NH3Avi – Inline-Fertigung metallisch gestützter SOFC-MEAs für die Luftfahrt

Klimaneutrales Fliegen braucht neue Energieträger – und neue Fertigungstechnologien. In dem Projekt NH3Avi entwickeln wir ein inline-fähiges Verfahren zur Fertigung metallisch gestützter SOFC-Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für den Einsatz mit Ammoniak in der Luftfahrt.

Um den Schadstoffausstoß in der Luftfahrt signifikant zu senken, muss auf alternative, kohlenstofffreie Energieträger umgestellt werden. Die möglichen Optionen werden durch die Notwendigkeit einer hohen Energiedichte bezogen sowohl auf den Bauraum als auch das Gewicht beschränkt.

Ammoniak (NH3) bietet hier entscheidende Vorteile. Es ist unter verhältnismäßig geringen Drücken bei Umgebungstemperatur flüssig und bietet entsprechend eine hohe Energiedichte. Es lässt sich zudem in Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) direkt in Strom umwandeln – ohne zusätzliche Prozessschritte als Edukt.

Allerdings steht die Nutzung von Ammoniak als klimaneutraler Treibstoff in der Luftfahrt noch vor ein paar Hürden. So erschweren heutige SOFC-Technologien den Einsatz in Flugzeugen durch lange Startzeiten und geringe Zyklenfestigkeit bei sehr hohen Betriebstemperaturen.

Teststand im Labor

Neues Zelldesign für höhere Zyklenfestigkeit

Im kürzlich gestarteten Projekt NH3Avi verfolgen wir gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), dem Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik 2 an der RWTH Aachen und dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) drei Kernziele:

  • ein neuartiges metallisch gestütztes Zelldesign für eine protonenleitfähige SOFC im Ammoniakbetrieb,
  • eine höhere Zyklenfestigkeit für Luftfahrtanforderungen
  • sowie ein neues, inline-fähiges Fertigungsverfahren für das MEA-Mehrlagensystem.

Der Ansatz setzt auf protonenleitfähige Elektrolyte (Betrieb bei ca. 400–600 °C statt 1.000 °C) und ein Schichtsystem auf einem metallischen, porösen Träger, um Temperaturwechsel zu beschleunigen und die Robustheit zu erhöhen.

Gezielte Ausrichtung auf Inline-Fertigung

Ein zentrales Projektprinzip ist die konsequente Ausrichtung auf inline-fähige Prozessketten: Langsame Ofenprozesse zur Elektrolyt-Kristallisation werden durch dynamische Laserprozesse ersetzt, und es werden keine Vakuumprozesse eingesetzt.

Im Verbund decken die Partner komplementäre Prozessschritte ab – von Plasmaspritzen und morphologischer Analyse (INP) über Präkursorsysteme und Sperrschichten (IWE2) bis zu Schichtabscheidung und elektrochemischer Charakterisierung (ZBT) sowie Lasersintern/Laserfunktionalisierung (ILT).

Projektinfos

Projekttitel: Entwicklung eines inline-fähigen Verfahrens zur Herstellung metallisch gestützter SOFC MEAs zur Anwendung in der Luftfahrt

Projektakronym: NH3Avi

Laufzeit: 1. Oktober 2025 – 31. Januar 2029

Förderkennzeichen / Projektträger: 20M2439A, DLR

Programmkontext: LuFo Klima VII-1 KTF – „Klimaneutrales Fliegen“

Projektpartner:

  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT)
  • Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik 2 (IWE2) an der RWTH Aachen
  • Leibniz-Institut für Plasma-Forschung und Technologie e.V. (INP)
  • ZBT – Zentrum für BrennstoffzellenTechnik
ZBT Labor Ammoniak Cracker Anlage Camp Fire Projekt

Fragen beanwortet sehr gerne

Projektkeiter

Robin von Mallinckrodt
+49 203 7598-2351
Porträt von Robin von Mallinckrodt.

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