R&D case: BRAVA

Project: BRAVA (Breakthrough Fuel Cell Technologies for Aviation)

In het BRAVA-project worden technologieën ontwikkeld voor een fuel cell-based power generation system (PGS) voor vliegtuigen. Aangezien brandstofcellen een aanzienlijke hoeveelheid restwarmte produceren, is een koelsysteem nodig om deze warmte te verwijderen, wat op zijn beurt een aanzienlijk deel uitmaakt van de totale systeemmassa. Daarom is het van het groot belang om het gewicht van het koelsysteem te minimaliseren. Met deze demonstrator wordt een belangrijke stap gezet naar het mogelijk maken van vliegen op waterstof.

De uitdaging

Conventionele koelsystemen gebruiken een vloeistof (meestal een mengsel van glycol en water) die wordt rondgepompt om de brandstofcellen te koelen. Dit resulteert echter in een systeemgewicht dat te hoog is voor toepassingen in vliegtuigen. Bovendien is de vloeistof gevoelig voor bevriezing onder koude omstandigheden, wat een extra uitdaging vormt. Om deze beperkingen aan te pakken, ontwikkelt het BRAVA-project een innovatief koelsysteemdemonstrator dat minstens 20% lichter is, 50% minder energie verbruikt en de bevriezingsproblemen elimineert.

De oplossing

Het gewicht van het koelsysteem en het benodigde pompvermogen kunnen aanzienlijk worden verlaagd door gebruik te maken van de verdampingswarmte van een vloeistof. In een tweefasen-koelsysteem, waarbij de term ’tweefasen’ verwijst naar de faseovergang van de vloeistof van vloeibaar naar gas, wordt een vloeistof rondgepompt die in de brandstofcellen verdampt en daarbij de restwarmte opneemt. Gedetailleerde analyses laten zien dat het gewicht van een tweefasen-koelsysteem met een factor 2,4 kan worden verlaagd (meer dan het doel van 20% reductie) wanneer een nieuw ‘geen accumulator’-concept wordt toegepast. Bovendien wordt het pompvermogen met een factor 8 verlaagd.

Wat hebben we gedaan?

Om de haalbaarheid van het tweefasen-koelsysteem met het ‘geen accumulator’-concept te onderzoeken, ontwierp en testte NLR een testopstelling met een koelvermogen van 20 kW. De resultaten van deze tests zullen worden gebruikt om in 2025 een demonstrator met een vermogen van 200 kW te ontwikkelen.

De bevindingen uit de analyses en de demonstrator zullen vervolgens door Airbus worden gebruikt een fuel cell-based power generation system (PGS) te ontwerpen voor vliegtuigen die tot 100 passagiers kunnen vervoeren over afstanden van maximaal 1.000 zeemijlen.

Project partners:

Aerostack GmbH, Airbus Operations GmbH, Airbus Operations SL, CNRS, Heraeus Deutschalnd GmbH, Liebherr Aerospace Toulouse SAS, Madit Metal SL, Morpheus Designs SL, SYENSQO, Technische Universitat Berlin