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Aug 03, 2023

Fortschrittlicher Kompressor steigert die Leistung der ZeroAvia-Brennstoffzelle

Das Null-Emissions-Startup ZeroAvia sagt, dass erste Tests eines speziell entwickelten Kompressors für die Brennstoffzelle im Herzen des ZA600 – seines ersten wasserstoffelektrischen Antriebsstrangs – eine stabile Leistung über einen Zeitraum von einem Jahr zeigen

Das Null-Emissions-Startup ZeroAvia sagt, dass erste Tests eines speziell entwickelten Kompressors für die Brennstoffzelle im Herzen des ZA600 – seines ersten wasserstoffelektrischen Antriebsstrangs – eine stabile Leistung über einen weiten Leistungsbereich zeigen.

ZeroAvia bezeichnet den Radialkompressor als eine Weltneuheit für brennstoffzellenbasierte Luftfahrtantriebe und sagt, dass die erste Einheit bis zu 900-kW-Stromversorgungssysteme unterstützen wird, was das Design „um ein Vielfaches“ leistungsstärker macht als alle vorhandenen Brennstoffzellenkompressoren.

Zusätzlich zum Einsatz im ZA600 – einem 600-kW-Antriebsstrang für Flugzeuge mit 9 bis 19 Sitzen – wird eine Version des Kompressors auch in den Kern des größeren ZA2000 integriert, einem in der Entwicklung befindlichen 2-4-Megawatt-Antriebssystem für größere Flugzeuge mit 40–80 Sitzplätzen. Der ZA600 soll bis 2025 in Dienst gestellt werden und zunächst in umgerüsteten Cessna Caravans zum Einsatz kommen, während der ZA2000 im Jahr 2027 auf umgerüsteten regionalen Turboprops vom Typ ATR 42/72 oder Dash 8-300 in Betrieb genommen werden soll.

Als Schlüsselkomponente der meisten Brennstoffzellen wird ein Kompressor verwendet, um Luft in den Brennstoffzellenstapel zu drücken, wo sie als Oxidationsmittel verwendet wird, um eine Reaktion mit Wasserstoffionen und Elektronen an der Brennstoffzellenkathode auszulösen. Je höher der Druck der Reaktionsgase ist, desto höher ist die Leistung der Brennstoffzelle. Da jedoch die Leistung des Kompressors in größeren Höhen abnimmt und der Luftdruck, die Temperatur und die Dichte sinken, muss die Einheit so konstruiert sein, dass sie dies effizient kompensiert, ohne dass zusätzliches Gewicht oder Komplexität entsteht.

Laut ZeroAvia wurde der neue Kompressor für den vorübergehenden Strombedarf auch so konzipiert, dass er dank eines innovativen Flow-Management-Ansatzes „ohne Latenz“ arbeitet.

„Der Kompressor wird mit der Energie betrieben, die vom elektrischen Kernantriebssystem bereitgestellt wird“, sagt ZeroAvia, „wodurch der zusätzliche Wechselrichter und Elektromotor entfällt, der normalerweise in Brennstoffzellensystemen erforderlich ist.“

„Wir treiben den Kompressor mit dem Hauptantriebsmotor an – zum Beispiel unserem ZA600-Motor für das ZA600-System. Der Kompressor kann jedoch von jedem geeigneten Elektromotor angetrieben werden, der den Drehzahl- und Leistungsanforderungen entspricht“, sagt ZeroAvia gegenüber Aviation Week.

Der ZA600 nutzt gasförmige Wasserstoffspeicher mit einem Druck von 350 bar (5.000 psi) und Niedertemperatur-Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM), die von der schwedischen Firma PowerCell geliefert werden. Der größere ZA2000, eine flüssigkeitsgekühlte Hochgeschwindigkeitsmaschine, die mit 20.000 U/min läuft und den Propeller über ein Getriebe antreibt, wird flüssigen Wasserstoff und intern von ZeroAvia entwickelte Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen verwenden.

Das Unternehmen stellt derzeit den Entwurf für die Zertifizierung des ZA600-Antriebsstrangs und dessen Installation im Caravan fertig, nachdem die Tests des Prototyp-Antriebssystems im Juli dieses Jahres auf einem Dorner 228-Prüfstand abgeschlossen wurden. Der getestete Demonstrator-Antriebsstrang umfasste ein Brennstoffzellensystem und einen Batteriesatz im Rumpf, die einen Elektromotor in der Gondel antreiben.

Guy ist leitender Redakteur für Aviation Week und befasst sich mit Technologie und Antrieb. Er lebt in Colorado Springs.