Zum Erreichen der Klimaschutzziele werden alle verfügbaren Technologieoptionen und -wege benötigt, wodurch sich nachhaltige biogene (BioFuels) und synthetische Fuels (SynFuels) nahtlos in die aktuellen Strategien eingliedern. Ein wesentlicher Aspekt ist, dass hier komplementäre Vorgehensweisen benötigt werden: Während einige Mobilitätsbereiche elektrisierbar sind, sind für Anwendungen mit hohem Leistungs- oder Energiebedarf, wie Luft- und Raumfahrt sowie Schwerlast- und Langstreckenverkehr, nachhaltige Bio- und SynFuels kurz- und mittelfristig alternativlos. Die komplementäre Strategie spiegelt sich ebenfalls in der nationalen Wasserstoffstrategie Deutschlands wider, in der Wasserstofffolgeprodukte wie SynFuels (inkl. E-Fuels) zum Erreichen der Energiewende fest verankert sind. Mit dem programmübergreifenden Projekt NeoFuels soll die zentrale Lücke zwischen Demonstration und wirtschaftlicher Umsetzung weiter verkleinert werden.
NeoFuels
Laufzeit
2022 – 2025
Anwendungsgebiet
ganzheitlichen Ansatz im Bereich der BioFuels und SynFuels von der Quelle über die Herstellung bis hin zur Nutzung mit Umweltwirkung
aufgebaute, exzellente Expertise der verschiedenen Partner synergetisch genutzt
Budget (Teilprojekt 5)
985.000 € / jährlich
Projektleitung
DLR-Institut für Verbrennungstechnik
Teilprojekt 5: Fortschrittliche und grüne Raketentreibstoffe
Weltweit wird an umweltfreundlichen Alternativen zum giftigen Hydrazin (N2H4) geforscht, das als Treibstoff für Satellitentriebwerke in der Raumfahrt Anwendung findet. Im Rahmen des DLR-Projektes NeoFuels werden umweltfreundlichere Treibstoffe entwickelt, produziert und auf dem Prüfstand getestet. Auch die Treibstoffkombination Flüssigsauerstoff (LOX) und Methan wird mit numerischen Simulationen und experimentellen Heißgasversuchen untersucht.
Bipropellants aus Lachgas und Brennstoffen
Zuverlässige Satellitentriebwerke mit langzeit-lagerbaren Treibstoffen sind eine essentielle Technologie für unsere moderne Zivilisation. Sie ermöglichen die Steuerbarkeit von Satelliten über einen langen Zeitraum im Weltraum. In diesem Arbeitspaket werden Satellitentriebwerke mit weniger giftigen und weniger umweltgefährlichen Treibstoffen entwickelt als das bisher verwendete Hydrazin. Dafür werden Lachgas und Ethan untersucht. Die notwendigen Satellitentriebwerke werden mittels CAD entworfen und im metallischen 3D-Druck-Verfahren gefertigt. Anschließend werden sie auf den Prüfständen unter atmosphärischen- und Vakuumbedingungen auf Herz und Nieren getestet. Die daraus gewonnen Daten wie Drücke und Temperaturen werden genutzt, um das Design weiter zu optimieren. Die Triebwerke mit 1N, 22N und 200N Schub sind bereits erfolgreich getestet worden.
In Zukunft sollen diese Triebwerke durch das aus der Abteilung Satelliten und Orbitalantriebe hervorgegangene Start-Up InSpacePropulsion Technologies vermarktet werden.
Hypergole Bipropellants aus ionischen Liquiden und Wasserstoffperoxid
Im zweiten Hauptarbeitspaket werden vielversprechende hypergole – das bedeutet selbstzündende – Bipropellants aus ionischen Liquiden und Wasserstoffperoxid erforscht. Dabei erfolgt eine Untergliederung in die Bereiche Synthese und Charakterisierung der Brennstoffe, sowie Test und spektroskopische Untersuchungen der Reaktivität neuer ionischer Liquide.
Die Arbeiten umfassen chemische Analysen, Tropfversuche, Injektortests und anschließend Versuche in einem Experimentaltriebwerk. Der Fokus der Aktivitäten liegt zunächst auf der Auswahl und Herstellung von neuen ionischen Liquiden. Um die vielversprechendsten Kandidaten zu identifizieren werden hypergole Tropfversuche durchgeführt. Begleitet von spektroskopischen Analysen können auf diese Weise wichtige Erkenntnisse für die Weiterentwicklung dieser innovativen Treibstoffe gewonnen werden.
Flüssigsauerstoff und Methan für Raketenantriebe
In diesem Arbeitspaket werden aktuelle Kernthemen der Entwicklung von LOX/Methan-Hauptstufentriebwerken erforscht. Dazu gehören unter anderem die Beherrschung und Untersuchung der Zündung und Flammenstabilisierung von LOX/Methan-Brennkammern bei verschiedenen Randbedingungen, sowie Auslegung und Betrieb von Einspritzelementen. Begleitet werden die experimentellen Aktivitäten mit anspruchsvoller optischer Diagnostik zur Flammenvisualisierung bei, für Hauptstufentriebwerke, repräsentativen Bedingungen. Dabei wird auch auf verschiedene relevante Aspekte, wie Einfluss der Treibstofftemperatur sowie Verunreinigungen im Brennstoff (zum Beispiel in Form von Stickstoff) auf die Zünd- und Verbrennungsdynamik eingegangen. Die Durchführung der Versuche wird an den Prüfständen M3 und P8 realisiert. Die gesammelten experimentellen Daten werden zur Validierung und Weiter-entwicklung numerischer Modelle und Methoden genutzt.
Treibstoffkombination HyNOx
Am Prüfstandskomplex M11.2 sind erfolgreiche Versuche mit der Treibstoffkombination HyNOx unter Vakuumbedingungen durchgeführt worden. Die Lachgas-Ethan-Brennkammer erreicht 22 Newton Schub.
Die Brennkammern mit 1 Newton, 22 Newton und 200 Newton Schub kommen direkt aus dem 3D-Drucker und werden anschließend auf dem Prüfstandskomplex M11 mit der fortschrittlichen Treibstoffkombination aus Lachgas und Ethan getestet.
Flammenvisualisierung einer LOX/Methan-Verbrennung
Mittels optischer Zugänge in den Raketenbrennkammern können DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Verbrennung unterschiedlicher Treibstoffe visualisieren und erforschen.
