Mehr oder weniger unbedarfte Idee zu einem cryogenen Wasserstoff-Antrieb

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HB-IDF

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Wie wäre folgende Idee zu bewerten, die mir, ohne dass ich über ingenieurtechnisches Wissen verfüge, bei einer langweiligen Autobahnfahrt durch den Kopf gegangen ist:

(1) Man nimmt ein ursprünglich als Vierstrahler ausgelegtes Flugzeugmuster (A340-500 / 600), von dem es auch weitgehend baugleiche zweistrahlige Schwestermodelle gibt.

(2) Man ersetzt die beiden Turbinen auf den inneren Positionen durch modifizierte Versionen des Zweistrahlers

(3) Diese sind so umgerüstet, dass sie neben Kerosin auch Wasserstoff verbrennen können

(4) An den Aufhängungen für die äußeren Turbinen bringt man neu entwickelte Pods an, deren Durchmesser und Luftwiderstand in etwa den ursprünglich verwendeten Triebwerken entspricht.

(5) Diese Pods haben eine aerodynamisch optimierte Form, werden mit tiefkaltem flüssigen Wasserstoff (LH2) betankt und sind ausreichend isoliert. Ggf. können sie aber deutlich länger sein als die üblichen Triebwerksgondeln.

(6) Ein Teil der Tragflächentanks enthält wie gewohnt Kerosin als Reservekraftstoff, das auch über längere Zeit lagerfähig ist.

(7) Die Menge an mitgeführtem LH2 kann auf den unter normalen Bedingungen zu kalkulierenden Verbrauch für die jeweils vorgesehene Distanz begrenzt werden.

(8) Bei einer planmäßigen Landung ist nicht mehr viel LH2 in den Pods, so dass die Risiken minimiert sind. Trotzdem hat man immer genug Reservekraftstoff (Kerosin).

(9) In Notfällen kann das LH2 durch einen Schnellablass an den Pods "gedumpt" werden.

(10) Die niedrigen Temperaturen in Reiseflughöhe tragen dazu bei, dass der stetige Verbrauch an LH2 einen Boil-Off-Verlust vermeidet.

(11) Ungenutzter Raum in den Tragflächen durch den Entfall einzelner Kerosintanks kann durch Brennstoffzellen-Stacks genutzt werden, die eine APU-ähnliche Funktion übernehmen, und im Reiseflug die beiden Triebwerke entlasten.

Ist das eine völlig absurde Idee? Kann man in etwa abschätzen, ob sich in Form von LH2 eine realistische Energiemenge für Mittelstrecken und kürzere Langstrecken mitführen ließe?

Wäre ein solches Konzept nicht unter Umständen sogar ein "zweites Leben" für (abgelastete) Exemplare des A380?

Würde mich über fundierte und sachliche Antworten und auch Kritik - aber ohne persönlich gefärbte Polemik - freuen!
 
Airboss

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Zu (6): bin mir nicht 100% sicher ob sich die Tragflächentanks teilen und mit verschiedenen Stoffen füllen lassen. Ich meine separate Tanks in der Form gibt es nicht mehr, sondern der Flügel wird quasi mit Kerosin geflütet. Wenn da noch "Trennwände" eingezogen werden müssten, wäre das bestimmt teuer, wenn nicht technisch zu aufwändig oder unmöglich.
 
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atlantic

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Zu (6): bin mir nicht 100% sicher ob sich die Tragflächentanks teilen und mit verschiedenen Stoffen füllen lassen. Ich meine separate Tanks in der Form gibt es nicht mehr, sondern der Flügel wird quasi mit Kerosin geflütet. Wenn da noch "Zrennwände" eingezogen werden müssten, wäre das bestimmt teuer, wenn nicht technisch zu aufwändig oder unmöglich.
Die Flächen sind zwar als Integraltanks ausgelegt ( d.h. geflutet ) aber es gibt immer noch getrennte Bereiche (= Tanks ) in den Tragflächen.
Meist hat eine Tragfläche so 2-3 integrierte Tanks.
 

mg218

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innwolf

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Flüssigwasserstoff braucht für die gleiche Energiemenge von Kerosin etwa das 5-fache Tankvolumen, plus aufwendige Isolierung.

Für Transport auf der Erde werden etwa 6% Verlust genannt und für die Verflüssigung etwa 30 bis 45% Verlust. Und die Erzeugung hat auch nur unter 60% Wirkungsgrad.

Eine kWh Primärenergie bedeut 0,6 x 0,7 x 0,94 = 0,4kWh bestensfalls im Flugzeugtank.

100 000kg Kerosin einer 747 oder A380 sind etwa 135m³ Tankvolumen, bei Wasserstoff werden es ca. 650m³ ohne Isolierung.

Das hat auch aerodynamische Verschlechterung zur Folge.
 
