Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFC) in der zivilen Luftfahrt (HYLENA) – Institut für Thermodynamik

Im EU-Projekt HYLENA (Hydrogen eLectrical Engine Novel Architecture) wird ein hocheffizientes Antriebskonzept für die zivile Luftfahrt entwickelt. Eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) wird in ein Gasturbinensystem (GT) integriert, wodurch sich die Abwärme der Brennstoffzelle nutzen lässt. So sind thermische Wirkungsgrade über 60% möglich.

Das HYLENA-Projekt ist in insgesamt 6 Arbeitspakete eingeteilt. Das Institut für Thermodynamik verantwortet hiervon die Arbeitspakete WP2 (SOFC Stack Design, Testing and Technology Development) und WP3 (Engine Thermodynamic Cycle Analysis). Darüberhinaus beteiligt sich das Institut an den weiteren Arbeitspaketen WP1 (SOFC Material and Cell Characterization), WP4 (Engine Conceptual Design and Integration Study) sowie WP5 (Overall Performance Benchmarking and Climate Impact) und WP6 (Demonstrator Identification and Requirements). Insgesamt wird im HYLENA-Projekt jedes Teilgebiet von der SOFC-Forschung über die Kreisprozessanalyse und -integration bis hin zur Planung eines zukünftigen Demonstrators für das im Projekt entwickelte System bearbeitet.

SOFC Forschung und Analyse

Das Arbeitspaket 2 untersucht die SOFC-Zellen und -Stacks als zentrales Element des Triebwerks. Ziel ist es, aktuelle und zukünftige Stack-Konzepte hinsichtlich Leistungsdichte und Dynamik zu analysieren und eine Technologieroadmap zu entwickeln. Auf Basis dieser Ergebnisse werden Modelle für thermodynamische Kreisprozessstudien erstellt und validiert. Ergänzend erfolgen experimentelle Tests und Simulationen, um die Eigenschaften zukünftiger Hochleistungs-Stacks zu bewerten und deren Eignung für mobile, flugrelevante Anwendungen zu untersuchen. Die Forschung am Institut konzentriert sich dabei vor allem auf numerische Methoden zur Weiterentwicklung der SOFC-Technologie.

Thermodynamische Kreisprozessanalyse

Aufgrund der notwendigen Vorwärmung der Fluide vor Eintritt in die Brennstoffzelle sind verschiedene Konfigurationen von SOFC-GT-System möglich. Ziel des Arbeitspakets 3 ist die thermodynamische Untersuchung potentiell möglicher SOFC-GT-Triebwerken mit verschiedenen Konzepten zur Wärmeintegration hinsichtlich Wirkungsgrad, thermischer Robustheit und Lastflexibilität. Hierbei wird mittels numerischer Methoden das Gesamtsystem modelliert und simuliert, um die identifzierten Systemarchitekturen thermodynamisch zu analysieren und zu bewerten.

Kooperationspartner im HYLENA-Projekt

Projektförderung

Finanziert durch die Europäische Union. Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch ausschließlich die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Union oder der CINEA (European Climate, Infrastructure and Environment Executive Agency) wider. Weder die Europäische Union noch die gewährende Behörde können dafür verantwortlich gemacht werden.