MTU Aero Engines bundelt de krachten met Airbus voor de industrialisatie van zijn waterstofgebaseerde aandrijving voor vliegtuigen, die Flying Fuel Cell (FFC) wordt genoemd. Ook meldt de Duitse fabrikant van motoren dat de centrale waterstof- en luchttoevoersystemen van de FFC inmiddels succesvol zijn getest.
Het Duitse MTU Aero Engines is gespecialiseerd in de ontwikkeling van vliegtuigmotoren. Onder meer Airbus, Boeing en het consortium achter de Eurofighter zijn belangrijke klanten van MTU Aero Engines. Zo levert het bedrijf bijvoorbeeld motoren voor de 747 en 777 van Boeing, evenals de A319, A320, A321 en A400M van Airbus.
Toevoersystemen gevalideerd
MTU meldt dat zowel het systeem voor vloeibare waterstof als het systeem dat gasvormige waterstof naar de brandstofcel voert, onder zware bedrijfsomstandigheden zijn getest en goedgekeurd. Ook de prestatie- en regelmodellen voor de luchttoevoer zijn op de vestiging in München gevalideerd. Deze twee toevoersystemen vormen nu de basis voor de integratie- en demonstratieprogramma’s die het bedrijf de komende tijd start.
De validatie is een belangrijke stap in de ontwikkeling van de FFC. Zo verschuift de focus nu naar geïntegreerde testen van het complete systeem. In München wordt de eerste, bijna productierijpe brandstofcelstack gerealiseerd met een vermogen van 350 kilowatt, naast een volledige systeemdemonstrator waarmee de wisselwerking tussen alle componenten, subsystemen en regelfuncties kan worden onderzocht. MTU Aero Engines wil hiermee de prestaties van het systeem onder vluchtomstandigheden aantonen en daarmee informatie verzamelen voor een toekomstig vliegtuigaandrijfsysteem. Beide testcampagnes gaan dit jaar van start in twee speciaal daarvoor ingerichte testcellen in München.
Waterstof en zuurstof omzetten in water en elektriciteit
De FFC is gebaseerd op het concept van een klassieke brandstofcel. Waterstof en zuurstof uit de lucht reageren in deze cel met elkaar, waarbij zowel water als elektrische energie vrijkomen. Een elektromotor drijft met behulp van deze energie via een tandwielkast de propeller aan, die het vliegtuig op zijn beurt voortstuwt.
Het enige restproduct dat in dit proces ontstaat, is water. Dit betekent dat er geen CO2, stikstofoxiden of fijnstof worden uitgestoten. MTU Aero Engines stelt dat dit de klimaatimpact van vliegen met maar liefst 95 procent kan terugdringen. Tegelijkertijd neemt ook de geluidsproductie sterk af, aangezien alleen de propeller geluid maakt. De brandstofcel maakt gebruik van platina, dat bij correcte verwerking nagenoeg onbeperkt herbruikbaar is.
Het systeem bestaat uit verschillende met elkaar verbonden onderdelen. Aangezien één cel slechts een beperkte spanning levert, worden honderden cellen op elkaar gestapeld tot een stack. Deze brandstofcelstacks zetten waterstof en zuurstof om in stroom en water. Daarnaast is er een aandrijflijn die de elektrische energie omzet in mechanische energie via een elektromotor, een waterstoflijn die het gas op de juiste temperatuur, druk en vochtigheid brengt en een luchtlijn die zuurstof aanvoert voor de reactie. Een koellijn zorgt ervoor dat het systeem op de juiste temperatuur blijft, terwijl een besturingslijn alle sensoren, data en actuatoren op elkaar afstemt. Deze besturingslijn wordt ook wel gezien als het ‘brein’ van het systeem.
Bij circa -250 graden Celsius opgeslagen
Voor de opslag van waterstof werkt MTU samen met MT Aerospace aan een volledig vloeibaar-waterstofsysteem, met tanks, sensoren, warmtewisselaars, kleppen en veiligheidssystemen. De waterstof wordt bij circa -250 graden Celsius opgeslagen in een dubbelwandige, vacuümgeïsoleerde tank en pas vlak voor gebruik omgezet naar gasvorm. Eerdere testen met dit systeem, aanvankelijk met vloeibare stikstof en later met echte vloeibare waterstof, zijn volgens MTU succesvol verlopen.
De elektromotor is door MTU Aero Engines ontwikkeld in samenwerking met dochterbedrijf eMoSys. Het gaat om een compacte motor van 40 kilogram en 300 millimeter diameter, die een continu vermogen van 600 kilowatt levert. De motor haalt een rendement van meer dan 96 procent, zowel tijdens het opstijgen als op kruishoogte. Tijdens een recente testcampagne bereikte de aandrijflijn voor het eerst betrouwbaar dit maximale continue vermogen, meldt MTU Aero Engines.
In eerste instantie verwacht de motorfabrikant dat de FFC vooral interessant is voor kortere vluchten in de regionale luchtvaart. Op termijn wil MTU Aero Engines de technologie doorontwikkelen en ook geschikt maken voor middellangeafstandsvluchten.
