Reif für die Lüfte

Brennstoffzellen haben theoretisch in Flugzeugen ein breites Anwendungsfeld: für die Erzeugung von Bordstrom, die Gewinnung von Trinkwasser oder als Antrieb. Ein am Forschungszentrum Jülich entwickelter Reformer stellt Wasserstoff direkt aus Kerosin her.

28. September 2005

Heutige Gasturbinen, die als so genannte Auxilliary Power Units (APU) zur Bordstromversorgung im Flugzeugsektor Anwendung finden, zeichnen sich durch hervorragende Leistungswerte aus. Sie verursachen jedoch Abgas- und Lärmemissionen, deren Ausmaß wegen des steigenden Verkehrsaufkommens im Luftfahrtsektor in Zukunft weiter zunehmen wird.

Dem stehen zukünftig strengere gesetzliche Emissionsrichtwerte gegenüber. Brennstoffzellensysteme können dazu beitragen, die Emissionen im Luftfahrtbereich deutlich zu senken. Auf der einen Seite soll die gasturbinengestützte APU von der Energieumwandlung in Elektrizität entlastet werden, anderseits sollen Brennstoffzellensysteme die Hauptgeneratoren der Triebwerke teilweise ersetzen.

Außerdem führen Flugzeuge immer noch erhebliche Mengen an Trinkwasser für die Passagiere und die Besatzung mit sich. Die Brennstoffzelle bietet die Möglichkeit, diesen Wasservorrat an Bord zu erzeugen. Dadurch kann eine einheitliche und hohe Qualität des Trinkwassers garantiert werden, die nicht länger von der Versorgung am Abflugort abhängt.

Aus einem Guss ist der neueste Jülicher Reformer. Das kompakte Modul beinhaltet alle nötige Technik, um selbstständig aus dem Flugzeugtreibstoff Kerosin das Gas Wasserstoff für eine Brennstoffzelle herzustellen. Ein autarkes und stabiles Reformersystem könnte den Weg der Brennstoffzelle ins Flugzeug ebnen, meinen die Jülicher Forscher. Diese würde neben umweltverträglichem Strom auch billig das nötige Wasser an Bord produzieren.

In ihre kompakte Konstruktion schlossen die Jülicher Forscher alle Mess- und Steuerelektronik ein, ebenso Pumpen, Tanks und Zuleitungen. „Im Prinzip schließt man auf der einen Seite nur noch Kerosin, Luft und Wasser an“, erläutert Dr. Ralf Peters vom Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik, „und auf der anderen Seite kommt der Wasserstoff für die Brennstoffzelle raus.“ Damit erfülle der Prototyp bereits die Erfordernisse von Industrie und Anwender.

Im nächsten Jahr startet Airbus mit eigenen Tests

Der eigentliche Reformer besteht aus einem Hohlzylinder, an dessen Innenseiten ein Katalysatormaterial die Kohlenwasserstoffe des Kerosins spaltet. Das wasserstoffreiche Gasgemisch könnte dann direkt in eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle geleitet werden.

Hier entstünde Strom und Wasser, von dem ein Teil für die Kerosin-Spaltung in den Reformer geleitet wird. Der Rest steht in guter Qualität zur Verfügung und kann zu Trinkwasser aufbereitet werden. „Damit müsste bei einer durchschnittlichen Flugreise nur noch wenig Wasser mitgenommen werden. Da spart man eine Menge Gewicht“, sagt Peters.

Bis zum Ende des Jahres wird Peters mit seinem Laborteam den Reformer in Jülich noch auf Herz und Nieren prüfen. Dann wird der Flugzeugbauer Airbus mit eigenen Tests am Boden beginnen. Das vom BMWA geförderte Projekt APAWAGS läuft noch bis Juni 2007 und soll in Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie die Chancen der Brennstoffzellentechnik im Flugverkehr ausloten.

Die Verfügbarkeit von Wasserstoff bildet die Basis für den Einsatz von Brennstoffzellen in mobilen und stationären Anwendungen. Zur Zeit existiert allerdings noch keine Infrastruktur für den zukünftigen Energieträger Wasserstoff. Deshalb muss man Wasserstoff aus den am Markt verfügbaren Energieträgern Erdgas, Kerosin oder Diesel gewinnen, so die Jülicher Forscher zu den Hintergründen ihrer Arbeit.

Forschung in JülichBrenngaserzeugung

Kernkompetenzen des Instituts für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik am Forschungszentrum Jülich sind Hochtemperatur- und Polymer­elektrolyt-Brennstoffzellen sowie Brenngaserzeugungssysteme. Die Arbeitsgruppe Brenngaserzeugungssysteme befasst sich mit drei verschiedenen Themenbereichen der Erzeugung von Brenngas, der Kraftstoffaufbereitung, der Reformierung und der Brenngasnachbehandlung. Wichtige Bestandteile der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind die prozesstechnische Analyse, die Komponentenentwicklung und der Systemaufbau. Alle Arbeitsbereiche werden durch ein entsprechendes Modelling unterstützt.

Erschienen in Ausgabe: 03/2005