Projekt HyKliK: Wasserstoff – Klimawirkung und Kreisprozesse in der Triebwerksleistungsrechnung

Die Substitution von Kerosin mit dem karbonfreien Energieträger Wasserstoff stellt Industrie und Wissenschaft vor viele neue technischen Herausforderungen. Kryogen gespeicherter Wasserstoff, wie für die Luftfahrt angedacht, hat als Wärmesenke das Potenzial schon vor der Verbrennung effizienzsteigernd im Triebwerkskreisprozess genutzt werden zu können. Diesem Thema widmet sich das Projekt HyKliK – Wasserstoff: Klimawirkung und Kreisprozesse in der Triebwerksleistungsrechnung.

Dadurch ergeben sich viele neue Möglichkeit zur Gestaltung des Kreisprozesses und Optima des Gesamtsystems verschieben sich. Zur Bewertung der Umweltverträglichkeit sind noch stärker neue Metriken notwendig, die Emissionen mit der resultierenden Klimawirkung in Verbindung bringen, da kein CO₂ mehr entsteht. Diese Klimametriken müssen schon in der Konzeptphase benutzbar sein, um sie bei der Auslegung und Optimierung berücksichtigen zu können. Zur Beantwortung der neuen Fragestellungen sind Werkzeuge nötig, die die Besonderheiten und interdisziplinären Zusammenhänge der Wasserstoffdirektverbrennung abbilden und bewertbar machen.

Ziel dieses Verbundvorhabens ist die Bereitstellung eines solchen Werkzeuges auf Basis der weltweit etablierten Vorauslegungs- und Leistungsrechnungssoftware des Verbundführers GasTurb. Die dafür notwendigen Methoden und Verfahren werden innerhalb der Projektlaufzeit von 36 Monaten entwickelt und validiert.
Zunächst findet die Modellentwicklung durch die Verbundpartner statt: GasTurb und das IST der RWTH entwickeln Komponentenmodelle und verschalten diese zu neuen Triebwerkskonfigurationen, das ITV und IKDG der RWTH untersuchen die Verbrennungsvorgänge in Brennkammern von H₂-Triebwerken und leiten Modelle zur Emissionsvorhersage ab und das Bauhaus Luftfahrt modelliert die Klimawirkung und leitet für die Triebwerksleistungsrechnung geeignete Klimametriken ab.
All diese neu- und weiterentwickelten Modelle werden in GasTurb integriert.

Ein besonderes Ziel der Entwicklung ist, dass die neuen Werkzeuge auch für Nutzer ohne Expertenwissen in den verschiedenen Disziplinen nutzbar sind und so einen niederschwelligen Zugang zu den erweiterten Auslegungs- und Bewertungsfähigkeiten für umweltfreundliche H₂-Triebwerke bieten.

Das Bauhaus Luftfahrt übernimmt im Verbund schwerpunktmäßig das Hauptarbeitspaket 4 zur Klimawirkung sowie das Grundlagenarbeitspaket AP 1.3 mit dem Ziel einen „Climate Impact Factor“ für die Gasturbine in verschiedenen Betriebspunkten zu bestimmen und die Klimawirkung direkt im Vorentwurf einzubeziehen.
Dafür entwickelt das Baushaus Luftfahrt eine geeigente Klimametrik basierend auf existierender Literatur.

Das Bauhaus Luftfahrt unterstützt darüberhinaus GasTurb, die erarbeitete Metrik in die Auslegungssoftware einzubinden und wesentliche Anwender-Inputs zu definieren. In AP 5.4 unterstützt Bauhaus Luftfahrt die abschließende Bewertung der Performance und Klimavorteile von klimaoptimierten Wasserstoffgasturbinen mit Hilfe der im Verbund neu entwickelten Werkzeuge in Bezug auf die in AP 1.3 vom Bauhaus Luftfahrt erarbeiteten Emissions- und Technologieszenarien.