BR2: Gegenüberstellende Methodik zur Entwicklung und Validierung von kryogenen und Hochdruck-Wasserstoffspeichern aus Faser-Kunststoff-Verbunden in der Luftfahrt
Zur Speicherung von Wasserstoff (H2) in verkehrstechnischen Systemen haben sich zwei Speicherformen durchgesetzt. Bei Hochdruckspeichern wird H2 bei ca. 700 bar in einwandigen Behältern gespeichert (Speichersystem 1). Bei kryogenen Speichern wird tiefgekühlter und praktisch druckloser flüssiger Wasserstoff in hochisolierten doppelwandigen Behältern gespeichert (Speichersystem 2). Für beide Speichersysteme können durch den Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit ihren richtungsabhängigen Eigenschaften Masse und Energie bei der Herstellung und Nutzung bei gleicher oder gesteigerter Funktionalität im Vergleich zu metallischen Tanks eingespart werden.
Die Entwicklung und Validierung derartiger FKV-Speicher ist durch die Vielzahl von einstellbaren Werkstoff- und Prozessparameter jedoch deutlich aufwändiger als bei klassischen metallischen Systemen. Die notwendigen Schritte zur effektiven, effizienten und zuverlässigen Entwicklung derartiger Speicher unter thermomechanischen Gesichtspunkten unterscheiden sich in Abhängigkeit vom Speichersystem teilweise deutlich. So ist etwa die Faserarchitektur für Hochdruckspeicher grundlegend anders zu gestalten, als für tiefkalte und praktisch drucklose Systeme. Andererseits werden an kryogene Speichersysteme deutlich höhere Anforderungen hinsichtlich der thermischen Isolierung gestellt. Diese Unterschiede bei der Entwicklung in Kombination mit der anspruchsvollen technischen Zielstellung und der Vielzahl der einstellbaren konstruktiven und werkstofflichen Parameter stellt Unternehmen und Ingenieure im Alltag einerseits vor die Herausforderung sich frühzeitig für ein Speichersystem zu entscheiden und andererseits bei der Entwicklung die richtigen werkstoffgerechten Methoden, Modelle und Daten einzusetzen.
Im Rahmen des beantragten Vorhabens sollen die Entwicklungsprozessketten beider Speichersysteme modellhaft beschrieben werden. Die dabei notwendigen Methoden, Modelle und Daten (MMD) werden von der Risikoanalyse, über die konstruktive Entwicklung bis zur Validierung aufgezeigt, exemplarisch im Rahmen einer Vorentwicklung validiert und die derart ausgearbeiteten Entwicklungsprozesse und Beispieltanks abschließend hinsichtlich technischer, ökonomischer und ökologischer Kriterien bewertet und gegenübergestellt.
Doktorand: David Schlegel
Hauptbetreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude
Nebenbetreuer: > Prof. Dr.-Ing. habil. Antonio Hurtado