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Neue Schweißtechnik soll flüssigen Wasserstoff in Flugzeugen sicher machen

Um Wasserstoff in einem akzeptablen Volumen transportieren zu können, muss er bei minus 253 Grad verflüssigt werden. Das stellt höchste Ansprüche an die Materialien, vor allem in der Luftfahrt. Dresdner Forscher tüfteln an der Lösung.

Die Turbofan-Studie für ein Wasserstoffflugzeug © Airbus

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden tüfteln an einem Verfahren, wie Wasserstoff in der Luft- und Raumfahrt sicher angewendet werden kann. Dabei geht es darum, verschiedenartige Metalle wie etwa Stahl und Aluminium so miteinander zu verschweißen, dass eine dichte Verbindung entsteht.

"Das ist nicht einfach, weil sich die Werkstoffe in ihren Schmelztemperaturen sehr unterscheiden", erklärt Jörg Bellmann vom IWS, der seit 2014 an dem Schweißverfahren forscht. Bei einem herkömmlichen Schweißverfahren könne die Schweißnaht spröde werden und den tiefen Temperaturen nicht standhalten.

Denn: Wasserstoff wird erst bei einer Temperatur von minus 253 Grad Celsius flüssig und lässt sich dann effizient speichern - etwa als Treibstoff. Sowohl Tanks als auch Rohre in einem Flugzeug müssen bei diesen tiefen Temperaturen absolut dicht sein, heißt es im Dresdner IWS.

Verschweißen durch hohen Druck

Das Verfahren ist das sogenannte Magnetpulsschweißen. Dafür arbeiten die Dresdner Forscher mit der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz der TU München zusammen, wo mehrere Tests bei extrem tiefen Temperaturen durchgeführt wurden. Die Verbindungen beim Zusammenfügen von Kupfer, Aluminium und Stahl hätten dicht gehalten, berichtete Bellmann.

Bei herkömmlichen Verfahren wie beim Schweißen mit dem Laser sei das nicht immer der Fall. Nur wenige Mikrosekunden dauert der spezielle Schweißvorgang laut IWS, der nicht mit Hilfe von Wärme sondern durch enormen Druck funktioniert. Dabei fliegen zwar keine Funken, aber dafür sprechen die Wissenschaftler von einem "hellen Blitz": Die Metalle prallen mit hoher Geschwindigkeit von 200 bis 300 Metern pro Sekunde aufeinander. "Dadurch entsteht ein hoher Druck, der letztlich zum Verschweißen führt", sagte Bellmann. Bis zu minus 270 Grad können die Materialverbindungen danach aushalten.

Der Einsatz des Verfahrens ist vor allem dort denkbar, wo Wasserstoff für Transportzwecke zum Einsatz kommt, vor allem aber in der Luftfahrt. "Das kann ich mir gut vorstellen", sagte Bellmann. Man sei auch bereits im Gespräch mit größeren Unternehmen, die Interesse angemeldet hätten.

Von: dk

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