Eine Herausforderung beim Einsatz von Wasserstoff als emissionsfreiem Energieträger besteht in der sicheren und effizienten Speicherung. CFK-Druckbehälter (Druckgasbehältertyp IV) sind aufgrund ihres hervorragenden Leistungs- und Gewichtsverhältnisses attraktiv für die Luftfahrtindustrie mit einer Gewichtsersparnis von 72% im Vergleich zu metallischen Tanks. Allerdings werden bei der aktuellen Herstellung mittels Wickelverfahren bis zu 10 kg Kohlenstofffasern pro 1 kg gespeichertem Wasserstoff benötigt. Damit machen die Kohlenstofffasern mehr als 50% der Gesamtkosten eines solchen Speichersystems aus.

Beim Wickeln als Fertigungsverfahren für CFK-Tanks ist die sichere Materialablage primär durch die geodätische Bahnplanung möglich. Dabei wird beim Wickeln zwischen drei Wickellagenformen unterschieden: die Umfangslagen (Hoop), die nur im zylindrischen Teil abgelegt werden, sowie die niederwinklige und hochwinkligen Helixlagen, die im zylindrischen Bereich und Domkappenbereich abgelegt werden. Um die Domkappen verstärken zu können, werden vor allem hochwinklige Helixlagen benötigt, da nur diese den Dombereich ausrechend bedecken können. Im zylindrischen Bereich entsteht durch die Verwendung dieser Lagen ein unnötiger Materialeinsatz, da der zylindrische Bereich durch die Umfangslagen bereits ausreichend verstärkt wird. Die Strukturbereiche im Dombereich und dem Zylinderübergang können so nicht materialeffizient verstärkt werden und der unnötige Materialeinsatz führt zu höheren Gesamtkosten und Produktionszeiten. Mit lokalen Verstärkungen im Dombereich können solche hochwinkligen Helixlagen ersetzt werden und die Materialeffizienz erhöht werden.

Die Forschungsgruppe THA_comp arbeitet im Projekt „MatWaTa“ zusammen mit dem Lehrstuhl für Carbon Composites der TUM. Die Kompetenzen der Forscher:innen aus Augsburg im Bereich Simulation und Optimierung ergänzen sich hervorragend mit dem technologischen Know-How in der Fertigung von Hochdruckwasserstofftanks aus Kohlenstoffmaterial, das an der TUM vorhanden ist. Neben dem laufenden Projekt MAI ACoSaLUS ist dies bereits das zweite Verbundprojekt mit der TU München.

Mit „MatWaTa“ werden die Kompetenzen der Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik der THA im Bereich von Wasserstofftechnologien weiter gestärkt. Auch Prof. Dr.-Ing. André Baeten und sein Team setzen im Projekt K-Axflux-H2 auf Wasserstoff – in ihrem Fall bei der Wasserstoffkühlung eines Axialfluss- bzw. Elektromotors für den Einsatz in Air-Mobility-Anwendungen.

Ende 2022 wurde das luftfahrttechnische Forschungsprojekt „MatWaTa" vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) bewilligt und wird durch das bayerische Luftfahrtforschungsprogramm Holistische Air Mobility Initiative Bayern gefördert.