Ausgangspunkt / Motivation

Ein wasserstoffbetriebener Flugzeugantrieb kann ein entscheidender Baustein für einen klimaneutralen Luftverkehr bis 2050 sein, da er CO2-Emissionen im Flugbetrieb eliminiert. Eine große technische Herausforderung besteht jedoch darin, dass Brennstoffzellen für jedes erzeugte Watt Strom etwa ein Watt Abwärme produzieren.

Diese enorme Wärmemenge muss effizient abgeführt werden, ohne den Luftwiderstand des Flugzeugs durch große Kühler zu erhöhen. Das Projekt exFan setzt hier an, um diese Abwärme nicht nur abzuführen, sondern sie aktiv zur Erzeugung von zusätzlichem Schub zu nutzen.

Ziele

• Entwicklung eines neuartigen Systems zur Schubkraftgenerierung durch Wärmeabfuhr ("Heat Propulsor") für die Megawattklasse
• Maximierung der Energieausnutzung aus Abwärme unter Anwendung des Meredith-Effekts
• Reduzierung des Treibhausgasemissionen um 20 % und des Treibstoffverbrauchs um 10 %
• Verringerung der Lärmbelastung um 16 dB im Vergleich zu herkömmlichen Turbinenflugzeugen

Inhalt

Das Projekt konzentriert sich auf die Integration von Wasserstoff-Brennstoffzellen in ein elektrisches Getriebe-Ventilator-Antriebssystem (Geared Electric Fan). Kernstück ist die Entwicklung eines leichten, hocheffizienten Wärmetauschers, der in den Antriebsstrang integriert wird.

Durch umfassende Systemsimulationen wird das Design optimiert, um die Wärmeableitung im Megawattbereich sicherzustellen und gleichzeitig die Lebensdauer der Komponenten zu erhöhen.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Umweltauswirkungen von Wasserdampf-Emissionen in großen Höhen, um die gesamte Klimabilanz des zukünftigen Luftverkehrs zu verbessern.

Methodik/Vorgehensweise

Die zentrale Methodik basiert auf dem Meredith-Effekt. Dabei wird Luft in einen speziellen Kanal geleitet und durch den Staudruck (Ram-Air-Effekt) komprimiert. Ein Wärmetauscher erwärmt diese komprimierte Luft mit der Abwärme der Brennstoffzelle, wodurch sich ihr Volumen vergrößert.

Die erhitzte Luft wird anschließend durch einen konvergenten Auslasskanal nach hinten beschleunigt, was einen zusätzlichen Vorwärtsschub erzeugt. Dieser Prozess folgt einem offenen Brayton-Zyklus. Unterstützt wird die Entwicklung durch hochmoderne Simulationsmodelle, die das Zusammenspiel von Thermomanagement und Aerodynamik präzise abbilden.

Erwartete Ergebnisse

• Steigerung der Gesamteffizienz des Flugzeugs durch Umwandlung von Abwärme in Vortrieb
• Signifikante Reduzierung lokaler Luftschadstoffe um 27 % und der Treibhausgasemissionen um 20 %
• Validiertes Konzept für ein integriertes Thermomanagementsystem der Megawattklasse
• Funktionsfähige Simulationswerkzeuge zur Optimierung zukünftiger Flugzeugantriebe
• Detaillierte Analyse und Maßnahmenkatalog zur Minderung von Nicht-CO2-Klimafolgen

Projektkoordination

Fundacion Cidetec, ES

Projektpartner:innen

• Advanced Drivetrain Technologies
• Technische Universität Wien – Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung
• Technische Universität München, DE
• Innovation in Research & Engineering Solutions, DE
• Egile Mechanics, ES
• EASN Technology Innovation Services, BE
• Frauenhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung, DE
• Deutsches Zentrum für Luft - und Raumfahrt, DE
• Power ID, DE

Fundacion Cidetec
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