Waterstof is aangemerkt als een belangrijke prioriteit om de Europese Green Deal voor een duurzame economie te realiseren. Door bij de constructie van de waterstoftank gebruik te maken van composieten in plaats van de gangbare metaaloplossingen zal de vloeibare waterstof (LH2) composiettank gewichtsbesparingen opleveren, wat de ontwikkeling van vloeibare waterstof als duurzame brandstofbron voor de burgerluchtvaart mogelijk zal maken. Hierdoor wordt de CO2-voetafdruk van vliegreizen verkleind en wordt het vliegbereik van vliegtuigen vergroot door het verminderen van het constructiegewicht en de kosten.
De uitdaging
Voor commerciële vliegtuigen met een enkel gangpad (single-aisle) is de energiedichtheid van samengeperst waterstofgas onvoldoende om het benodigde bereik te bieden. Dit kan alleen worden bereikt met vloeibare waterstof, opgeslagen bij 20 Kelvin/-253 °C. Het project is gericht op de ontwikkeling van een ongevoerde lichtgewicht composiettank met een lange levensduur die bestand is tegen de lage temperatuur van vloeibare waterstof en de bijbehorende thermische spanningen.
De oplossing
Het project richt zich op de toepassing van microscheurbestendige composietmaterialen met een voldoende lage permeabiliteit voor waterstof. Om te voldoen aan de boil-off– en bewaartijdvereisten, zonder dat er significant gewicht en/of volume wordt toegevoegd, is er met bijdragen van alle leden van het consortium een vacuüm-/MLI-geïsoleerde tank ontwikkeld. De tank is uitgerust met vloeistofpeilsensoren en sensoren voor veiligheidssystemen. Tijdens de ontwerpfase zijn digitale ontwerpstrategieën gebruikt om thermische stress te minimaliseren en het gebruik van geautomatiseerde productietechnologieën te optimaliseren.
Wat we hebben gedaan
NLR heeft aanvullende faciliteiten ontwikkeld voor het testen van composietmaterialen bij 20 Kelvin. Verschillende semi-kristallijne thermoplastische composieten (Toray) zijn onderzocht op hun eigenschappen bij deze zeer lage temperatuur. De materialen zijn eveneens gekarakteriseerd wat betreft hun permeabiliteitseigenschappen en bestendigheid tegen temperatuurschommelingen tot 20 Kelvin. Samen met de projectpartners is een geschikt thermoplastisch composietmateriaal geselecteerd voor de binnentank en gekarakteriseerd op technische eigenschappen bij 20 Kelvin.
Voor de buitentank is een thermoset composietmateraal gekozen. Deze materialen zijn gebruikt om een nieuwe tank te fabriceren. De tank zal worden getest met vloeibare waterstof in 2026. De integriteit en veiligheid van de tank worden gemonitord met verschillende glasvezelsensoren. Vanwege hun minimale warmte-inbreng worden deze sensoren ook gebruikt om de temperatuur, druk, het LH2-niveau en de lekdetectie te monitoren.
Projectpartners:
Toray (projectcoördinator), Royal NLR, SAMXL, ADSE, Airborne, Bold Findings, Cryoworld, Fokker Aerostructures, IT’S Engineering, KVE, PhotonFirst, Somni Solutions, TANIQ, TU Delft
Looptijd project:
2022-2026
Dit project is mede gefinancierd door de Nederlandse overheid (RVO/Nederlandse ondernemingsorganisatie) via de Subsidieregeling R&D Mobiliteitssectoren (RDM).
