Alternative Antriebsstoffe...

[AA68]

Guten Abend, nun daher die Suche noch nicht funktioniert und

ich auch hier im Forum vorweg kein Thread gefunden habe.

Würde mich dieses Thema doch mal interessieren.

 

Was gibt es den für Alternativen zum Kerosin? Wasserstoff, Erdgas ?

 

Was hat mehr Priorität? Einen alternativen Treibstoff zu entwickeln oder Kerosin effizienter zu nutzen? Sprich Leichtere Flugzeuge, Aerodynamischere Flugzeuge, Flugzeuge mehr „gleiten“ zu lassen sprich die Reichweite zu erweitern?

 

Wie seht Ihr das, und was ist Eure Meinung dazu? Vorstellungen, Ideen, Meinungen etc.

 

 

Freu mich schon auf Eure Antworten, Diskussionen. etc.

 

Mit freundlichen Grüßen

AA68

 

[ Diese Nachricht wurde geändert von: AA68 am 2005-02-14 23:26 ]

[Celestar]

Also die Effizienz lässt sich wohl noch um einiges Steigern, bei den Triebwerken sind so etwa 20-25% Reduktion drin, wenn man alle Register zieht (geared fan, Brennkammertemperatur rauf, gestufte Brennkammer, Zwischenkühlung und Wärmetauscher). Ob das Triebwerk dann nicht zu schwer wird, ist so ne Sache ...

 

Zu den alternativen Antriebskonzepten, da gibt es eigentlich nur 2 Möglichkeiten (wenn man mal von "exoten" wie der Gravitationsbeeinflussung absieht).

 

1) Wasserstoff. Das wäre machbar, aber da müsste man Geld für die Forschung investieren. Nachdem "Forschung" der erklärte Feind der Bundesregierung (und vieler anderer Regierungen) ist, passiert da nix.

 

2) Nukleare Antriebe. Klingt etwas futuristisch, aber wäre insbesondere in Kombination mit der Fusion eine durchaus denkbare Alternative. Selbes Problem wie 1).

 

Celestar

[munich]

Interessantes Thema - insbesondere weil es wegen der Diskussion des Airportneubaus in Dubai und der dortigen Vorbereitung auf die Zeit nach dem Öl hoch aktuell ist.

 

Meiner Meinung nach hat die Brennstoffzelle in allen Bereichen, also auch in der Luftfahrt die "besten Papiere".

 

Der Einwand Gewicht ist natürlich gerade in der Luftfahrt, aber auch bei allen anderen nicht stationärem Einsatz, nicht von der Hand zu weisen.

 

Allerdings, wenn es gelingt die Herstellung von Wasserstoff entsprechend preisgünstig zu machen (z.B. über Solarkraftwerke in der Wüste) wäre dieser Treibstoffmehrverbrauch eher von sekundärer Bedeutung.

 

Es wäre wirklich an der Zeit in dieser Richtung mehr zu investieren. Aber ist ist eben wie immer: erst wenn der Menschheit das "Wasser zum Hals steht" wird man bereit sein solche Investitionen vorzunehmen.

 

Wie Celestar schon schrieb: unsere Politiker sind naturwissenschaftlich zu dumm oder ignorant, um diese große Chance für ein Land wie Deutschland zu erkennen.

[Dosenhub]

Also dass man das Problem nur an den Regierungen festmachen kann glaube ich nicht. Falls, in diesem Fall die unsrige, Regierung Gelder für alternative Forschung investiert, nennt man das gelegentlich Geldverschwendung. Und, dass die Öllobby einfach mal zu stark ist. Ist schon irgendwie lustig, wie Firmen wie BP oder Esso mit ihren alternativen Forschung Werbung machen, andererseits aber kein wirkliches Interesse haben, das schon besser heute als morgen nicht-fossile Brennstoffe verwendet werden.

 

Brennstoffzelle im Flugzeug: ist glaube ich nur für APUs machbar. Es gab ja Versuche mit Brennstoffzellen am Boden in Bussen und die haben im deutschen Winter, bei -10 Grad oder so schon Probleme gehabt (Quelle dafür ist die TU München). Wenn also Triebwerke bei -50 Grad funktionieren müssen gibt es da wirklich noch ne ganze Menge Arbeit. Zum anderen bin ich mir nicht sicher, ob Brennstoffzellen die Leistung bringen können, wie ein heutige, mit Kerosin betriebenes Flugzeug. Weiss da jemand was?

 

Wasserstoff und Kernenergie: Also Wasserstoff wäre, mit vielen Weiterentwicklungen ja vielleicht noch drin, aber man muss schon ein Futurist sein (oder Kernphysiker) um in der Kernenergie einen adäquaten Energielieferer für Flugzeuge zu sehen.

