Electric flying including fuel cell/H2-based systems

Current climate targets in Europe envisage greenhouse gas neutrality for the transport sector in the coming decades. Hydrogen from renewable energy sources and fuel cells will play an important role in this. In addition to the production of green hydrogen, the applicability for aviation applications is also associated with many questions, such as weight reduction, refueling systems, the storage of liquid hydrogen, the scalability of the systems for different aircraft classes and also the corresponding certification.

The proposed project looks at the electrification of the drive train of a small (or very small) aircraft and presents it with a demonstrator. As part of the preliminary study, existing technologies are identified and evaluated. In a concept phase, possible energy sources, the power requirements and the scalability of the systems are identified. In a further step, the knowledge gained will be used to create a test setup with a fuel cell on a laboratory scale, thus demonstrating the practical feasibility for aviation applications, taking into account the safe handling, transport and efficient storage of hydrogen. On the electrical side, energy storage and distribution, including connection to on-board networks, must be designed accordingly.

Environmental requirements are also being investigated for the operation of fuel cells in aircraft. A key element for smaller aircraft is air treatment in terms of humidity and temperature, possibly under icing conditions. Certification boundary conditions will also be dealt with and proposals for the development of construction regulations based on the EASA Certification Specifications will be drawn up.

The project is intended to make a contribution to the use of alternative fuels and propulsion systems in aviation, to demonstrate technological and regulatory challenges when using hydrogen, to derive the effects of new technology trends on aircraft systems, and to stimulate the resulting aviation research topics. Strategically, the research focus is to be established at the research institutions involved and pursued sustainably.

[Original text]
"Elektrisches Fliegen inkl. Brennstoffzelle/H2-basierte Systeme"
Aktuelle Klimaziele in Europa sehen eine Treibhausgasneutralität für den Verkehrssektor in den nächsten Dekaden vor. Unter anderem werden dabei Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen und Brennstoffzellen eine wichtige Rolle spielen. Neben der Herstellung von grünem Wasserstoff ist auch die Anwendbarkeit für Luftfahrtanwendungen mit vielen Fragestellungen etwa hinsichtlich Gewichtsreduzierung, Betankungssystemen, der Speicherung von Flüssigwasserstoff, der Skalierbarkeit der Systeme für unterschiedliche Luftfahrzeugklassen und auch der entsprechenden Zertifizierung verbunden.
 
Im vorgeschlagenen Vorhaben wird die Elektrifizierung des Antriebsstrangs eines Klein(st)flugzeugs betrachtet und mit einem Demonstrator dargestellt. Im Rahmen der Vorstudie werden bereits vorhandene Technologien identifiziert und bewertet. In einer Konzeptphase werden mögliche Energieträger, der Leistungsbedarf und auch die Skalierbarkeit der Systeme erhoben. In einem weiteren Schritt soll mit den gewonnenen Erkenntnissen im Labormaßstab ein Versuchsaufbau mit einer Brennstoffzelle realisiert und damit die praktische Umsetzbarkeit für Luftfahrtanwendungen demonstriert werden, unter Berücksichtigung eines sicheren Umgangs, Transports und der effizienten Speicherung von Wasserstoff. Auf elektrischer Seite muss die Energiespeicherung und -verteilung inklusive Anbindung an Bordnetze entsprechend ausgelegt werden.

Für den Betrieb von Brennstoffzellen in Luftfahrzeugen werden zudem Umweltanforderungen untersucht. Ein zentrales Element für kleinere Luftfahrzeuge stellt hier die Luftaufbereitung hinsichtlich Feuchtigkeit und Temperatur dar, gegebenenfalls unter Vereisungsbedingungen. Begleitend werden Zertifizierungsrandbedingungen behandelt und Vorschläge für die Entwicklung von Bauvorschriften in Anlehnung an die EASA Certification Specifications erarbeitet.

Durch das Vorhaben soll ein Beitrag zum Einsatz alternativer Treibstoffe und Antriebssysteme in der Luftfahrt entstehen, technologische und regulatorische Herausforderungen bei Verwendung von Wasserstoff aufgezeigt, Auswirkungen neuer Technologietrends auf Flugzeugsysteme abgeleitet, und sich dadurch ergebende Luftfahrtforschungsthemen stimuliert werden. Strategisch soll der Forschungsschwerpunkt bei den beteiligten Forschungseinrichtungen etabliert und nachhaltig weiterverfolgt werden.