Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »H2-StrukTank«
Wasserstoff-Drucktanks in der Luftfahrt
Mobilität ist eines der großen Anwendungsfelder für Wasserstofftechnologien – nicht nur im Automobil, sondern beispielsweise auch in der Luftfahrt. Eine der zentralen Herausforderungen bei der Speicherung des Wasserstoffs ist die geringe Energiedichte des flüchtigen Gases unter normalen Umgebungsbedingungen. Kohlenstofffaserverstärkte Drucktanks, in denen der Wasserstoff zwar noch gasförmig, aber unter hohem Druck gespeichert wird, bieten für viele Anwendungen die richtige Lösung.
Das Fraunhofer IPT erforscht seit vielen Jahren laserunterstützte Wickelverfahren, mit denen sich Drucktanks vom Typ 4 herstellen lassen. Diese bestehen aus einem Grundkörper aus Kunststoff, der mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbändern, den sogenannten Tapes, umwickelt wird. Anders als bei konventionellen Herstellungsmethoden wie dem Nasswickelverfahren mit duroplastischen Harzen kommen beim laserunterstützten Wickeln thermoplastische unidirektionale Tapes, sogenannte UD-Tapes, zum Einsatz. Durch den Verzicht auf die nachgelagerte Aushärtung lässt sich die Prozesskette verkürzen und zusätzlich Material einsparen.
Form und Funktion des Drucktanks optimieren
In Flugzeugen werden Wasserstofftanks meist im Rumpf untergebracht, sodass dieser Platz nicht mehr für Gepäck und Passagiere zur Verfügung steht. Außerdem muss das hohe Gewicht der Behälter von der Nutzlast abgezogen werden.
Ziel des Forschungsprojekts »H2-StrukTank« ist es, diese Nachteile zu überwinden, indem dünne, lange Drucktanks in die Flügel des Flugzeugs integriert werden. Mit dieser Konstruktion dient der Drucktank nicht nur als Speicher für den Wasserstoff, sondern erfüllt ebenfalls eine lasttragende Funktion.
Die Aufgabe im Projekt ist es nun, einen neuen Wickelprozess für lange, dünne Drucktanks zu entwickeln und entsprechende Demonstratoren zu erproben. Zum Wickeln der Tanks bauen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IPT außerdem eine entsprechende Anlage auf.
Den Drucktank nachhaltig herstellen
Neben der optimalen Funktion des Drucktanks spielt auch seine nachhaltige Herstellung eine wichtige Rolle im Projekt »H2-StrukTank«. Das thermoplastische Tapematerial lässt sich, im Gegensatz zu konventionellem duroplastischem Material, durch die in-situ Konsolidierung energie- und ressourceneffizient verarbeiten. Dabei wird das Tapematerial lediglich lokal dort erwärmt, wo es benötigt wird und bei der Ablage direkt miteinander verschweißt, sodass keine nachträglichen Prozessschritte mehr notwendig sind. Ein Forschungsteam des Fraunhofer IPT konnte beispielsweise bereits in dem vergangenen Projekt »Tankcycling« zeigen, dass sich das sich das Kohlenstofffaser-Tape (CFK) in einem Abwickelprozess wieder vom Grundkörper des Tanks lösen und für andere Bauteile recyclen lässt.
Projektkoordination
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
Projektkonsortium
- FFT Produktionssysteme GmbH, Fulda
- APUS Zero Emission GembH, Strausberg