 

Die jetzigen Triebwerke sind sicher noch effizienter zu gestalten. Ansätze dafür kann man ja an den Entwürfen (die in der Fachpresse kursieren) für die 7E7 sehen, mit denen sich ja Boeing auch ziemlich aufplustert. Aber auch da wird es Grenzen geben. Und für mich persönlich klingen 25% Einsparung doch recht viel - zu viel? Was man an Verbesserungen reinsteckt muss, vielleicht wie schon angedeutet beim Gewicht, wieder drauf gepackt werden. Also da sind pro Personen-km noch einige Prozente drin effektiv, aber 20-25?

 

Aber um ehrlich zu sein, mit Ideen wie dem Sonic-Cruiser oder den Vorstellungen einiger Flugzeugbauer, kleinere Überschallflugzeuge zu entwickeln, hat der Ansatz effizientere Flugzeuge zu bauen nix zu tun. Das ist ein wenig wie bei den Autos: da reden alle vom 3-Liter Auto und was kommt: der neue V10 oder V12 Phaeton oder Touareg oder sonst was, und der hat vielleicht 3 Liter, aber eben Hubraum und nicht Verbrauch. Solange die Verbraucher mit ihrem Verhalten nicht die Entwicklung begünstigen kommt da auch nix, weder bei den Autos noch bei Flugzeugen

[nabla]

Ich sehe die Problematik etwas anders: Kerosin ist heutzutage der Standard. Die Technologie ist erprobt und hat sich bewährt. Der Rohstoff ist im Verhältnis günstig und überall verfügbar.

Will ich jetzt auf eine anderen Energieträger umstellen bedeutet das unglaubliche finanzielle Bealstungen: Angefangen bei den Umbauten an den Flugzeugen, der Umrüstung der aktuellen Weltflotte, den Neuzulassungen, Produkthaftungsfragen (schönen Gruß in die USA...), der gesamten Logistik, den Forschungseinrichtungen und allem was dazu gehört. Leider kann man bei allem wo "Aviation" drauf steht ohne Probleme das Komma auf dem Preisschild locker 1-2 Stellen nach rechts rücken.

Insofern wird also niemand diesen Weg freiwillig gehen - auch allen Commitments in den Jahresberichten zum Trotz. Es ist einfach derzeit zu teuer! Das Tor "neue Energie" geht erst auf, wenn Kerosin im Verhältnis deutlich zu teuer wird, die Flugnachfrage langfistig ungebrochen ist und alle an einem Strang ziehen.

 

Somit bleibt es also erstmal nur dabei den Wirkungsgrad der Gasgeneratoren hochzusetzen. Wenn man bedenkt, daß der bei lächerlichen 30-35% (?? bitte korrigieren/präzisieren, wenn falsch) liegt, sollte da doch einiges Potential liegen - wie oben schon von Celestar beschrieben. In meinen Augen würde am meisten erreicht durch eine Erhöhung der Brennkammertemperatur, die aber durch die thermische Belastbarkeit der 1. Turbinenstufe limitiert ist. Hier werden neue Materialien und Technologien gebraucht, die evtl. wieder ein paar Prozent mehr herausholen können. Das ist zwar noch nicht der Durchbruch aber es läßt sich mit im Verhältnis geringen Kosten umsetzen.

 

Gruß,

 

Nabla

[Loran]

Das wichtigste wurde ja schon von den Kollegen gesagt.

 

Die Entwicklung geht wie im anderen Thread schon gepostet dahin, dass zuerst die APUs durch ein Brennstoffzellensystem ersetzt werden. Das wird eine Hochtemperatur Zelle sein (SOFC, Solid Oxid Fuel Cell) oder eine PEMF (Proton Exchange FC). Da gibt es verschieden Kombinationsmöglichkeiten, z.B. an die Klimaanlage angeschlossen, oder mit Turbine und Kompressor um die Effizienz zu erhöhen. Damit kann man in einigen Jahren schon auf Gesamtwirkungsgrade von über 65% kommen, was dem dreifachen einer heutigen APU entspricht. Weiterer Vorteil, die Triebwerke (TW) werden entlastet und kümmern sich nur um die Fortbewegung (da keine Generatoren mehr) -> weitere Effizienzsteigerung. Die Wassertanks können im Flug aufgefüllt werden, spart noch mal zweimal 404l in einer 777 z.B. Das Flugzeug wird zum More-Electric Airplane und Systeme wie Pneumatik und Hydraulik werden verkleinert (oder vielleicht irgendwann abgeschafft).

 

Das Problem: Die Brennstoffzellen sind noch zu schwer und anfällig, da gibt’s eine Menge Sicherheitsaspekte, die berücksichtigt werden müssen (was passiert bei einem Totalausfall, braucht man doch noch Notgeneratoren in den TW?). Jedenfalls liegt die Größenkategorie für eine APU bei ca. 400 Kw für eine 777 (kann kurzzeitig verdoppelt werden, bei Engine Start z.B.). Der Plan ist so was in 12-15 Jahren einzuführen. Diese APU läuft dann immer, auch im Flug.

