01.07.2026 Projektergebnisse zur Produktion leichter Wasserstofftanks für die emissionsfreie Luftfahrt

Auf der ILA 2026 präsentieren die Wissenschaftler:innen ein maßstabsgetreues Modell der automatisierten Bearbeitungs- und Montageanlage sowie ein oberflächenvorbehandeltes und barrierebeschichtetes Original-Tankstruktur-Segment im 1:1-Maßstab.

Flüssiger Wasserstoff (LH₂) gilt als eine vielversprechende Option für Luftfahrtantriebe von morgen. Die dafür erforderlichen Tanks müssen jedoch extremen Anforderungen standhalten: Sie sollen mit möglichst geringem Gewicht bei Temperaturen bis zu - 253 °C dauerhaft dicht und strukturell belastbar bleiben sowie mechanischen und thermischen Belastungen widerstehen. CFK-Strukturen bieten hierfür grundsätzlich günstige Voraussetzungen, stellen jedoch hohe Anforderungen an Auslegung, Fertigung und Fügetechnik. Insbesondere kryogene Temperaturen, Druckbelastungen sowie die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe erfordern angepasste Konstruktions- und Prozesskonzepte.

Im Forschungsprojekt HYTANK entwickelte das Fraunhofer IFAM Prozesse zur Herstellung von CFK-Flüssigwasserstofftanks für emissionsfreies Fliegen. Ein Schwerpunkt lag auf der Oberflächenvorbehandlung von CFK-Strukturen, um eine zuverlässige Haftung von Barrierebeschichtungen sicherzustellen. Diese Beschichtungen verbessern die Dichtheit des Tanks und stabilisieren das Vakuum zwischen Innen- und Außenhülle.

Untersucht wurden verschiedene Vorbehandlungsverfahren wie Vakuumsaugstrahlen, Atmosphärendruck-Plasma, VUV(Vakuum-Ultra-Violett)-Bestrahlung und Laserbehandlung. Drei Verfahren erwiesen sich als grundsätzlich geeignet, wobei die optimale Lösung von Faktoren wie Bauteilgeometrie, Material und eingesetzten Trennmitteln abhängt. Besonders vielversprechend sind trockene und schonende Verfahren wie Plasma-, VUV- und Laserbehandlungen, da sie die Oberflächenaktivität und Haftung verbessern, ohne das Material zu schädigen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenvorbehandlung entscheidend für die langfristige Funktion von Beschichtungen auf CFK-Großstrukturen ist.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts war die Entwicklung von Barrierebeschichtungen für kryogene Wasserstofftanks aus Leichtbaumaterialien. Ziel war es, die Gasdurchlässigkeit polymerbasierter Tanks zu reduzieren, um Wasserstoffverluste zu minimieren und gleichzeitig das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit zu verhindern. Dadurch sollen sowohl die Betriebssicherheit als auch die Stabilität des wärmeisolierenden Vakuums verbessert werden.

Die Beschichtungen basieren auf polymeren Bindemitteln mit speziellen Barrierepigmenten, die den Diffusionsweg für Gasmoleküle verlängern und so die Permeation verringern. Ein Vorteil dieser Systeme ist ihre Anwendbarkeit mit etablierten Lackierverfahren, auch auf komplexen Bauteilgeometrien.

Das Fraunhofer IFAM untersuchte insbesondere die Übertragbarkeit auf reale Tankstrukturen sowie die Beständigkeit unter kryogenen Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass Barrierebeschichtungen das Potenzial besitzen, den Einsatz leichter Werkstoffe in Wasserstofftanks zu fördern und damit Gewicht und Energieverbrauch zu reduzieren. Dies eröffnet Perspektiven nicht nur für die Luftfahrt, sondern auch für weitere Anwendungen in der Wasserstoffmobilität und -infrastruktur.

Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung automatisierter Prozesse für die Bearbeitung, Montage und Verklebung großvolumiger CFK-Wasserstofftanks. Dazu entwickelte das Fraunhofer IFAM Technologien zur mechanischen Bearbeitung, präzisen Positionierung der Bauteile und zur automatisierten Klebstoffapplikation. Die Verfahren wurden erfolgreich an großformatigen Tankkomponenten im Maßstab 1:1 erprobt.

Für die Montage des rund 6 m langen Doppelwandtanks wurde ein modulares und skalierbares System auf Linearachsen entwickelt, das eine präzise Handhabung der empfindlichen CFK-Strukturen ermöglicht. Eine Validierungsplattform erlaubte zudem die Untersuchung wichtiger Einflussgrößen wie Klebstoffverhalten, Spaltmaße und Bauteiltoleranzen.

Für die automatisierte Verklebung entstand ein spezieller robotergeführter Applikator, der auch auf gekrümmten Oberflächen einen gleichmäßigen Klebstoffauftrag sicherstellt. Die Ergebnisse zeigen, dass automatisierte Bearbeitungs-, Positionier- und Klebprozesse für große CFK-Wasserstofftanks grundsätzlich umsetzbar sind. Für die industrielle Anwendung müssen jedoch insbesondere das Toleranzmanagement, die Spalteinstellung und die Prozesssicherheit bei der Klebstoffapplikation weiter optimiert werden.

ILA 2026 in Berlin: Halle C, Stand 280