Notfällen, technischen Problemen, etc.) und auch am Zielort mindestens einen! Jetzt mag ein Startausweichflughafen mit H2-Versorgung in Deutschland dann vielleicht leicht zu finden sein. Wie es allerdings mitten in der kasachischen Steppe oder in Sibirien ausschaut ist mehr als fraglich…

Umwelt
Mein letzter Punkt ist die Frage der Umweltverträglichkeit. In Petzis Link klingt es schon ein wenig an, daß durch den vermehrten Wasserausstoß es ca. 50% mehr Kondensstreifen geben wird und das diese sich auch länger halten werden. Der Punkt als Frage verallgemeinert: Was passier in der oberen Atmosphäre, wenn dort auf einmal statt Tonnen von CO2 auf einmal Tonnen von Wasser täglich eingebracht werden? Was wird sich ändern? Was wird passieren??
Im Bezug auf die Kondensstreifen schlägt der Autor von Petzis Link vor, man könne ja kritische Luftmassen (Die Bildung von Kondensstreifen hängt in der Tat stark von Randparametern der umgebenen Luftmasse ab) einfach umfliegen, bzw. unter oder überfliegen. Hier sei nur bemerkt daß manche Luftmassen Ausdehnungen von mehreren hundert Kilometern haben können und ein um-, unter- oder überlfiegen in jedem Falle in einem deutlichen Spritmehrverbrauch resultiert.

Für mich persönlich sind also noch viele Fragen offen, wie es in der Zukunft mit H2 weitergehen wird - die problemfreie Musterlösung ist es mit Sicherheit nicht!

Gruß,

Nabla

1 Like

Hallo Nabla,
ganz kurz nur als Denkanstoß zu den Kondensstreifen - Kerosin ist
eine Kohlenwasserstoffverbindung. Bei der Verbrennung eines Kilos
Kerosin wird etwa 1,2 Kg Wasser erzeugt, plus Kleinmengen an anderen
chemischen Verbindungen.
Bei reinem H weiß ich jetzt nicht, wie da die Gewichtsverhältnisse
sind.
Insgesamt dürfte die Energiebilanz aber günstiger ausfallen. Lockheed
hatte Anfang der 80er mal ein Projekt - 4 L1011 als Frachter mit H-
Antrieb zwischen Düsseldorf und Chicago. Am Düsseldorfer Flughafen
läuft eine Wasserstoffpipeline mit Anzapfmöglichkeit lang. Aber das
BMV hat damals keine Gelder für die deutsche Seite locker gemacht und
das Projekt ist gestorben.
Operation sollte von LTU durchgeführt werden.
Die technischen Daten waren hochinteressant. Obwohl nur sehr
rudimentär modifizierte Triebwerke (RB211) vorgesehen waren, war der
Wirkungsgrad schon extrem. Mit maxTOW wäre es bei ein Tripfuel von 40
to gewesen. (Kugeltanks vorn und hinten im Rumpf)
Das nur kurz auf die Schnelle, habe keine Unterlagen greifbar und muß
los. Straßenfest!
Gruß
TeeBird

Hallo Zusammen

Und dann sind da noch einige weiter Probleme zu lösen. Eines ist die sogenannte „Wasserstoffversprödung“. Da die Wasserstoffmoleküle so klein sind diffundieren sie in jede Struktur, egla ob aus Metall, Kunststoff oder Keramik. Die Moleküle sind so klein, dass sich in einem Kristallgitter eines Metalls, oder in einem Kunststoff einnisten können, bzw. durch das „massive Material“ hindurch nach aussen austritt (langsam zwar, aber konstant).
Das hat zur Folge das die Werkstoffe mit der Zeit spröder werden und unter Last brechen können. Wenn so was in einem Triebwerk passiert, gute Nacht…

Dieses Problem ist übrigens überall vorhanden, auch bei Autos (oder Konmpressoren die Wasserstoff verdichten) die mit Wasserstoff betrieben werden. Nur dürfte es dort leichter sein durch entsprechende „Überdimensionierungen“ dem entgegen zu treten (denke ich), und wirkliche Langzeitversuche mit Wasserstoff, als Ersatz von heutigen Kohlenwasserstoffgemischen wie Benzin, Kerosin usw. über Jahre, sind mir bis heute noch keine bekannt…

Gruss
Christian

Es ist genug öl da zum heutigen Kurs noch für Jahrhunderte.
Die Ausbeutung der Ölsande in Kanada als Beispiel.
Wasserstoff ist eine Totgeburt die funktioniert nur durch Subvention.
daag
pascal

