Bereits in der Vergangenheit hat die ZAL GmbH mit dem ZALbatros gezeigt, dass sich die Flugzeit einer Drohne vervierfachen lässt, wenn man von Batteriebetrieb auf druckgespeicherten Wasserstoff in Verbindung mit einer Brennstoffzelle umrüstet. Anstelle einer Flugzeit von bis zu 40 Minuten konnte eine Steigerung auf über 2 Stunden erreicht werden [mehr erfahren]. Dass dies aber nur ein Bruchteil dessen ist, was mit flüssigem Wasserstoff möglich ist, soll nun das mit einer Gesamtsumme von knapp 900.000 Euro vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) geförderte Projekt „LiquiDrone“ beweisen. Im Juni trafen sich die vier Forschungspartner (RST Rostock-System Technik GmbH, BaltiCo GmbH, Universität Rostock – Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik und die ZAL GmbH) zum Projektkickoff bei RST in Rostock und initiierten den Start ihres spannenden Vorhabens.
Ziel des Projekts ist einerseits die Entwicklung, der Bau und die Integration eines Flüssigwasserstofftanks auf den Hexacopter ZALbatros. Andererseits soll mit Hilfe eines innovativen Sensorsystems der Füllstand des Flüssigwasserstoffs bestimmt werden. Als Projektergebnis erwarten die Partner eine Verlängerung der Flugdauer des Hexacopters auf bis zu 10 Stunden. Eine baugleiche Drohne mit reinem Batteriebetrieb fliegt ca. 30-40 Minuten.
Auf dem Weg zum Ziel gilt es einige Hürden zu überwinden. So ist die Verwendung von flüssigem Wasserstoff bei -253 Grad Celsius eine Herausforderung für sich – insbesondere bei der Entwicklung eines Systems zur Füllstandsmessung. Um Wärmebrücken zu vermeiden, die zu einem ungewollten Wärmeeintrag und Verlust des Wasserstoffs durch sogenannten „Boil-Off“ führen würden, wird stattdessen mit Hilfe eines ausgeklügelten Sensorsystems der Füllstand bestimmt. Ein weiterer Aspekt, der untersucht wird, ist die Konditionierung des aus dem Tank entnommenen, regasifizierten Wasserstoffs, damit die Brennstoffzelle stets unter optimalen Betriebsbedingungen betrieben werden kann.
Da ein geringer Wärmeeintrag in den Tank jedoch nicht gänzlich verhindert werden kann, wird eine kleine Menge Wasserstoff verdampfen. Dieser Wasserstoff soll nicht ungenutzt abgelassen, sondern durch Verstromung in der Brennstoffzelle zur Aufladung eines elektrischen Zwischenspeichers verwendet werden. So wird jedes Gramm Wasserstoff im Tank genutzt und verhilft zu einer Verlängerung der Flugdauer.
Einfluss auf die Flugdauer hat zudem die Auslegung des Energie- und Antriebsystems, wobei sich das zu realisierende Design von der zu fliegenden Mission ableitet. Hier das Optimum zu finden, ist eine der Kernaufgaben der ZAL GmbH in dem Verbundvorhaben.
Gelingt es, mit dem neuen Flüssigwasserstofftank sowie dem optimalen Design des Antriebssystems die Flugdauer des ZALbatros auf 10 Stunden zu erhöhen, so ist ein voller Einsatztag ohne Nachtanken von Wasserstoff abbildbar.
