Wie Greene Tweed Ihnen helfen kann, sich auf Wasserstoff vorzubereiten
Dies ist der zweite Artikel einer Serie über die Herausforderungen des Wasserstoffs im Luftfahrtsektor. Teil 1 lesen
Die Luft- und Raumfahrtindustrie setzt pro Jahr etwa 900 Millionen Tonnen Kohlendioxid1 (CO2) in die Atmosphäre frei. Obwohl sie derzeit nur 2 bis 2,5 Prozent der gesamten CO2-Emissionen ausmacht, geht man davon aus, dass sich der Luftfahrtsektor bis 2050 verdoppeln könnte. Organisationen wie die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) haben sich verpflichtet, die CO2-Emissionen von Flugzeugen zwischen 2005 und 2050 um 50 Prozent zu reduzieren, und die Air Transport Action Group (ATAG) hat sich verpflichtet, die Kohlenstoffemissionen bis 2050 auf Null zu reduzieren. Diese Verpflichtungen haben die Hersteller von Luft- und Raumfahrzeugen unter extremen Druck gesetzt, Wege zu finden, um diese Dekarbonisierungsziele schnell zu erreichen.
Um die Auswirkungen auf das Klima zu verringern, wurde der Schwerpunkt auf den Einsatz sauberer Technologien wie grüner Wasserstoff (H2) gelegt, der durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne erzeugt wird. Studien haben gezeigt, dass Wasserstoff bis zu dreimal so viel Energie liefern kann wie Flugzeugtreibstoff auf Massenbasis, was ihn zu einem machbaren Ersatz macht. Leider ist die Lagerung und der Transport von Wasserstoff mit Umweltproblemen verbunden, sowohl am Boden als auch im Flugzeug. Forschung und Ingenieure erforschen fortschrittliche Materialien, die die Konstruktion und den Betrieb von Flugzeugen, die Flughafeninfrastruktur und die Kraftstoffversorgungskette unterstützen können. Zu den größten Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt, gehören:
Permeation
Wasserstoff ist ein außergewöhnlich leichtes Gas mit geringer Dichte. Aufgrund seiner niedermolekularen Form kann Wasserstoff in jede Art von Polymerwerkstoffen und Metallen eindringen und Probleme mit der Metallversprödung verursachen. In Verbindung mit Hochdruck- oder Druckwechselanwendungen kann die Wasserstoffpermeation zu Problemen der schnellen Gasdekompression (Rapid Gas Decompression, RGD) führen. Je nach Druck- und Temperaturniveau empfiehlt Greene, Tweed Fusion® 938 O-Ringe aus hochleistungsfähigem FKM oder MSE® (Metal Spring Energized) PTFE-Lippendichtungen. Fusion 938 bietet eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegen Wasserstoffeinwirkung.
Permeation kann auch bei niedrigen Temperaturen auftreten. In diesem Fall könnten Fusion® 665 O-Ringe (FKM) oder MSE® Lippendichtungen eine Lösung der Wahl sein. Für die extremen Temperaturen, die bei Flüssigwasserstoff auftreten, prüft Greene, Tweed derzeit neue Dichtungslösungen und Wärmedämmstoffe.
Schmierfähigkeit
Die geringe Schmierfähigkeit von Wasserstoffmolekülen ist in Anlagen wie Ventilen und Kompressoren ein Problem, das zu übermäßigem Verschleiß und Reibungsproblemen führt. Um diese Probleme zu lösen, bietet Greene, Tweed WR® 600, einen PFA-Verbundwerkstoff mit einzigartigen Trockenlaufeigenschaften, und Arlon® 3000XT, das einzige vernetzte PEEK auf dem Markt.
Übermäßiges Gewicht
Übermäßiges Gewicht war in der Luft- und Raumfahrt schon immer ein zentrales Thema. Jede Gewichtsreduzierung führt unmittelbar zu einer Kraftstoffeinsparung. Da die Energiedichte von Wasserstoff (bezogen auf das Volumen) etwa dreimal geringer ist als die von Düsentreibstoff, müssen die Tankgrößen drastisch erhöht werden, um mit Wasserstoff die gleiche Energiemenge zu transportieren wie mit Düsentreibstoff. Daher ist es umso wichtiger, leichte Lösungen für Wasserstoffflugzeuge anzubieten. Xycomp®, der thermoplastische Verbundwerkstoff von Greene Tweed, wird in der Luft- und Raumfahrtindustrie bereits in großem Umfang als Metallersatz verwendet.
C/PEEK-Verbundwerkstoffe sind aufgrund ihrer Molekularstruktur und des relativ großen Raums zwischen den Molekülen und den Graphitebenen für Wasserstoff durchlässig. Solche Verbundwerkstoffe können keinen Wasserstoff ansammeln, wie es bei Metallen der Fall ist. In Anbetracht der Tatsache, dass eine Wasserstoffversprödung bei einem Polymerverbundwerkstoff nicht möglich ist, macht der Einsatz unserer Xycomp®-Lösungen in den kohlenstoffarmen Flugzeugen der Zukunft noch mehr Sinn.
Mit dem globalen Fokus auf den Übergang zu einer dekarbonisierten Wirtschaft wird es für die Luft- und Raumfahrt zwingend notwendig, Wege zur Emissionsreduzierung zu finden. Greene Tweed entwickelt und testet kontinuierlich neue Materialien und Technologien, um Elastomere, Thermoplaste und thermoplastische Verbundlösungen zu entwickeln und herzustellen, die die Energieeffizienz und die Einhaltung von Umweltauflagen verbessern. Greene Tweed bietet hausinterne Design-, Prototyping-, Test- und Fertigungsdienstleistungen für kundenspezifische Dichtungs- und Lagerlösungen. Durch die Zusammenarbeit mit unseren Kunden können wir Lösungen für jede einzelne Anwendung entwickeln.