Wasserstoff-Reaktoren aus dem 3D-Drucker
Dank hochtemperaturbeständiger Leichtbau-Reaktoren aus Titanaluminid – additiv aufgebaut – könnten Schwerlastanwendungen klimaneutral werden. Forschende des Fraunhofer-Verbunds arbeiten daran – gefördert vom BMFTR.
Das Projekt "InnoWaerm" verbindet neuartige Werkstoffe mit anwendungsnaher Forschung und leistet einen wichtigen Beitrag zur klimaneutralen Mobilität der Zukunft: Reaktoren aus Titanaluminid sollen direkt an Bord von Flugzeugen Wasserstoff erzeugen, indem sie flüssige Trägerstoffe umwandeln.
Foto: Fraunhofer ILT, Aachen
Satte 1,5 Mio. € – so viel investiert das Bundesministerin für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) in das Projekt „InnoWaerm“. Die Regie führt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen. Das Ziel: Große Maschinen klimaneutral zu betreiben.
Projektleiter Andreas Vogelpoth erklärt: „Mit InnoWaerm entwickeln wir eine Lösung, um Wasserstoff kompakt, leicht und robust für mobile Schwerlastanwendungen nutzbar zu machen. Mit unserer Technologie schaffen wir die Grundlage für klimaneutrale Antriebe für Flugzeuge und große landwirtschaftliche Maschinen, wo Batterien an ihre Grenzen stoßen.“
Bei InnoWaerm geht es also nicht nur um klassische Wärmetauscher zur effizienten Energienutzung, sondern auch um sogenannte Mikroreaktoren. Sie sollen aus Flüssigkeiten wie Methanol oder Ammoniak direkt Wasserstoff erzeugen. Dieser wird dann zum Antrieb genutzt.
Bei der Förderbescheidübergabe für das Projekt InnoWaerm am Fraunhofer ILT (v.l.n.r.): Projektleiter Alexander Neuke und Andreas Vogelpoth, Fraunhofer ILT; Dr. Marlene Eisenträger, VDI/VDE; Prof. Dr. Jan Sehrt, Lehrstuhl für Hybride Additive Fertigung, Ruhr-Universität Bochum; Parlamentarischer Staatssekretär BMFTR Matthias Hauer; Dr. Jochen Stollenwerk, Institutsleiter Fraunhofer ILT; Anne-Kathrin Richter, BMFTR; Dr. Gunther Kolb, Geschäftsbereichsleiter Dezentrale und Mobile Wasserstofftechnik, Fraunhofer IMM; Dr. Tim Lantzsch, Abteilungsleiter LPBF, Fraunhofer ILT.
Foto: Fraunhofer ILT, Aachen / Andreas Steindl
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Wie genau soll das funktionieren? Die Forschenden verwenden Titanaluminid, die sie additiv verarbeiten. Das eingesetzte 3D-Druckverfahren LPBF (Pulverbettbasiertes Laserstrahlschmelzen) wurde am Fraunhofer ILT gezielt weiterentwickelt, um die bislang problematische Verarbeitung des besonders spröden Titanaluminids zu ermöglichen.
Vorwärmen im LPBF-Prozess
Vogelpoth: „Titanaluminid zählt zu den intermetallischen Phasen. Es verbindet Eigenschaften metallischer und keramischer Werkstoffe. Die ungewöhnliche Legierung ist extrem leicht und hitzebeständig – aber auch spröde und schwer zu verarbeiten. Deshalb war es bisher kaum für komplexe Bauteile einsetzbar. Mit unserer neuen Vorwärmtechnik im Laserschmelzprozess können wir das jetzt ändern. So wird es möglich, mikrostrukturierte Reaktoren herzustellen, die leicht genug für den Einsatz in mobilen Anwendungen sind.“
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Titanaluminid konnte bisher nur sehr aufwendig verarbeitet werden – beispielsweise mit Elektronenstrahlschmelzen oder Guss. Durch die additive Fertigung lassen sich nun exakte Geometrien fertigen und an thermische sowie strömungstechnische Anforderungen anpassen. „Was wir zeigen wollen: Es geht. Es ist machbar. Und es lohnt sich“, fasst Vogelpoth zusammen.
Im Mittelpunkt von InnoWaerm steht die Luftfahrt: Dort zählt jedes Kilogramm und gleichzeitig steigen die Anforderungen an emissionsfreie Antriebe. Die im Projekt entwickelten Reaktormodule sollen direkt an Bord Wasserstoff erzeugen, indem sie flüssige Trägerstoffe umwandeln. Das vermeidet aufwendige Tanklösungen mit gasförmigem Wasserstoff und schafft neue Spielräume für Reichweite und Sicherheit.
Fraunhofer IMM und Fraunhofer ILT arbeiten Hand in Hand
Die Technologie eignet sich besonders für hybride Antriebssysteme, bei denen Brennstoffzellen im Zusammenspiel mit chemischen Energieträgern eine flexible und emissionsarme Energieversorgung ermöglichen. Auch für andere mobile Anwendungen mit hohen Belastungen, etwa landwirtschaftliche Maschinen oder Nutzfahrzeuge, bietet das Konzept große Vorteile. Die Kombination aus geringem Gewicht, hoher Temperaturbeständigkeit und kompakter Bauform ist besonders dort relevant, wo der verfügbare Bauraum knapp und die Anforderungen an Effizienz hoch sind.
In der nächsten Projektphase liegt der Fokus auf der Validierung unter realen Einsatzbedingungen. Das Projektteam plant, die Herstellbarkeit im industriellen Maßstab zu demonstrieren und das Potenzial der neuen Fertigungstechnologie für klimaneutrale Antriebssysteme in der Luftfahrt zu zeigen.
Das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM aus Mainz bringt seine langjährige Erfahrung im Bereich kompakter Reaktorsysteme für die Wasserstofferzeugung in das Projekt ein.
Übrigens: Wer richtig tief eintauchen will in die Welt der additiven Fertigung, sollte die „Druckwelle“ am Ohr haben. Der Podcast hat über Jahre beleuchtet, was in der Welt der additiven Fertigung passiert. Prädikat: hörenswert.
