Wie Greene Tweed Ihnen helfen kann, für Wasserstoff gerüstet zu sein

Dies ist der zweite Artikel einer Serie über die Herausforderungen für den Luftfahrtsektor im Zusammenhang mit Wasserstoff. Lesen Sie Teil 1

Die Luft- und Raumfahrtindustrie setzt pro Jahr etwa 900 Millionen Tonnen Kohlendioxid1 (CO2) in die Atmosphäre frei. Derzeit macht der Luftfahrtsektor zwar nur 2 bis 2,5 Prozent der gesamten CO2-Emissionen aus, es wird jedoch erwartet, dass sich dieser Anteil bis 2050 verdoppeln könnte. Organisationen wie die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) haben sich dazu verpflichtet, die CO2-Emissionen von Flugzeugen zwischen 2005 und 2050 um 50 Prozent zu reduzieren. Weiters hat sich die Air Transport Action Group (ATAG) dazu verpflichtet, bis 2050 eine Netto-Null-Emission zu erreichen. Diese Verpflichtungen haben Hersteller in der Luft- und Raumfahrtindustrie unter extremen Druck gesetzt, Möglichkeiten zu finden, mit denen diese Dekarbonisierungsziele schnell erreicht werden können.

Mit dem Ziel, die Auswirkungen auf das Klima zu verringern, wurde der Schwerpunkt auf den Einsatz sauberer Technologien wie grüner Wasserstoff (H2) gelegt. Dieser wird durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne erzeugt, und Studien haben gezeigt, dass Wasserstoff bis zu 3 Mal mehr Energie liefern kann als Flugzeugtreibstoff auf Massenbasis. Vor diesem Hintergrund scheint er ein realistischer Ersatz zu sein. Leider sind Lagerung und Transport von Wasserstoff mit Umweltproblemen verbunden – sowohl am Boden als auch im Flugzeug. Forscher und Ingenieure prüfen hochmoderne Materialien, die neue Flugzeugkonstruktionen unterstützen und in der Flughafeninfrastruktur sowie innerhalb der Treibstoffversorgungskette eingesetzt werden könnten. Zu den größten zu bewältigenden Herausforderungen sind:

Permeation

Wasserstoff ist ein äußerst leichtes Gas mit geringer Dichte. Aufgrund seiner niedrigmolekularen Form kann Wasserstoff in alle Arten von Polymerwerkstoffen und Metallen eindringen und Probleme mit der Metallversprödung verursachen. In Verbindung mit Anwendungen, die hohem oder wechselndem Druck ausgesetzt sind, kann die Wasserstoffpermeation zu Problemen mit schneller Gasdekompression (Rapid Gas Decompression, RGD) führen. Je nach Druck- und Temperaturniveau empfiehlt Greene Tweed Fusion® 938 O-Ringe aus Hochleistungs-FKM oder MSE® (metallfederunterstützte) PTFE-Lippendichtungen. Fusion 938 bietet eine erstklassige Beständigkeit gegen Wasserstoffeinwirkung.

Permeation kann auch bei niedrigen Temperaturen auftreten. In diesem Fall könnten Fusion® 665 O-Ringe (FKM) oder MSE® Lippendichtungen eine geeignete Lösung sein. Für die extremen Temperaturen im Zusammenhang mit flüssigem Wasserstoff prüft Greene Tweed derzeit neue Dichtungslösungen und thermische Dämmstoffe.

Schmierfähigkeit

Die geringe Schmierfähigkeit des Wasserstoffmoleküls stellt für Geräte wie Ventile und Kompressoren ein Problem dar und führt letztendlich zu übermäßigem Verschleiß und Reibungsproblemen. Um diese Probleme zu lösen, bietet Greene Tweed den PFA-Verbundstoff WR® 600 mit einzigartigen Trockenlaufeigenschaften und mit Arlon® 3000XT das einzige vernetzte PEEK auf dem Markt an.

Übermäßiges Gewicht

Übermäßiges Gewicht war in der Luft- und Raumfahrt schon immer ein zentrales Thema. Jede Gewichtsreduzierung hat unmittelbare Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch. Da die Energiedichte von Wasserstoff (bezogen auf das Volumen) etwa dreimal niedriger ist als die von Flugzeugtreibstoff, sind wesentlich größere Tankgrößen erforderlich, um mit Wasserstoff die gleiche Energiemenge zu transportieren wie mit Flugzeugtreibstoff. Daher ist es umso wichtiger, leichte Lösungen für Wasserstoffflugzeuge anzubieten. Greene Tweeds thermoplastischer Verbundwerkstoff Xycomp® wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie bereits in großem Umfang als Ersatz für Metalle eingesetzt.

Aufgrund ihrer Molekularstruktur und des relativ großen Raums zwischen den Molekülen und den Graphitebenen sind C/PEEK-Verbundwerkstoffe für Wasserstoff durchlässig. Verbundmaterialien dieser Art können keinen Wasserstoff ansammeln, wie es bei Metallen der Fall ist. Vor dem Hintergrund, dass eine Wasserstoffversprödung bei einem Polymerverbundwerkstoff nicht möglich ist, macht der Einsatz unserer Xycomp®-Lösungen in den kohlenstoffarmen Flugzeugen der Zukunft noch mehr Sinn.

Im Zuge der weltweiten Bemühungen zur Kohlendioxidreduzierung wird es für die Luft- und Raumfahrt unumgänglich, Methoden zur Emissionsreduzierung zu finden. Greene Tweed entwickelt und prüft kontinuierlich neue Materialien und Technologien, um Lösungen aus Elastomeren, Thermoplastkunststoffen und thermoplastischen Verbundmaterialien zu entwickeln und herzustellen, die die Energieeffizienz und die Umwelt-Compliance verbessern. Greene Tweed bietet interne Design-, Prototyping-, Prüf- und Fertigungsdienstleistungen für kundenspezifische Dichtungs- und Lagerlösungen an. Durch die Zusammenarbeit mit unseren Kunden können wir für jede einzelne Anwendung die richtige Lösung entwickeln.

 

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1 https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/FCH%20Docs/20200507_Hydrogen%20Powered%20Aviation%20report_FINAL%20web%20%28ID%208706035%29.pdf