Forschungsprojekt BALIS DLR entwickelt und testet Brennstoffzellen im Megawattbereich für die Luftfahrt

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt im Rahmen des Projekts BALIS den weltweit ersten Brennstoffzellenantriebsstrang für Flugzeuge – und das mit einer Leistung im Megawattbereich.

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Digitale Übergabe: Prof. Karsten Lemmer (links) nimmt von Steffen Bilger den Förderbescheid entgegen.
Digitale Übergabe: Prof. Karsten Lemmer (links) nimmt von Steffen Bilger den Förderbescheid entgegen.
(Bild: DLR)

Mit BALIS geht das DLR einen weiteren Schritt, um emissionsfreies Fliegen mit Wasserstoff zu ermöglichen. Den Förderbescheid für das Projekt in Höhe von 26 Mio. € überreichte der Parlamentarische Staatssekretär beim Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) Steffen Bilger im Rahmen einer digitalen Veranstaltung an das DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart.

„In diesem Jahrzehnt geht es darum, den Hebel umzulegen und unsere Mobilität auf CO2-freie beziehungsweise CO2-arme Kraftstoffe umzustellen. Der Mobilität mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energien kommt dabei eine wesentliche Rolle zu. Wasserstoff kann als Kraftstoff in allen Verkehrsträgern eingesetzt werden – auch in Flugzeugen. Das Ziel ist die emissionsfreie Luftfahrt – am liebsten mit Arbeitsplätzen und Wertschöpfung in Deutschland“, betonte der Parlamentarische Staatssekretär Steffen Bilger bei der Übergabe des Förderbescheids.

„Ob in der Luft, auf der Straße und Schiene oder auf See – in der Entwicklung und Anwendung von Brennstoffzellen gehört das DLR zu den Pionieren und kann auf Knowhow und Erfahrung aus jahrelanger Forschungsarbeit zurückgreifen“, erläutert Prof. Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstands für die Bereiche Energie und Verkehr. „Mit Projekten wie BALIS setzen wir auch morgen Standards: in Richtung emissionsfreie Mobilität, die auf Wasserstoff als weitere Säule in unserem Energiesystem fußt.“

„Das Projekt BALIS zeigt: Wasserstoffantrieb in der Luftfahrt ist real und machbar. Wir setzen damit die Erfolgsgeschichte des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP) fort, mit dem die Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) und der Projektträger Jülich (PtJ) unter Einsatz von Fördermitteln des Bundesverkehrsministeriums seit 2008 systematisch Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien aus dem Forschungs- und Entwicklungsstadium zur Marktreife entwickeln. Das NIP war und ist ein Pfeiler der nationalen Wasserstoffstrategie“, so Kurt-Christoph von Knobelsdorff, Geschäftsführer der NOW. „Nur mit hochinnovativen Technologien kann Deutschland erfolgreich an einer globalen Wasserstoffwirtschaft partizipieren.“

Im Fokus: Brennstoffzellenantriebsstrang und einzigartige Testumgebung

Ziel des Projekts BALIS ist es, einen Brennstoffzellenantriebsstrang mit einer Leistung von rund 1,5 MW zu entwickeln und zu erproben. Damit ließe sich ein Regionalflugzeug mit 40 bis 60 Sitzen und einer Reichweite von 1000 km realisieren. Das DLR baut dazu einen in dieser Form einzigartigen Teststand auf. Er bildet das notwendige Gesamtsystem an, also die komplette Hardware und die notwendige Infrastruktur: Dazu gehören das Brennstoffzellensystem selbst, die Wasserstofftanks, der Elektromotor sowie die Steuerungs- und Regelungstechnik. Diese Testumgebung ist komplex und gleichzeitig sehr flexibel. Sie ermöglicht Forschungs- und Entwicklungsarbeiten unter den unterschiedlichsten, im Luftfahrtbereich geltenden Rahmenbedingungen, Anforderungen und Richtlinien.

„Mit BALIS schaffen wir die energiewandlungstechnischen Grundlagen, entwickeln ein erstes Demonstrationssystem der Leistungsklasse 1,5 Megawatt und erarbeiten eine optimale Betriebsweise. Im nächsten Schritt wollen wir es dann gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie in die Anwendung bringen“, erklärt Prof. André Thess, Direktor des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik, und ergänzt: „Im Fokus steht zunächst der Einsatz in der Luftfahrt. Derartige Brennstoffzellensysteme können aber auch im Schwerlastverkehr Anwendung finden, zum Beispiel in großen Nutzfahrzeugen auf der Straße, in Zügen oder Schiffen.“

Schallmauer 1,5 Megawatt – eine neue Generation von Brennstoffzellensystemen

Die meisten und auch bereits kommerziell erhältlichen Brennstoffzellen haben eine modulare Leistung von 100 bis 200 kW. Um den Megawattbereich zu erreichen, kann man allerdings nicht beliebig viele kleinere Systeme kombinieren. Hier setzt die Technologie Grenzen. „Bei 1,5 Megawatt liegt eine Schallgrenze, was die Architektur und die Leistungsfähigkeit heutiger Komponenten von Brennstoffzellensystemen betrifft“, beschreibt Prof. Josef Kallo, DLR-Experte für Wasserstoff in der Luftfahrt. „Wir wollen die Grenze überschreiten und gleichzeitig möglichst wenige sogenannte Brennstoffzellen-Stacks mit hoher Leistung zusammenbringen. Dazu benötigen wir neue Ansätze und neue Komponenten, beispielsweise im Bereich der optimierten Stromdichteverteilung, des Spannungsniveaus, der Handhabung von flüssigem Wasserstoff in großen Mengen und der Kopplung zu einem Gesamtantriebssystem.“

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