Forschung & Entwicklung

Gemeinsame Flugversuche zu Emissionen alternativer Kraftstoffe

Im Rahmen der internationalen Forschungsmission wird das DLR-Forschungsflugzeug mit verschiedenen Kraftstoffmischungen fliegen, während das vollinstrumentierte "Fliegende Labor" der NASA in sicherem Abstand folgt, um im Abgasstrahl Rußpartikel, Gasemissionen und Eiskristalle im Kondensstreifen zu messen. Bild: DLR
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Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA werden im Januar 2018 erstmals gemeinsame Forschungsflüge in Deutschland durchführen. Im Fokus stehen die Emissionen von alternativen Kraftstoffen und die Charakterisierung der Eiskristalle in Kondensstreifen, wobei exemplarisch Biokraftstoff zum Einsatz kommt.

Erste gemeinsame DLR/NASA-Flüge im Jahr 2014 in den USA haben gezeigt, dass eine Beimischung von 50 Prozent alternativem Kraftstoff im Reiseflug die Rußpartikelemissionen eines Flugzeugtriebwerks um 50 bis 70 Prozent gegenüber der Verbrennung von reinem Kerosin reduziert. Mit den nun geplanten Forschungsflügen sollen die Partikelemissionen und ihr Einfluss auf die Wolkenbildung aus Kondensstreifen und damit ihre Klimawirkung bestimmt werden.

Dafür wird das NASA-Forschungsflugzeug DC-8 für drei Wochen nach Deutschland kommen und gemeinsam mit dem DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA fliegen. „Wir sind erfreut über das Vertrauen der NASA, solch eine umfangreiche Mission mit uns gemeinsam in Deutschland durchzuführen“, sagt kommentiert Luftfahrtvorstand Professor Rolf Henke. Die Forschungsflüge werden von der Ramstein Air Base aus starten.

„Die NASA könnte diese Forschungsflugmission nicht alleine stemmen“, ist Bruce Anderson, wissenschaftlicher Leiter der Mission bei der NASA. überzeugt. „Wir bringen hier beide Forschungseinrichtungen mit ihren Ressourcen und Forschungsinfrastrukturen in einer Weise zur Untersuchung von alternativen Kraftstoffen zusammen, wie es niemals zuvor möglich war“. Die gemeinsame Forschungsflugkampagne trägt den Namen ND-MAX/ECLIF 2 (NASA/DLR-Multidisciplinary Airborne eXperiments/Emission and CLimate Impact of alternative Fuel).

Im Rahmen der internationalen Forschungsmission wird das DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft) mit verschiedenen Kraftstoffmischungen fliegen, während das vollinstrumentierte „Fliegende Labor“ DC-8 der NASA in sicherem Abstand folgt, um im Abgasstrahl Rußpartikel, Gasemissionen und Eiskristalle im Kondensstreifen zu messen. Dabei befinden sich zahlreiche Messgeräte des DLR an Bord des NASA-Flugzeugs. „Wir haben Instrumente zur simultanen Vermessung der Größenverteilung der Ruß-und Eispartikel sowie der gasförmigen Emissionen im Nachlauf des ATRA an Bord der DC8 installiert“, erläutert Dr. Hans Schlager vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. Der Fokus der Messungen liege darauf, die Emissionen beim Einsatz verschiedener Kraftstoffmischungen zu charakterisieren. Besonders interessiere die Projektverantwortlichen wie sich die Rußemissionen der unterschiedlichen Treibstoffe auf die Strahlungseigenschaften und Lebensdauer der Kondensstreifen auswirkten.

Vorbereitungen in Kalifornien

Derzeit arbeiten mehrere DLR-Wissenschaftler und Ingenieure am Heimatstandort der DC-8 beim Armstrong Flight Research Center der NASA in Kalifornien am Einbau der Messgeräte. Gleichzeitig laufen die Vorbereitungen auf dem Gelände der NATO Air Base in Ramstein, Rheinland-Pfalz, von wo aus die Forschungsflüge in der zweiten Januarhälfte jeweils ihren Ausgangspunkt haben. „Wir sind gerade dabei den speziell für die Flugversuche produzierten Kraftstoff anzuliefern“, sagt André Krajewski von den DLR-Flugexperimenten. „Für insgesamt acht geplante gemeinsame Forschungsflüge haben wir Kraftstoff-Mischungen mit einem Anteil von 30 Prozent bis 50 Prozent beigemischtem HEFA.“ Der exemplarisch gewählte Biotreibstoff HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) wird zu großen Teilen aus dem Öl von Leindotter-Pflanzen gewonnen, er steht hier exemplarisch für alternative Kraftstoffe, die auch synthetisch sein könnten.

Neben den Emissionen interessiert das internationale Forscherteam ebenfalls, wie sich die verschiedenen Kraftstoffmischungen auf die Leistungsfähigkeit der Triebwerke auswirken. „Biotreibstoffe wie HEFA unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung zu herkömmlichem Kerosin dadurch, dass sie reine Paraffine sind und keine zyklischen Kohlenwasserstoffe beinhalten“, beschreibt Dr. Patrick Le Clercq, vom DLR-Institut für Verbrennungstechnik. Durch Mischung mit herkömmlichem Jet A-1 Kerosin erhalte man einen zugelassenen Kraftstoff. Diese veränderte Zusammensetzung habe Auswirkungen auf die Bildung von Ruß bei der Verbrennung. (ig)

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