BALIS in Kürze:
Die Senkung der Treibhausgasemissionen im Luftverkehr ist eine herausfordernde und weitgehend ungelöste Aufgabe. Eine Umstellung des Antriebs basierend auf Brennstoffzellen, die die Reaktionsenergie von Wasserstoff und Sauerstoff in elektrische Energie wandeln und dabei nur Wasser ausstoßen, ist eine vielversprechende Möglichkeit Treibhausgasemissionen zu vermeiden. Allerdings existiert bisher nur ein brennstoffzellengetriebenes Passagierflugzeug mit einer Antriebsleistung von 80 kW und vier Sitzplätzen. Um Regionalflugzeuge mit 40 bis 60 Sitzplätzen und einer Reichweite von 1.000 Kilometern zu ermöglichen, ist eine erhebliche Hochskalierung der bestehenden Komponenten erforderlich.
Zur Demonstration der Hochskalierung auf 1,5 MW baut das DLR im Rahmen des Projekts BALIS (Brennstoffzellenbasierter Antriebsstrang für Luftfahrzeuge 1,5+ MW) mit mehreren Industriepartnern eine einzigartige Testumgebung, die die Kernkomponenten bestehend aus einem Brennstoffzellensystem, einem Tank für flüssigen Wasserstoff, einer Antriebseinheit und einer Batterie sowie der Steuerungs- und Regelungstechnik samt der dazugehörigen Infrastruktur, auf (s. Abbildung 1). Über eine Schaltmatrix lassen sich die Komponenten sowohl einzeln als auch gekoppelt betreiben und testen. So ist es möglich für jede Komponente und das Gesamtsystem beliebige Lastfälle für ein Luftfahrzeug zu simulieren und zu untersuchen.
Ein beispielhaftes Lastprofil ist in Abbildung 2 dargestellt. Hier wird zunächst die Bewegung zur Startbahn mit einer geringen Geschwindigkeit simuliert. Bei der anschließenden Startphase wird für 10 Minuten die maximale Systemleistung abgerufen. Anschließend steigt das Luftfahrzeug mit einer hohen Leistung von 1,2 MW innerhalb von 20 Minuten auf die gewünschte Reisehöhe, die abschließend für 60 Minuten bei mittlerer Leistung gehalten wird.
Die vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) mit 26 Millionen Euro geförderte Testumgebung wird auf dem Innovations Campus Empfingen bei Stuttgart in mehreren Modulcontainern errichtet. Koordiniert durch das DLR baut ein industrieller Systempartner die notwendige Mess- und Versuchsinfrastruktur auf. Die flugrelevanten Kernkomponenten werden in Zusammenarbeit mit mehreren Technologiepartnern entwickelt und in die Testumgebung integriert. Der Baubeginn ist für Oktober 2021 geplant und die Demonstration des Gesamtsystems erfolgt bis zum Projektende im Juni 2023.
Die BALIS Testumgebung ermöglicht es sowohl die Kernkomponenten eines Antriebsstranges basierend auf Brennstoffzellen und/oder Batterien als auch deren Wirkung auf das gesamte Antriebssystem realitätsnah und einfach zu testen. Somit kann die Testumgebung zu einer schnelleren Entwicklung der Komponenten beitragen und damit die Marktreife brennstoffzellen- oder batteriebasierter Luftfahrtsysteme beschleunigen.