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Servus Pumarc, ich hab mir auch mal so meine Gedanken zum Thema Wasserstoff gemacht. Vielleicht stand es auch schon in anderen Artikeln…Für die Unterbringung der Drucktanks hat sich Airbus ja Gedanken gemacht, einfach den Rumpf nach oben hin vergrößern. Doch was ist jetzt mit den Tragflächen und den Heckleitwerken? Die sind nun „trocken“ und führen Luft mit? Wasserstofftanks müssten aufgrund der hohen Komprimierung des Gases sehr druckbeständig sein. Für Flügeltanks allerdings noch stärker aufgrund des geringen Außendrucks, andernfalls würden die Tanks „platzen“. Kann mir nicht vorstellen, dass die jetzt noch Druckausgleich in den Tragflächen verwirklichen. Bin zwar nicht im Bilde wie die Referenzwerte Wasserstoff zu Jet A-1 sind, denke daher eher an einen Hybridantrieb bis das alles greifbar ist. Ciao

Das revolutionärste, was ich mal gehört habe, ist ein Treibstoff, der aus Sand gewonnen wird und zusammen mit Sauerstoff UND Stickstoff komplett (100% Stoffumsatz) verbrennt. Es entsteht am Ende wieder kristalliner Sand. Dieser Sprit ist in der Chemie als Silan bekannt und extrem Reaktionsfreudig. Ein Wissenschaftler namens Dr. P. Plichta hat auf dem Gebiet geforscht und eine Möglichkeit entdeckt, diesem Treibstoff das Hochexplosive zu nehmen, sodass man Flugzeuge und Raumgleiter damit antreiben könnte. Hubkolbenmotoren und eigentlich auch Turbinen mit beweglichen Teilen verbieten sich damit von selbst, aber man könnte Prozessgas damit erhitzen, oder die Abgase in MHD-Generatoren in Strom umwandeln, um damit moderne und leichte E-Motoren anzutreiben, die wiederum auf Propeller, oder besser einen „Ducted Fan“ (Impeller) wirken. Flugzeuge müssten dann etwas anders aussehen. Der Fanliner von Luigi Collani mit hinter der Kabine angebrachten Antrieb wäre ein passendes Konzept.

Die Wasserstoffvariante ist zwar vielversprechend, aber gasförmig, oder flüssig ist es (23K=-250°C)ziemlich unpraktisch. Nur wenn es wirtschaftlich gelingt, aus Wasserstoff und Kohlendioxyd Methanol zu erbrüten, könnte Übergangsweise ein Ersatz für Benzin und Kerosinantriebe denkbar sein.

Es ist das geringste Problem, Kolbenmotoren u. Turbinen mit Wasserstoff anzutreiben. Man hat damit schon experimentiert, aber es fehlt der Platz im Flugzeug, da Wasserstoff und auch Methanol mehr Volumen einnehmen. Die Tanks (Druckbehälter) sind von den Flügeln in den Rumpf, bzw. darüber gewandert. Das gleiche Problem wie bei Autos.

Die Leistung eines Jets nimmt mit der Flughöhe eher zu, während die von Kolbenmotoren mit jedem Meter mehr Höhe in Relation zur Aussentemperatur stark abnimmt. Deshalb haben alte Pistonengines diesen Wald an Hebeln in der Mittelkonsole. Schon im 2.WK ging bei der hochfliegenden Boeing B17 nichts ohne Turboaufladung. Trotzdem muss der Pilot beim Steigen und Sinken immer „leanen“ Gemisch nachregeln. Dafür gibt’s Abgastemperaturanzeigen an grösseren Kolbenmotoren, damit man danach das beste Treibstoff/Luft Gemisch einstellen kann.

Momentan sind Flugdiesel im Kommen. Die Fa. Thielert bietet einen umgebauten Pkw 4 Zylinder Diesel aus der Mercedes A-Klasse an und ein Französischer Hersteller hat vor kurzem einen schweren Boxer mit über 200 PS auf den Markt gebracht. Beide Motoren werden mit Jet-Sprit A1 gefüttert. Wer sich etwas auskennt: Der Thielert nimmt dem Piloten viel Arbeit ab. Echte Einhandbedienung, kein Leanen-alles vollautomatisch.

Am Benzin führt vorläufig noch kein Weg vorbei, aber das wird nicht so bleiben. Erdöl wird wohl noch in diesem Jahrhundert zu Ende gehen, sodass man auch verrückte Alternativen in Erwägung ziehen muss.

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Am Benzin führt vorläufig noch kein Weg vorbei, aber das wird
nicht so bleiben. Erdöl wird wohl noch in diesem Jahrhundert
zu Ende gehen, sodass man auch verrückte Alternativen in
Erwägung ziehen muss.

Hallo,
Wie kommst Du denn darauf??? Also momentan werden fast monatlich neue Öllager entdeckt und stetig erhöht sich die zahl der Erdölvorräte auf dieser Welt…Öl wird es wohl noch lange geben,die Frage wird sein ob es noch wirtschaftlich sein wird. Jedenfalls meine Meinung bevor das Öl aus ist wird das Benzin Kerosin usw zu unwirtschaftlich werden.

MfG