Die FFC der MTU erzeugt weder CO2- noch NOx-Emissionen und setzt auch keine Partikel frei; es entsteht nur Wasser. Damit ist dieser Antrieb nahezu emissionsfrei.
Autorin: Isabel Henrich | 3 Min. Lesezeit | veröffentlicht am: 27.11.2024
Autorin:
Isabel Henrich
ist studierte Politologin und Kommunikationswissenschaftlerin. Bei der MTU steuert sie den redaktionellen Prozess des AEROREPORTs und ist zuständig für die Konzeption und Entwicklung der Inhalte.
Die Flying Fuel CellTM (FFC) ist das Brennstoffzellen-Antriebskonzept der MTU Aero Engines. Wie in jeder Brennstoffzelle reagieren hier Wasserstoff und Sauerstoff unter Abgabe elektrischer Energie und Wasser. Mit der gewonnenen elektrischen Energie treibt ein hocheffizienter Elektromotor über ein Getriebe einen Propeller an.
Mit der FFC arbeitet die MTU an einem revolutionären Antriebskonzept, das durch eine vollständige Elektrifizierung des Antriebsstrangs nahezu Emissionsfreiheit erreicht.
Dieses Antriebssystem setzt weder CO2- und NOx-Emissionen noch Partikel frei; emittiert wird lediglich Wasser. Fazit: Mit bis zu 95 Prozent senkt die FFC die Klimawirkung nahezu auf Null. Da der Propeller die einzige verbleibende Lärmquelle ist, reduziert sich auch der Lärm deutlich. Weiterer Vorteil: Das in der Brennstoffzelle verwendete Platin hat eine sehr gute Recyclingfähigkeit. Bei korrekter Aufbereitung ist es nahezu unendlich oft wiederverwertbar.
Hauptkomponenten eines leistungsstarken Flying-Fuel-Cell-Systems sind Brennstoffzellen-Stapel – im Englischen „Stacks“ genannt – und eine intelligente Integration aller Lines.
Jede Brennstoffzelle besteht aus zwei plattenförmige Elektroden (Anode und Kathode). An der Anode zerfallen Wasserstoffmoleküle (H2) durch Elektronenabgabe zu positiv geladenen Wasserstoff-Ionen (H+). Die freien Elektronen fließen als nutzbarer Strom über einen äußeren Leiter zur Kathode. Dort bilden sie mit den Sauerstoffatomen negative Sauerstoff-Ionen (O2-).
Die Wasserstoff-Ionen hingegen wandern durch die Membran von der Anode zur Kathode und vereinigen sich unter Abgabe von Wärme an der Kathode mit den Sauerstoff-Ionen zu Wasser. Im Vergleich zu anderen Systemen erreichen Brennstoffzellen hohe Wirkungsgrade.
Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in Strom, Wärme und Wasser um – mit beeindruckend hohen Wirkungsgraden.
Die MTU entwickelt zusammen mit ihrem Partner MT Aerospace ein komplettes Flüssigwasserstoff-Treibstoffsystem, das aus Tanks, Sensoren, Wärmetauschern, Ventilen, Sicherheitssystemen und Regelung besteht. Nachdem MTU und MT Aerospace die Wirksamkeit des Flüssigwasserstoffspeicher- und -versorgungssystems in verschiedenen Betriebsszenarien bewiesen hat, erfolgten durch die MTU in München Tests mit flüssigem Wasserstoff, dem FFC-Betriebsmedium. MT Aerospace hatte vorher für die Tests flüssigen Stickstoff verwendet, der aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften einfacher zu handhaben ist. Die MTU-Testkampagne mit LH2 verlief erfolgreich und lieferte die Validation des Konzept einschließlich aller im Flugzeug benötigten Sensoren und Funktionen. Für 2026 sind Tests eines produktnahen FFC-Full-System-Demonstrators geplant - das Flüssigwasserstoffsystem ist dann ein zentraler Bestandteil.
Gemeinsam mit ihrer Tochtergesellschaft, dem E-Motorenhersteller eMoSys, entwickelt die MTU für die FFC einen hocheffizienten Elektromotor. Er wird den Propeller der zukünftigen Flugzeuge antreiben und hat mehrere Vorzüge: Der neue Motor wiegt gerade einmal 40 Kilogramm, hat einen Durchmesser von nur 300 Milimetern und liefert eine kontinuierliche Leistung von 600 Kilowatt. In die Architektur des Brennstoffzellensystems ist er effizient integriert. Seine Auslegung erlaubt die Verwendung mehrerer Brennstoffzellen-Stacks ohne den Einsatz aufwändiger Inverter.
Hocheffizient und kompakt: Der Elektromotor für die FFC wiegt nur 40 Kilogramm, liefert 600 Kilowatt Leistung und integriert sich optimal in das Brennstoffzellensystem.
Die Fliegende Brennstoffzelle wird zunächst im regionalen Flugverkehr auf kürzeren Strecken zum Einsatz kommen. Die nächste FFC-Generation soll dann auf der Kurz- und Mittelstrecke fliegen.
Seit Mitte Januar 2024 läuft das Clean-Aviation-Forschungsprojekt HEROPS (Hydrogen-Electric Zero Emission Propulsion System). Zielsetzung ist - aufbauend auf der FFC der MTU - Technologien für einen klimaneutralen, wasserstoffbetriebenen elektrischen Antriebsstrang zu entwickeln, der ab 2035 Regionalflugzeuge in die Luft bringt. Unter der Leitung der MTU wollen sieben Partner innerhalb von drei Jahren zunächst Antriebssysteme mit einer Leistung von bis zu 1,8 Megawatt analysieren und anschließend einen HEROPS-Ground-Demonstrator aufbauen. Damit soll die Machbarkeit der neuen, bahnbrechenden Technologien nachgewiesen und die Skalierbarkeit auf Leistungen zwischen zwei und vier Megawatt auf Basis einer modularen Antriebsarchitektur gezeigt werden. HEROPS-Industriepartner sind MT Aerospace, RTX’s Collins Aerospace, die Lufthansa Technik und Eaton. Die Forschungspartner sind das Royal Netherlands Aerospace Center (NLR) und die Technische Universität Wien.
Die Fliegende Brennstoffzelle reduziert die Klimawirkung um bis zu 95 Prozent. Da weder CO2- noch NOx-Emissionen ent-stehen und auch keine Partikel freigesetzt werden, ist die FFC nahezu emissionsfrei. Zudem ist der gesamte Antrieb deutlich leiser.
In München entstehen auf dem Werksgelände der MTU zwei FFC-Prüfstände. Die Stack-Testzelle inklusive Wasserstoffinfrastruktur sowie Kühlwasser- und Druckluftbereitstellung ist für Stacks mit einer elektrischen Leistung von über 500 Kilowatt pro Stack ausgelegt und soll 2025 erstmals laufen. Die zweite Testeinrichtung wird für das gesamte Antriebssystem errichtet.