Doppelnik

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Der Elektrolysewirkungsgrad ist schon deutlich höher, eher 80-85 %, beim Verflüssigen muss man aber tatsächlich rund 40 % des Brennwerts für das Kühlen opfern, das macht die Sache sehr uneffizient. Andere synthetische Kraftstoffe (z.B. Methan, Methanol, Amoniak) sind da z.T. deutlich effizienter und vor allem viel besser zu speichern. Synthetische Kraftstoffe sind eng mit einer effizienten Speicherung verbunden, da man diese mit temporären Stromüberschüssen erzeugen will. Wasserstoff ist hierzu nur schlecht geeignet, weil die Speicherung riesiger Energiemengen (z.B. Überschüssige Energie von einer hypothetisch massiv ausgebauten Solarenergie von Sommer zu Winter) einen einfachen billigen Speicher ohne extreme Drücke und Temperaturen benötigt.
 
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...........beim Verflüssigen muss man aber tatsächlich rund 40 % des Brennwerts für das Kühlen opfern, das macht die Sache sehr uneffizient. ............
Wie sieht das denn bei Methan aus, Verflüsssigen, 7000km Schiffstransport oder 7000km Rohrleitung, also US-Fracking-flüssiggas versus aus Russland per Pipeline, aerodynamische Reibung im Rohr?

Wieviel Tonnen Stahl stecken in 6000km Pipeline, wieviel Stahl in einer Tankerflotte mit gleicher Jahrestransportkapzität über gleiche Entfernung?
 
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Wie sieht das denn bei Methan aus, Verflüsssigen, 7000km Schiffstransport oder 7000km Rohrleitung, also US-Fracking-flüssiggas versus aus Russland per Pipeline, aerodynamische Reibung im Rohr?

Wieviel Tonnen Stahl stecken in 6000km Pipeline, wieviel Stahl in einer Tankerflotte mit gleicher Jahrestransportkapzität über gleiche Entfernung?
Gegenfrage: Wieviel Dreck stößt die Pipeline in der gleichen Zeit aus? Sicher ist die Verlegung nicht ohne Umweltbeeinflussung machbar. Aber wenn sie erst mal liegt, über Jahre oder Jahrzehnte, sieht das anders aus.
 
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Zu diesen Grundsatzdiskussionen gibt es inzwischen diverse Studien, die die diversen Gesichtspunkte aus verschiedenen Blickwinkeln eingehend beleuchten und bewerten. Das ist sehr komplex und vielschichtig. Für vergleichende Betrachtungen verwendet man häufig den 'Well-to-Wheel'-Ansatz (Bohrloch bis zum Rad).
Wenn wir das hier versuchen zu diskutieren, wird das wahrscheinlich wieder in eine Art Diskussion über Glaubensfragen ausarten, befürchte ich.

Was bezogen auf die Eingangsfrage auch nicht vergessen werden darf, ist beim Wasserstoff die technische Problematik der Gestaltung wasserstoff-dichter Behälter und Rohrleitungen für Speicherung und Transport bis zum Bestimmungsort (Triebwerk oder Brennstoffzelle). Ich sage da nur Wasserstoffversprödung von metallischen Werkstoffen...
Und wenn wir in Richtung Brennstoffzellen schauen, müssen wir auch die Reinheit des Wasserstoffs mit im Auge behalten, sonst besteht nicht lange Freude mit den Brennstoffzellen.
Und, und, und...
 

HB-IDF

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Zum Energieverlust bei Elektrolyse, Kompression und Verflüssigung von H2: auf großen Flughäfen hätte man zumindest den Vorteil, die Abwärme der Anlagen für die weitläufigen Gebäude mitnutzen zu können. Eventuell auch kombiniert mit einem kleinen Brennstoffzellen-BHKW, um die Boil-Off-Verluste der LH2-Vorratstanks zu nutzen.

Natürlich ist die Wasserstofftechnologie insgesamt schwierig. Die Diskussion hat man ja auch beim Auto. Andererseits wäre die Emissionsarmut m.E. schon ein Argument. Es wird nicht einmal mehr Ruß in die Atmosphäre abgegeben. Ich befürchte auch, dass wir ohne weitere Maßnahmen in ein paar Jahren heftige Diskussionen über den Feinstaub aus der Kerosinverbrennung in Flughafennähe haben werden.

Persönlich würde mich am meisten die Explosionssicherheit, z.B. bei einem Start- und Landeunfall, sorgen. Deshalb wäre mir am wohlsten, wenn man die Pods ein Stück vom Rumpf entfernt aufhängt. Vllt auch mit Sollbruchstellen oder sogar einer Abtrennvorrichtung.
 
innwolf

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Wasserstoff ist da harmloser als Kerosin!
1. In den Flugzeugtanks befindet sich in etwa für gleiche Transportaufgabe auch ähnlich viel Gesamtbrennwert bei Wasserstoff oder Kerosin, die freigesetzte Energie ist also ähnlich im Unglücksfall..

