Im Rahmen des EU-geförderten Projekts MINIMAL untersucht das Bauhaus Luftfahrt in verschiedenen Anwendungsklassen die Auslegung einer Composite Cycle Engine (CCE) mit Freikolbenmotor für eine minimale Klimawirkung. Das Vorgängerprojekt ULTIMATE zeigte, dass die CCE ein äußerst effizientes Antriebskonzept darstellt, welches allerdings mit Herausforderungen hinsichtlich Stickoxid-Emissionen (nitrogen oxide, NOx) verbunden ist. Diese werden in MINIMAL mit einer neuen Designstrategie adressiert, die die zu erwartende Klimawirkung einer CCE bereits in der Vorauslegung berücksichtigt. Zudem wird auf der Kurzstreckenanwendung Wasserstoff als Energieträger verwendet, weshalb die internen Methoden zur Kolbenund Turbomaschinenauslegung sowie der NOx-Emissionsabschätzung entsprechend weiterentwickelt wurden (Abb. 1). Darüber hinaus agiert das Bauhaus Luftfahrt in MINIMAL als Flugzeugintegrator und ist für die Flugzeugauslegung der Referenzsysteme auf aktuellem und prognostiziertem evolutionären Technologieniveau verantwortlich.
Die Ermittlung der Sensitivitäten verschiedener Antriebsdesignparameter auf die Klimawirksamkeit erfordert auch die Modellierung des Treibstoffverbrauchs der globalen Flugzeugflotte sowie deren zukünftiger Entwicklung. Hierzu wurden bereits Ergebnisse für fünf mögliche Szenarien der Luftverkehrsentwicklung den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Der dabei verwendete Ansatz zur Abbildung des globalen Luftverkehrsnetzes ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich trotz kontinuierlicher Technologie-Weiterentwicklung und treibstoffoptimiertem Einsatz der Flugzeuge der jährliche globale Treibstoffverbrauch der Luftfahrt bis zum Jahr 2050 lediglich bei geringem Luftverkehrswachstum reduziert. Daraus lässt sich klar der Bedarf nach revolutionären, hocheffizienten Technologiekonzepten wie der CCE ableiten.
NOx-Emissionen wasserstoffbetriebener Turbomotoren bei verschiedenen Verbrennungstechnologien
Die Stickoxid-Emissionen von wasserstoffbetriebenen Turbomaschinen hängen stark von der angewandten Einspritztechnik ab. Die zu erwartenden NOx-Emissionen können um bis zu zwei Größenordnungen variieren.
Netzannahmen für Flottenmodellierung und -prognose
Um Flottenprognosen für fünf verschiedene Szenarien unter Annahme einer verbrauchsoptimierten Flugzeug-Erneuerungsstrategie zu erstellen, wird ein vereinfachtes globales Luftverkehrsnetz mit sechs vollständig verbunden Regionen verwendet.
