Schweizer Technologie: Düsentriebwerke für das Wasserstoffzeitalter
Flugzeuge sollen künftig mit Wasserstoff um die Welt fliegen. Von Ingenieuren der ETH Zürich entwickelte Schweizer Technologien liefern dafür die Grundlagen.
Das Wichtigste in Kürze
- Europa bereitet sich auf das klimaneutrale Fliegen mit Wasserstoff vor.
- Forschende der ETH Zürich haben wichtiges Know-how geliefert.
- General Electric will die Schweizer Technologie für ein Wasserstofftriebwerk nutzen.
Wasserstoff statt Kerosin: Flugzeugtriebwerke, die mit klimafreundlich hergestelltem Wasser stoff fliegen, könnten den Flugverkehr klimafreundlicher machen. Dafür ist aber noch einiges zu tun: Unter anderem müssen Düsentriebwerke auf den neuen Treibstoff umgerüstet werden. Experten der ETH Zürich liefern dafür wichtiges Know-how. «Wasserstoff verbrennt schneller als Kerosin. Aus diesem Grund erzeugt es kleinere und kompaktere Flammen», erklärt ETH-Professor Nicolas Noiray. Bei der Konstruktion von Wasserstoff-Triebwerken muss das berücksichtigt werden.
Ein Problem sind Vibrationen: In der Brennkammer eines Düsentriebwerks wird der Treibstoff verbrannt. Das erzeugt Schallwellen, die von den Wänden der Brennkammer zurückgeworfen werden und sich dann auf die Flammen auswirken. Vibrationen, die durch die gegenseitigen Wechselwirkungen von Schallwellen und Flammen entstehen, führen zur Materialermüdung und können Risse und Schäden verursachen.
Bedingungen auf Reiseflughöhe simulieren
Bei Kerosin-Triebwerken haben die Ingenieure diese Schwingungen schon lange im Griff. Die Art des Treibstoffes hat jedoch einen grossen Einfluss auf die Wechselwirkungen von Schall und Flamme. Jetzt wollen Ingenieure und Forschende auch dafür sorgen, dass die Schwingungen in einem neuen Wasserstoff-Triebwerk nicht auftreten. Mit einer aufwändigen Versuchs- und Messanlage an der ETH messen sie, die Akustik von Wasserstoff-Flammen und sagen die Schwingungen vorher. «Mit unserer Anlage können wir die Temperatur und den Druck in einem Triebwerk auf Reiseflughöhe nachbilden», erklärt Noiray.
Zudem können die ETH-Forschenden die Akustik von verschiedenen Brennkammern simulieren und so eine Vielzahl von Messungen durchführen. «Unsere Studie ist die erste ihrer Art, die das akustische Verhalten von Wasserstoff-Flammen unter realen Flugbedingungen misst», so Noiray weiter. Diese Schweizer Technologie nutzt der amerikanische Triebwerkshersteller General Electric, um die Einspritzdüsen der Triebwerke zu verbessern und so den Weg für ein funktionierendes Wasserstoff-Triebwerk zu ebnen. In wenigen Jahren soll so ein Triebwerk für erste Tests am Boden bereit sein, und später werden damit die ersten Flugzeuge abheben können.
ETH-Professor Noiray hält aber weder die Entwicklung der Triebwerke noch die Entwicklung von Wasserstoff-Tanks für die Flugzeuge für die grösste Herausforderung bei der Überführung der Luftfahrt ins Wasserstoffzeitalter. «Die Menschheit ist auf den Mond geflogen. Ingenieure werden es auch schaffen, Wasserstoff-Flugzeuge zu entwickeln», sagt er. Doch mit den Flugzeugen allein ist es nicht getan. Eine grosse Herausforderung bestehe auch darin, die gesamte Infrastruktur rund um die Wasserstoff-Luftfahrt aufzubauen, etwa ausreichende Mengen klimaneutralen Wasserstoffs herzustellen und zu den Flughäfen zu transportieren, sagt Noiray. Damit auch dies innert nützlicher Frist gelingt, brauche es jetzt einen Effort.