2. Von 1914 bis 1937 gab es bei den Luftschiffsbrüchen keine Wasserstoff- oder Knallgasexplosionen sondern abbrennen in kurzer Zeit.

3. Keine biologischen oder ökologischen Umweltprobleme am Unglücksort durch den Wasserstoff, allenfalls schockgefrorene käfer, die werden aber bald von anderen einfliegenden Käfern, Vögeln oder Ameisen aufgeräumt..
 
Doppelnik

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Wie sieht das denn bei Methan aus, Verflüsssigen, 7000km Schiffstransport oder 7000km Rohrleitung, also US-Fracking-flüssiggas versus aus Russland per Pipeline, aerodynamische Reibung im Rohr?

Wieviel Tonnen Stahl stecken in 6000km Pipeline, wieviel Stahl in einer Tankerflotte mit gleicher Jahrestransportkapzität über gleiche Entfernung?
Methan zu verflüssigen benötigt bei der gleichen Energiemenge viel weniger Energie als die Verfüssigung von Wasserstoff und der Transport über Pipelines ist i.d.R. energetisch günstiger als die Verflüssigung + Transport .

Siehe Dir diesen Link an, dann kannst Du viele Fragen selber beantworten:


Für Methan besteht bereits die Infrastruktur, für Wasserstoff (normaler Stahl ist wegen der Versprödung kaum einsetzbar) müsste das Pipelinenetz neu gebaut werden (übergangsweise Zumischung zum Erdgas, bis ca. 5% möglich). Schiffstransporte flüssiger Kohlenwasserstoffe spielen in der Gesamtbilanz kaum eine Rolle, dafür geht nur ein winziger Bruchteil der Energie drauf. Das ist wichtig, wenn man einen Energieträger global handeln möchte

Synthetisches Methan ist aber nur eine Methode, ich halte Ammoniak für einen besseren Energieträger, weil man kein CO2 für die Herstellung ernten muss und eine einfache Speicherung bei Raumtemperatur und niedrigen Drücken (<10 bar ) möglich ist. Der Wirkungsgrad der Ammoniakherstellung aus Strom, Wasser und Luft ist genausohoch wie bei der Wasserstoffherstellung.
 
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Für Methan besteht bereits die Infrastruktur, für Wasserstoff (normaler Stahl ist wegen der Versprödung kaum einsetzbar) müsste das Pipelinenetz neu gebaut werden (übergangsweise Zumischung zum Erdgas, bis ca. 5% möglich).
Für den Transport von Wasserstoff brauchst Du hochwertige Edelstahl-Rohre, die nicht signifikant zur Versprödung neigen, von deren aufwändiger Verarbeitung (z.B. Schweißen) mal abgesehen. Wer sollte das bezahlen?

Aus aktueller Sicht muss Wasserstoff lokal, d.h. dezentral hergestellt und genutzt werden. Ein Transport über längere Strecken (wie immer man das definiert), lohnt sich aus diversen Gründen nicht.
 
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Mal ne andere Frage. Wenn man Kerosin als Reservekraftstoff nutzen würde, aber meist mit Wasserstoff/'Brennstoffzelle fliegen würde, dann könnte es doch sein, dass das Kerosin lange in den Tanks verbleibt. Meine Frage ist nun, ob das Kerosin nicht irgendwann alt und schlecht wird. Wie lange hält sich das Kerosin?
 
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Gute Frage, das hängt sicher von den beigefügten Zusätzen, z.B. Bioziden ab. Und wie man das Wasser aus dem System herausbekommt bzw. heraushält.
 
pok

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Selbst wenn alle technischen Probleme geloest werden koennten, so werden die Kosten immer noch um ein mehrfches ueber einem konventionellen Jet liegen und zwar sowohl beim Invest, als auch im Betrieb.
Gerade nach der globalen Kriese durch das China Virus wird keine Fluggesellschaft so eine Loesung kaufen, zumal der Kunde keinerlei Mehrwert dadurch haben wird.

Dinge, die nicht marktfaehig sind entwickelt die Industrie eigentlich nicht, ausser natuerlich ein Staat fuehlt sich gemuessigt eine nicht marktfaehige Technologie zu subventionieren, aber auch das wird als Folge des China Virus sicher in Zukunft nicht geschehen.
 

mg218

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Solange es keinen billigen Strom im Überfluss aus der Kernfusion gibt, wird es keinen Wasserstoff als grundlegenden Energieträger geben.
 
Doppelnik

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es gibt noch andere Reaktorkonzepte welche dafür sorgen könnten, ergänzt evtl. mit Windenergie aus der Südhalbkugel (viel Wind, wenig Nutzer) und Solarenergie aus diversen Wüsten. Damit könnte man billig Strom erzeugen, welcher aber gespeichtert und transportiert werden muss.
 
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