Fraunhofer IFAM entwickelt HYTANK-Technologien für nachhaltige Mobilität

Das Fraunhofer IFAM entwickelt im Forschungsprojekt „HYTANK“ ressourceneffiziente Fertigungs- und Fügetechnologien für großformatige, doppelwandige Wasserstofftanks aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK). Ziel ist die Entwicklung leichter, dichter und kryogen beständiger LH₂-Tanks für die emissionsfreie Luftfahrt der Zukunft.

Die entwickelten Technologien reichen von innovativer Oberflächenvorbehandlung und funktionellen Barrierebeschichtungen bis hin zur automatisierten Bearbeitung und Montage im industriellen Maßstab. Damit schafft das Projekt wichtige Voraussetzungen für nachhaltige Wasserstofftechnologien in Luftfahrt, Schifffahrt und Wasserstoffinfrastruktur.

Wasserstofftanks aus CFK als Schlüsseltechnologie für emissionsfreies Fliegen

Flüssiger Wasserstoff (LH₂) gilt als zentrale Zukunftstechnologie für klimafreundliche Flugzeugantriebe. Die dafür benötigten kryogenen Wasserstofftanks müssen extremen Anforderungen standhalten:

• Temperaturen bis zu -253 °C
• Hohe Druck- und Temperaturbelastungen
• Maximale Dichtheit
• Minimales Gewicht
• Hohe strukturelle Belastbarkeit

CFK-Wasserstofftanks bieten hierfür ideale Voraussetzungen. Gleichzeitig stellen sie hohe Anforderungen an Konstruktion, Fertigung, Oberflächenbehandlung und Fügetechnik. Genau hier setzt das Forschungsprojekt „HYTANK“ an.

Oberflächenvorbehandlung für CFK-Wasserstofftanks

Verbesserte Haftung durch moderne Plasmatechnik und Laserbehandlung

Ein zentraler Schwerpunkt im HYTANK-Projekt war die Entwicklung effizienter Oberflächenvorbehandlungen für CFK-Strukturen. Ziel ist eine dauerhaft zuverlässige Haftung der Barrierebeschichtungen auf dem CFK-Untergrund.

Untersucht wurden unter anderem:

• Atmosphärendruck-Plasmabehandlung
• Vakuum-UV-Bestrahlung (VUV)
• Laserbehandlung
• Vakuumsaugstrahlen

Besonders trockene und berührungslose Verfahren erwiesen sich als vielversprechend. Die Atmosphärendruck-Plasmabehandlung verbessert beispielsweise die Benetzbarkeit der Oberfläche, ohne das Material thermisch zu schädigen. Laserverfahren ermöglichen zusätzlich eine hochpräzise Reinigung und Aktivierung der CFK-Oberfläche.

Diese Technologien sind entscheidend für die industrielle Produktion großformatiger Wasserstofftanks im Leichtbau.

Barrierebeschichtungen für kryogene Wasserstofftanks

Höhere Dichtheit und stabile Vakuumisolierung

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag auf innovativen Barrierebeschichtungen für Wasserstofftanks aus Leichtbaumaterialien.

Die vom Fraunhofer IFAM entwickelten Beschichtungssysteme:

• reduzieren die Gasdurchlässigkeit
• minimieren Wasserstoffverluste
• verhindern das Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff
• stabilisieren das wärmeisolierende Vakuum doppelwandiger Tanks

Die Beschichtungen basieren auf polymeren Bindemitteln mit integrierten Barrierepigmenten. Dadurch wird der Diffusionsweg von Gasen verlängert und die Permeation deutlich reduziert.

Ein großer Vorteil: Die Systeme lassen sich mit etablierten industriellen Lackierverfahren auch auf komplexe Tankgeometrien übertragen. Das erhöht die Skalierbarkeit für die Serienproduktion von Wasserstoffspeichern in der Luftfahrtindustrie.

Automatisierte Fertigung und Montage von CFK-LH₂-Tanks

Skalierbare Produktionsprozesse im 1:1-Maßstab

Für die industrielle Herstellung großformatiger CFK-Wasserstofftanks entwickelte das Fraunhofer IFAM automatisierte Bearbeitungs- und Montageverfahren.

Zu den Innovationen zählen:

• automatisierte Klebstoffapplikation
• robotergestützte Fügetechnik
• präzise Positionierung großer CFK-Bauteile
• mechanische Bearbeitung von Funktionsflächen
• modulare Montagesysteme auf Linearachsen

Besonders herausfordernd war die Verarbeitung biegeschlaffer CFK-Zylinder bei gleichzeitig engen Toleranzanforderungen. Ein speziell entwickelter robotergeführter Endeffektor sorgt für einen konstanten Düsenabstand bei gekrümmten Fügeflächen und ermöglicht so eine reproduzierbare Klebstoffapplikation.

Die Ergebnisse zeigen, dass automatisierte Fertigungsprozesse für großvolumige CFK-LH₂-Tankstrukturen technisch realisierbar und perspektivisch industriell skalierbar sind.

Projektpartner und Förderung

Das Forschungsprojekt „HYTANK“ („Entwicklung von Beschichtungs-, Füge- und Montage-Prozessen zur Herstellung eines CFK-LH₂-Tanks für das emissionsfreie Fliegen“) wurde im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo VI-3 durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Projektpartner sind unter anderem:

• Airbus Operations GmbH
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
• Technische Universität Dresden
• Broetje-Automation GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft

Fazit: Wasserstofftank-Technologien für die Mobilität der Zukunft

Mit dem Projekt „HYTANK“ entwickelt das Fraunhofer IFAM zentrale Technologien für die industrielle Fertigung leichter, dichter und kryogen beständiger CFK-Wasserstofftanks. Die Kombination aus innovativer Oberflächenvorbehandlung, leistungsfähigen Barrierebeschichtungen und automatisierter Montage schafft neue Perspektiven für emissionsfreie Luftfahrt und nachhaltige Mobilität.

Die Forschungsergebnisse zeigen deutlich: Wasserstofftechnologien und CFK-Leichtbau werden künftig eine Schlüsselrolle für klimafreundliche Transport- und Energiesysteme spielen.

(Quelle: Fraunhofer IFAM)