BALIS-Testfeld: DLR erprobt Wasserstoffantriebe im Megawattbereich

Das Testfeld trägt den Namen BALIS – und somit dieselbe Bezeichnung wie das Anfang 2021 angelaufene  BALIS-Projekt, ein vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik verantwortetes Vorhaben zu Brennstoffzellen-Systemen mit einer Leistung von rund 1,5 Megawatt. Schon 2021 legte das DLR auf dem Innovationscampus Empfingen im Nordschwarzwald denn auch den Grundstein für das nun fertiggestellte Testfeld, um Brennstoffzellen-Antriebe für unterschiedliche Verkehrsträger zu entwickeln und zu erproben. Inzwischen ist mit BALIS 2.0 bereits ein Nachfolgeprojekt am Laufen. Dazu aber später.

Zunächst nach Empfingen, wo ab sofort BZ-Systeme getestet werden, die „so auf dem Markt noch nicht erhältlich sind“, wie die Forscher betonen. Das modular aufgebaute Testfeld soll die Untersuchung einzelner Komponenten oder ganzer Antriebsstränge erlauben. Neben der Testinfrastruktur selbst, baut das DLR auch ein eigenes elektrisches Antriebssystem der Megawatt-Leistungsklasse auf – bestehend aus Brennstoffzellen-System, Wasserstofftank, Elektromotor sowie Steuerungskomponenten und Leistungselektronik.

Damit gehört das DLR nach eigenen Angaben zu den ersten Einrichtungen, die über ein solches System verfügt. „Mit ihm lassen sich alle Prozessschritte eines Brennstoffzellen-Antriebssystems grundlegend erfassen, verstehen und qualifizieren. Die größten kommerziell erhältlichen Brennstoffzellen für mobile Anwendungen haben eine Leistung von bis zu mehreren hundert Kilowatt. Um den Megawatt-Bereich zu erreichen, müssen die Brennstoffzellen-Systeme aus mehreren verschalteten Brennstoffzellen-Modulen aufgebaut werden“, präzisieren die Forscher. Daraus ergeben sich hohe Betriebsspannungen und -ströme. Diese müssten für einen stabilen und effizienten Betrieb optimal gesteuert werden. Gleichzeitig seien ein geringes Gewicht und eine hohe Effizienz des Antriebssystems entscheidend für die kommerzielle Anwendung im Schwerlastbereich, heißt es weiter.

Im Fokus der Arbeiten steht deshalb zunächst das Verhalten und die Optimierung dieses Megawatt-Antriebssystems für einen stabilen Betrieb bei unterschiedlichen Lastszenarien. Als weiteren Forschungsschwerpunkt der BALIS-Testinfrastruktur bezeichnet das DLR die Handhabung von flüssigem Wasserstoff („LH2“) in großen Mengen für den Betrieb des gesamten Antriebssystems. Dazu baut das DLR aktuell mit zusätzlichen Mitteln von rund drei Millionen Euro einen Versuchstank und die notwendige Betankungsinfrastruktur auf.

Apropos Beschaffungsmittel: Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr hat das Testfeld BALIS mit 26 Millionen Euro gefördert. Für die nächsten drei Jahre ist die Testumgebung laut DLR schon ausgelastet, etwa durch Forschungsvorhaben oder Kooperationsprojekte mit der DLR-Ausgründung H2FLY, dem Brennstoffzellenhersteller PowerCell, dem Antriebsspezialist Compact Dynamics sowie dem Gas-Hersteller Air Liquide. Aus dem Luftfahrtsektor arbeitet das DLR nach eigenen Angaben unter anderem mit den Firmen Diehl Aerospace, GE Aerospace und Deutsche Aircraft zusammen. Systempartner, mit dem die Anlage ausgelegt und realisiert wurde, ist das Unternehmen AVL.

„Der Dialog zwischen Forschung und Industrie, der beim Aufbau und der Nutzung von Großanlagen wie BALIS entsteht, ist für beide Seiten von unschätzbarem Wert. Denn so zeigen wir gemeinsam, dass neue Technologien nicht nur funktionsfähig sind, sondern entwickeln sie hin zu einer Größe und einer Wirtschaftlichkeit, womit sie als Lösung für die Industrie interessant werden“, betont Prof. Dr.-Ing. Karsten Lemmer, Mitglied des DLR-Vorstands und verantwortlich für Innovation, Transfer und wissenschaftliche Infrastrukturen. „Speziell in der Luftfahrt ist der Schritt vom stabilen Antriebssystem auf dem Boden hin zur Qualifikation für den Einsatz in Flugzeugen sehr komplex und benötigt Zeit. Eine Anlage wie BALIS schafft dafür die Basis und Verlässlichkeit, die es für die Transformation der Luftfahrt benötigt.“

Das 2021 initiierte BALIS-Projekt als Basis zum Aufbau des Testfelds hat unterdessen Anfang des Jahres mit dem Forschungs- und Entwicklungsprojekt einen Nachfolger erhalten. Bei BALIS 2.0 hat nun H2FLY die Leitung inne. Als Kooperationspartner agieren das DLR und Diehl Aerospace. Hauptfokus der Beteiligten ist es, ein luftfahrttaugliches Brennstoffzellenmodul mit einer Leistung von 350 kW zu entwickeln und zu testen. Dieses Grundmodul soll später die Basis für die Entwicklung von Megawatt-Antriebssystemen darstellen. Damit könnten den Initiatoren zufolge in Zukunft kommerzielle Regionalflugzeuge mit 40 bis 80 Sitzplätzen emissionsfrei angetrieben werden.

Erste Bodentests des 350 kW starken Brennstoffzellensystems sind für 2025 geplant. Das genannte DLR-Testfeld in Empfingen gilt neben dem H2FLY-Heimatflughafen Stuttgart als Dreh- und Angelpunkt des Projekts. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr fördert das Projekt mit rund 9,3 Millionen Euro.

dlr.de