Turbinenteststand im FH-Labor Prof. Dr. Harald Funke und sein Team erforschen, wie Wasserstoff als Energieträger in Flugzeugtriebwerken eingesetzt werden kann

Die neuartige HyAMAPU-Wasserstoffbrennkammer ist wie ein Rad aufgebaut. In den “Speichen” sind die 336 Öffnungen angebracht, durch die der Wasserstoff austritt. Das Team hat die Geometrie aerodynamisch so ausgelegt, dass sich eine optimale Mischung aus Wasserstoff und Luft ergibt – dadurch wird der möglichst emissionsarme Betrieb erreicht. Vereinfacht gesagt, verwendet das Verfahren viele kleine Flammen statt einiger großer Flammen wie bei herkömmlichen Verbrennungsprozessen. Dadurch wird der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) deutlich reduziert.

Im Labor zeigt Harald Funke gemeinsam mit seinen Mitarbeitern Jan Vierkötter und Jason Schomakers, wie die neue Technologie erprobt wird. In eine Versuchsturbine wird jeweils ein Modell der Brennkammer eingebaut; es hat 48 Düsen und entspricht in der Geometrie einem Teil der Brennkammer. Damit können die Wissenschaftler testen, ob die Anordnung der Düsen zweckmäßig ist. “Für uns ist vor allem die Form der Flamme entscheidend”, sagt Prof. Funke. Wenn die Turbine angefahren und gezündet wird, entstehen Temperaturen von bis zu 2300 Grad Celsius. Bei den Versuchen wird insbesondere die Stickoxidbelastung im Abgasstrahl gemessen. 

Grundlage der Entwicklung war intensive Simulationsarbeit bezüglich der Auslegung und der Geometrie. Die erfolgversprechendsten Konzepte werden auf dem Prüfstand getestet und optimiert. “Wir wollen unter Beweis stellen, dass das Konzept umsetzbar ist”, sagt Harald Funke. In den Hallen des Fachbereichs steht eine APU, in die die fertige Wasserstoffbrennkammer eingebaut werden soll. Wenn der Beweis der Tauglichkeit erbracht ist, steht einer Markteinführung nichts mehr im Wege. “Wir streben ein Retrofitting an”, sagt Jan Vierkötter – HyAMAPU könnte also in existierenden Turbinen nachgerüstet werden.

Die Mikromisch-Brennkammertechnologie wird bereits seit 30 Jahren an der FH Aachen erforscht. Bereits jetzt kommt sie bei stationären Gasturbinen von Kawasaki zum Einsatz. Grundlage der aktuellen Weiterentwicklung ist die Nutzung von additiven Fertigungsmethoden. „Dadurch ergeben sich ganz neue Möglichkeiten“, sagt Harald Funke. Entwickelt wurde das Verfahren in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT), weitere Partner sind Präwest Präzisionswerkstätten Dr.-Ing. Heinz-Rudolf Jung GmbH & Co. KG, Diehl Aerospace GmbH, Oetzbach Edelstahl GmbH und TPW-Prüfzentrum GmbH.

Das Projekt wird im Rahmen der Förderlinie Wasserstofftechnologie und (hybrid-)elektrisches Fliegen (Zero Emission Aircraft) mit rund 600 000 Euro gefördert.