Neue Ära für unbemannte Flugzeug durch neue Brennstoffzellen
Das Projekt SUAV (Microtubular solid oxide fuel cell power system development and integration into a mini-UAV) wurde gestartet, um die European Clean Sky Initiative zu unterstützen. Es zielte auf die Entwicklung von Brennstoffzellenkomponenten zu einem günstigen Preis ab, wodurch es möglich wird, feste Oxidbrennstoffzellen (SOFCs) in tragbaren und anderen Anwendungen zu verwenden. SUAV konzentrierte sich auf die Konstruktion von SOFCs mit einer tubulären Geometrie und deren Integration in ein Hybrid-Stromnetz, das aus einem mikrotubulären SOFC-Stack und einer Batterie besteht. Tubuläre Konstruktionen sind vorteilhaft, weil es viel einfacher ist, Luft und Kraftstoff voneinander zu trennen. Eine große Herausforderung bei der Gestaltung des integrierten Brennstoffprozessors und des Brennstoffzellenstapels waren die Gewichts- und Volumenanforderungen des UAV-Systems. Zu diesem Zweck zielten die Projektpartner auf die Gestaltung eines leichten, kompakten und flexiblen Stromerzeugers. Die Entwicklung dieses Hybridsystems umfasste eine mikrotubuläre SOFC, eine Batterie, einen Prozessor zur Erzeugung von Reformatgas und anderen Geräten. SUAV verwendete Propan als Brennstoff, weil es mehr Energie im Vergleich zu Wasserstoff enthält und auch in ganz Europa verfügbar ist. Brennstoffzellen-Typen wie SOFCs werden verwendet, da sie Reformatgase in Elektrizität umwandeln können, im Gegensatz zu anderen Arten von Brennstoffzellen, die reinen Wasserstoff benötigen. Dies wiederum verringert die Komplexität und Größe des Brennstoffprozessors. Die Modellierung des SOFC-Stapels sowie die Komponenten der Anlagenperipherie begleiteten die Entwicklung der Einzelkomponenten des Stromgenerators. Darauf aufbauend wurden rechnergestützte 2D- und 3D-Strömungsdynamikmodelle entwickelt, um Temperaturverteilungen innerhalb jeder Mikrotubulärzelle und des vollständigen Stapels vorherzusagen, wo auch thermische Spannungen berechnet wurden. Aufgrund der hohen Anforderungen an Volumen und Gewicht nutzten die Projektmitglieder katalytische Partialoxidation als Reformtechnik. Obwohl sie eine geringere Effizienz als Dampfreformierung aufweist, führt sie zu einer höheren Leistungsabgabe pro Volumen und Gewicht, da kein Wasser benötigt wird. Das Erbe von SUAV ist ein 280 W Brennstoffzellengenerator mit verlängerten Flugfähigkeiten. Neben den Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt ist die entwickelte Technologie auch in tragbaren Stromversorgungen, Fahrzeugstrom an Bord und in Ausbildungsdemonstratoren einsetzbar. Neben anderen Vorteilen könnte dies längere Flugzeiten für die Erkennung von Waldbränden ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Propan, unbemannte Luftfahrzeuge, SUAV, mikrotubulär, Festoxid-Brennstoffzelle, Stromversorgung
