Brandstofcel motorconversie op vliegtuigen

De huidige situatie i.v.m. fossiele brandstoffen is niet optimaal en zal naar de toekomst toe niet verbeteren, in tegendeel. Een ware brandstofcrisis lijkt op handen te zijn in de nabije toekomst en, als men de berichtgevingen op dit vlak mag geloven, zal een alternatief hiervoor noodzakelijk zijn. Momenteel spitst het onderzoek hiervoor zich voornamelijk toe op de automobiel sector, maar uiteraard zal de luchtvaartsector niet gespaard blijven en moet er hiervoor een oplossing gevonden worden. Daarbij wordt vooral uitgegaan van nieuwe ontwerpen, wat als gevolg heeft dat oldtimer vliegtuigen zouden verdwijnen. Dit zou een jammere zaak zijn en tijdens dit onderzoek werd gezocht naar een oplossing hiervoor, waarbij het originele karakter van een oldtimer toestel (in dit geval de ERCO Ercoupe) behouden zou worden.

Tijdens het onderzoek werden verschillende alternatieve energiebronnen en verschillende aandrijfmethoden bekeken. Deze werden vergeleken en de voor- en nadelen die er mee gepaard gaan werden afgewogen. Hierbij werd dus rekening gehouden met de massa en volume van de onderdelen, dit om te kijken of deze wel in het vliegtuig zouden passen, zonder limieten te overschrijden.

Omdat al vrij snel duidelijk werd welke technieken absoluut onmogelijk zijn, werden deze slechts enkel kort besproken en duidelijk gemaakt waarom deze niet bruikbaar zijn, terwijl op de mogelijks wel bruikbare methoden veel dieper ingegaan werd en de verschillende gelijkaardige types, technieken en modellen erbij gehaald werden. Zo werd al vrij snel duidelijk dat er gebruik gemaakt zou worden van elektromotoren en werden verschillende elektromotoren bekeken aan de hand van belangrijke criteria zoals betrouwbaarheid, vermogens en massa. Ook de brandstofcellen werden aan gelijkaardige criteria onderworpen.

Uiteindelijk bleken veel van deze verder onderzochte mogelijkheden ook niet geschikt voor gebruik in de luchtvaart en meer specifiek voor de Ercoupe. De optie die voor dit onderzoek als beste oplossing naar boven kwam was waterstofgas dat opgeslagen wordt onder een druk van 350 bar en via een brandstofcel omgezet wordt in elektriciteit dat een hybride synchrone elektromotor van de nodige energie voorziet. De brandstofcel die het best geschikt bleek te zijn en dus toegepast werd in de verdere berekeningen is de Proton Exchange Membrane (PEM) brandstofcel.

Het waterstof dat gebruikt wordt in het vliegtuig zal logischerwijze ook aangemaakt moeten worden. Wegens het feit dat er qua massa slechts een kleine marge is om nieuw materiaal in het vliegtuig te brengen, ter vervanging van de oude installatie, zal het waterstof niet in het vliegtuig aangemaakt worden, maar zal er een installatie op de thuisbasis van het vliegtuig geïnstalleerd worden. Hier zal men het waterstof via elektrolyse uit het water halen. Hier werden opnieuw verschillende methoden onderzocht die niet allen even milieuvriendelijk en efficiënt bleken te zijn, en waarvan elektrolyse met een Proton Exchange Membrane (PEMEC) het best voor deze toepassing gebruikt kan worden. Dit zal dan via een tanksysteem in de vliegtuigtank gebracht worden.

Een van de belangrijkste punten dat onderzocht werd is uiteindelijk de weight and balance. Hierbij werd rekening gehouden met de onderdelen die verwijderd werden en alle nieuwe onderdelen die geïntroduceerd werden. Om dit in orde te krijgen werd de tank achterin het toestel geplaatst en de brandstofcel vooraan bij de motor. Het uiteindelijke resultaat is een milieuvriendelijk, uitgebalanceerd vliegtuig, dat een hoge ombouwkost heeft, maar een lage onderhoud- en gebruikskost.