Analyse und Bewertung von Integrationsvarianten eines Wassererzeugungssytems in Passagierflugzeugen

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1 November 2003 Präsentiert von Hilal Kilic Analyse und Bewertung von Integrationsvarianten eines Wassererzeugungssytems in Passagierflugzeugen

2 Inhalt 1. Entwicklung des Flugverkehrs bis Einführung in die Brennstoffzellentechnik 3. Praxis der Nutzung von Wasserstoff 4. Beschreibung der Systemkonzepte 5. DOC sys -Betriebkostenberechnung von Flugzeugsystemen 6. Zusammenfassung November 2003 Seite 2

3 1 Entwicklung des Flugverkehrs bis 2020 Anteil der Luftfahrtindustrie am Ölverbrauch beträgt 3 % in den Industrieländern Anstieg des Luftverkehrsaufkommens beträgt jährl. 4,88 % bis 2020 Schadstoffemissionen: Stickoxide, Wasserdampf, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe November 2003 Seite 3

4 2 Einführung in die Brennstoffzellentechnik Aufbau und Funktionsprinzip einer PEM-Brennstoffzelle: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O Aufbau Niedertemperatur Brennstoffzellen AFC (70 80 C; %) PEMFC (60 80 C; %) PAFC ( C; %) Hochtemperatur Brennstoffzellen MCFC ( C; %) SOFC ( C; %) November 2003 Seite 4

5 2 Aufbau einer PEM-Brennstoffzelle November 2003 Seite 4a

6 3 Praxis der Nutzung von Wasserstoff Herstellungsverfahren Reformierung Biochemische Herstellung Kværner-Verfahren Hochleistungs-Elektrolyseur Speicherung von Wasserstoff Speicherung im flüssigen Zustand Speicherung im gasförmigen Zustand Speicherung in chemisch gebundener Form November 2003 Seite 5

7 4 Systemgrenzen des konventionellen Wassersystems Abwassertank Toiletten Luftbefeuchtung Triebwerksgeneratoren Umgebung Küchen Waschbecken Duschen H 2 O- Tank Stauluftturbine Hilfstriebwerk OBOGS November 2003 Seite 6

8 4 Systemgrenzen des OBOWAGS Abwassertank Toiletten Luftbefeuchtung H 2 O- Tank Mineralisation LH 2 - Tank Umgebung Küchen Waschbecken Duschen Desinfektion Brennstoffzellensystem OBOGS November 2003 Seite 7

9 5 DOCsys Betriebskostenberechnung von Flugzeugsystemen Betriebskosten eines Flugzeugzeugsystems werden mit dem DOCsys-Programm ermittelt. Eingabeparameter sind: 1. Flugzeugdaten 2. Allgemeine Systemdaten 3. Ökonomische Daten 4. Flugmissionsdaten 5. Weitere Systemdaten zu DOC-Bestandteilen November 2003 Seite 8

10 5 DOCsys Betriebskostenberechnung von Flugzeugsystemen DOC-Ergebnisse: 1. Abschreibungskosten 2. Kosten durch Wartung und Instandhaltung 3. Kraftstoffkosten durch den Transport von fixen Massen 4. Kraftstoffkosten durch den Transport von variablen Massen 5. Kraftstoffkosten durch Wellenleistungsentnahme November 2003 Seite 9

11 5 DOC-Ergebnisse im Jahr 2003 % 140 Kerosinpreis: Flüssiger Wasserstoff: Brennstoffzelle: 0,21 US$/Liter 1 US$/kg 3 kg/kw und 1000 US$/kW A320 A330 A340 A380 Flugzeugtypen November 2003 Seite 10 Konventionelles System OBOWAGS

12 5 DOC-Ergebnisse im Jahr 2010 Kerosinpreis: Flüssiger Wasserstoff: Brennstoffzelle: % 120 0,263 US$/Liter 0,5 US$/kg 2 kg/kw und 500 US$/kW A320 A330 A340 A380 Flugzeugtypen November 2003 Seite 11 Konventionelles System OBOWAGS

13 5 DOC-Ergebnisse im Jahr 2020 Kerosinpreis: Flüssiger Wasserstoff: Brennstoffzelle: % 140 0,315 US$/Liter 0,2 US$/kg 1,5 kg/kw und 100 US$/kW Konventionelles System 80 OBOWAGS A320 A330 A340 A380 Flugzeugtypen November 2003 Seite 12

14 5 Szenario: Flugzeit Kraftstoffpreis: Brennstoffzellen: Flugzeit: Flüssiger Wasserstoff: % 120 0,21 US$/Liter 3 kg/kw und 1000 US/kW 60 % der maximalen Flugzeit 1 US$/kg A320 A330 A340 A380 Flugzeugtypen November 2003 Seite % 60%

15 6 Zusammenfassung Durch das OBOWAGS werden in allen Szenarien geringere Betriebskosten erzielt Einsatz ist besonders sinnvoll bei: Hohen Passagierzahlen Hoher Wasserbedarf Langen Flugzeiten Erhöhtem Kerosinpreis November 2003 Seite 14