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StartseiteForschung aktuellSuper-Treibstoff der Zukunft18.11.2004

Super-Treibstoff der Zukunft

Grazer Forscher reduzieren Tank-Volumen von Wasserstoff

<strong>Wasserstoff gilt nicht nur als der umweltfreundliche Treibstoff der Zukunft, die Raumfahrt ist schon jetzt ohne ihn nicht denkbar. Eine Wasserstoff-Rakete, wie sie unter anderem die ARIANE 5 mit antreibt, hat aber einen Nachteil: Sie braucht ein großes Volumen und damit viel Energie, um ihr eigenes Tank-Gewicht in den Orbit zu schießen. Grazer Forscher haben nun ein weltweit einzigartiges Verfahren entwickelt, mit dem sich das Tank-Volumen um rund 25 Prozent reduzieren lässt. Sie können Wasserstoff auf minus 259 Grad abkühlen, das sind 6 Grad weniger als die sonst üblichen 253 Grad. Dadurch entsteht eine Art Super-Treibstoff. </strong>

Von Franz Zeller

Ariane 5 Rakete auf Startrampe (AP)
Ariane 5 Rakete auf Startrampe (AP)

Die Ariane fünf wiegt beim Start rund 700 Tonnen. Und jedes Kilo, das in den Weltraum transportiert werden muss, kostet um die 25.000 Dollar. Gewicht ist ein mächtiger Kostenfaktor in der Raumfahrt.

Der Wasserstofftank hat einen Durchmesser von rund fünf Metern und eine Höhe zwischen 25 und 35 Metern. Wenn sie diesen Tank um 25 Prozent reduzieren könnten vom Volumen her, dann haben sie natürlich eine gewaltige Gewichtseinsparung.

meint Werner Gryksa, der Leiter der MAGNA-Steyr Weltraumtechnik. Diese Reduktion der Tankgröße um ein Viertel scheint jetzt möglich, durch ein neues von MAGNA entwickeltes Verfahren. Und zwar kühlen die Techniker den Wasserstoff auf minus 259 Grad ab, dadurch entsteht Wasserstoff-Matsch, so genannter SLUSH, der mit festen Wasserstoffteilchen durchsetzt ist. Durch die festen Anteile wird der Wasserstoff dichter gepackt, er braucht weniger Platz. Damit passt dieselbe Energie in einen kleineren Tank:

Es gibt weltweit, glaube ich, zwei eigentliche Patente - ein Patent hat die NASA, eins hat MAGNA Steyr. Wir sind uns eigentlich sicher, dass unser Patent ein bisschen die Nase vorne hat, weil wir in der Lage sind, diesen SLush-Wasserstoff kontinuierlich zu erzeugen. Das amerikanische Prinzip produziert eine bestimmte Menge, dann muss die Anlage abgeschaltet werden. Der Slush-Wasserstoff muss entfernt werden, und dann kann die Maschine wieder angefahren werden. Unser Prinzip ist ein anderes: wir können kontinuierlich Wasserstoff entwickeln.

Die Grazer Weltraumtechniker sind aber auch in der Lage, die Flockengröße der festen Bestandteile im 259 Grad kalten Wasserstoffmatsch zu steuern. Damit lassen sich auch alte Leitungen an der Rakete weiterverwenden:

Unser Ziel ist es natürlich, hier ein Gemisch aus flüssigem Wasserstoff mit festem Wasserstoff zu erzeugen, der ein ähnliches Fließverhalten hat wie der flüssige Wasserstoff, um dann eben die herkömmlichen Turbopumpen und Ventile verwenden zu können.

Bei der Herstellung des extra-kalten flüssigen Wasserstoffes setzen die Weltraumtechniker auf typisch österreichisches Know-How - auf die Kunstschnee-Erzeugung:

Österreich ist natürlich ein Land, wo viel Schi gefahren wird, und im künstlichen Schnee-Erzeugen sind wir sehr erfahren. Und genau auf dem gleichen Prinzip basiert auch die SLUSH-Erzeugung. Wir spritzen durch bestimmte Düsen-Geometrien den flüssigen Wasserstoff in eine Kammer und berieseln das mit sehr tief-kaltem flüssigen Helium. Und dadurch erzeugen wir dann, dass das sofort gefriert, nach unten absackt und sich sofort am Boden ansammelt.

Grundsätzlich wären noch tiefere Temperaturen als minus 259 Grad möglich und damit noch kleinere Tank-Volumina. Aber da schon die Abkühlung um sechs Grad sehr aufwändig ist, will Werner Gryksa nicht mehr weiter in die Kälte gehen:

Sie müssen auch davon ausgehen: wenn sie um die sechs Grad runtergehen, ist der Energieaufwand nicht linear, sondern exponentiell. Das heißt um einen kleinen Schritt in die Minusrichtung zu gehen, brauchen sie einen wesentlich größeren Aufwand.

Abgesehen vom kleineren Platzbedarf hat der Wasserstoff-Matsch einen weiteren Vorteil: er ist besser lagerfähig als flüssiger Wasserstoff. Denn Wasserstoff verdampft sehr leicht.

Nach Meinung Werner Gryksas wird sich der 259 Grad kalte Wasserstoff vor allem für Spezialanwendungen rentieren:

Wahrscheinlich, wenn es eingesetzt wird, wird es im Raketenbereich eingesetzt werden, in zweiter Linie im Luftfahrtbereich und im Automobilbereich hat mal ein Herr gesagt: na, das stell ich mir so vor wie Super und Normalbenzin: Wenn ich zum Tanken geh und tanke Normalbenzin, dann tanke ich den normalen Wasserstoff. Wenn ich Super haben will, dann tanke ich den Slush und komme halt ein paar Kilometer weiter, weil ich wesentlich mehr von dem Wasserstoff in den Tank reinpacken kann.

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