 

Parallel dazu werden die TW effizienter, ich denke dass 25% durchaus noch drin sind. Methode: Wie schon erwähnt Bypassverhältnis vergrößern (da es effizienter ist eine große Luftmenge langsamer durchzublasen anstatt eine kleine Luftmenge sehr schnell, Vergleich z.B. JT3D – GE90). Dazu die Turbineneintrittstemperatur erhöhen, ergibt ein größeres Delta T im Prozess, ergibt mehr Leistung. Problem, bei höheren T entsteht mehr NOx (wo man sich gerade überlegt wie man das runter bekommt, denn dieser Wert ist schon seit Jahren konstant). Da wäre die Lösung: zurück zur Wassereinspritzung, forscht Boeing gerade, reduziert die Temperatur am Ausgang der Brennkammer wieder (was die NOx Produktion verringert), und durch den höheren Massenstrom durch das zusätzliche Wasser steigt der Schub wieder. Problem: Wassereinspritzung kostet Gewicht, die Frage also, wie viel ist das die Airline wert, oder bringts überhaupt was wenn man soviel Extra-Gewicht mit sich herumschleppt. Also da gibt’s ne Menge Forschungsbedarf. Weiteres Problem bei höheren Delta T: die Materialien der Turbinen sind hohen Belastungen ausgesetzt. Deswegen werden heute die Blades aus Einkristallen „gezüchtet“, mit aufwändigen Kühlsystemen die mit Lasern eingebrannt werden. Da geht s auch nicht unendlich weiter. Außerdem werden die TW bei zu hohen Bypassverhältnissen wieder schwerer wie schon erwähnt.

 

Schaut man sich die Emissionskurven sowie den spezifischen Verbrauch der letzten Jahrzehnte an, so gehen alle exponential runter, d.H. die Entwicklung verlangsamt sich nun. Große Sprünge sind nicht mehr zu machen oder kosten viel Geld, jede Generation unterbietet die vorherige um ein paar Prozent vielleicht (außer beim NOx). Dennoch wird die Entwicklung weiter, und 25% halte ich für machbar.

 

Somit wird das Flugzeug in der absehbaren Zukunft wohl mit einer Kombination aus Brennstoffzelle im Heck sowie 2/3/4 effizienteren TW fliegen. Da lässt sich also noch was rausholen. Weitere Punkte wären Lärmreduzierung, nicht nur wegen der Anwohner, sondern Schall ist verlorene Energie (deswegen waren die alten TW so laut, wegen der hohen Temperatur und Geschwindigkeit des Abgasstrahls). Der kalte, langsame Fan verursacht weniger Lärm. Da gibt’s aber auch noch etwas Potential.

 

In der ganz entfernten Zukunft, wenn Kerosin wirklich rar und teuer wird, erscheinen die notwendigen Forschungsgelder nicht mehr so teuer und es tut sich was in der Wasserstoffverbrennung. Denn theoretisch (und auch praktisch) kann ja anstatt Kerosin auch Wasserstoff in den Brennkammern verbrannt werden. Da ist aber wieder das Problem der Lagerung. Da gibt es als Lösung z.B. das Cryoplane, ein Flieger der einen großen Zylindrischen Tank auf dem Rücken trägt. Der Tank muss wegen des hohen Drucks und des kryogenen Zustands des Wasserstoffs zylindrisch gebaut sein. Da aber das spezifische Gewicht von Wasserstoff kleiner als das von Kerosin ist (auch im kryogenen Zustand), kann das Flugzeug mehr Nutzlast mitnehmen. Außerdem ist die spezifische Energiedichte von Wasserstoff höher als von Kerosin (Brennwert). Problem bereitet dabei das hohe Volumen von Wasserstoff, dr Tank muss relativ groß sein. In einer Forschung kam z.B. heraus das ein A310 um bis 20% gestreckt werden könnte, um mehr Passagiere aufzunehmen. Bleibt aber die Skepsis der Passagiere gegenüber dem Wasserstoff, die darin wohl eher eine fliegende Bombe sehen. Fakt ist aber dass es im Umgang mit Wasserstoff relativ gesehen weniger Unfälle gab als mit Kerosin. Die Lagerung ist in der tat aber sehr schwer, da die Moleküle stark diffundieren, unter hohem Druck stehen müssen, usw. Die Contrailbildung wird auch gerade erst erforscht, denn Contrails haben einen signifikanten Effekt im Klima, können den Treibhauseffekt sogar bescheunigen! Da ist also Vorsicht geboten, die Forschung steckt aber noch in den Kinderschuhen.

.

Dennoch glaube ich dass es sich technisch mit dem entsprechenden Etat realisieren lässt. Die Russen haben ja schon mal eine T-154 (genant Tu-155) mit einem Wasserstofftank im Heck fliegen lassen, und zwar um das TW #3 damit zu befeuern. Soweit ich weiß hat das auch mehrfach im Versuch geklappt. Wird spannend…

Ich kenne mich mit dem Atomantrieb nicht gut aus, aber ich glaube dass er für mobile Anwendungen zu schwer ist, abgesehen davon dass er wirklich eine Fliegende Bombe wäre…

 

Gruss,

Loran

 

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Loran am 2005-02-15 12:54 ]