Entwicklung eines WAM-Leichtbau-Al-Tanks für Flüssigwasserstoff mit höchster gravimetrischer Speicherdichte für die Luftfahrt
Im Fokus des Projekts "LH2-WAM-Tank" steht die Entwicklung eines Leichtbau-Flüssig-Wasserstoff-Tanks aus Aluminium unter Einsatz der Wire-based Additive Manufacturing (WAM) Technologie. Es werden Studien an kritischen Komponenten durchgeführt und ein fehlerfreies Funktionsmuster hergestellt. Das Ziel besteht darin, das Potenzial von WAM zu demonstrieren und eine signifikant gesteigerte gravimetrische Speicherdichte von 8 kWh/kg für den LH2-Tank zu erreichen, während gleichzeitig die Möglichkeiten der Funktionsintegration in den Tank gezeigt werden.
Ausgangslage und Projektziele
Für Luftfahrt-Mobilitätssysteme ist Edelstahl als Tankmaterial zu schwer. Aluminium bietet sich als geeigneter Strukturwerkstoff an, um Gewicht zu reduzieren und die gravimetrische Speicherdichte signifikant zu steigern, um so ein energietechnisch sinnvolles Niveau zu erreichen. Neue LH2-Tank-Konzepte in Kombination mit innovativen Fertigungsansätzen sind erforderlich.
Wire-based Additive Manufacturing (WAM) ist eine vielversprechende Fertigungstechnologie, bei der Schweißdrähte schichtweise zu 3D-Strukturen aufgebaut werden. Sie überwindet die Einschränkungen bekannter Fertigungsmethoden. Forschungsarbeiten des LKR haben das enorme Potenzial von WAM für Aluminium in Bezug auf Material, Fertigung und Funktionsintegration gezeigt. Im Rahmen der Entwicklung eines innovativen LH2-WAM-Tank-Konzepts soll dieses Potenzial bestätigt werden.
Das Konsortium strebt signifikante Fortschritte im Bereich "Wasserstoffbetriebene Luftfahrt" an. Es plant die Realisierung eines Mustertanks und die Messung von Leckagen/Dichtigkeit sowie die Bestimmung der gravimetrischen Speicherdichte am Ende des Projekts. Das Ziel ist ein skaliertes Muster mit einer gravimetrischen Speicherdichte von 7 kWh/kg und langfristig eine Steigerung auf 10 kWh/kg - deutlich vorteilhafter als alle derzeit bekannten LH2-Speicherlösungen für heutige Mobilitätssysteme.
Ergebnisse
Im Rahmen der Designstudien wurde sowohl die konzeptionelle Tank-Verschaltung für den Betrieb mit LH2 entwickelt als auch die CAD-Planung für WAM durchgeführt. Es wurden erste Machbarkeitsstudien durchgeführt, um die Umsetzbarkeit des Designs mit Hilfe der WAM-Technologie zu demonstrieren.
Aufgrund der Einsatzbedingungen (-253°C, 10 bar), des Schwerpunkts auf Leichtbau und des verwendeten Herstellungsprozesses (WAM) wurde eine Studie zur geeigneten Werkstoffwahl durchgeführt. Dabei wurde eine Aluminiumlegierung aus der Klasse der naturharten 5xxx-Legierungen ausgewählt. Diese Legierung zeichnet sich durch ein ausgewogenes Eigenschaftsportfolio aus, das Festigkeit, Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit umfasst.
