Icon up Overzicht

Duurzaam vliegen op vloeibare waterstof (Exaktueel)

Onderwerp: (Duurzame) energie

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Elektrische auto’s zijn een steeds beter alternatief voor auto’s met een verbrandingsmotor. Elektrisch vliegen staat echter nog in de kinderschoenen. Een groot probleem voor elektrisch vliegen is de energiedichtheid. Dit is de hoeveelheid energie per kilogram brandstof of per kilogram accu.

a) Leg uit dat de energiedichtheid een groot probleem voor elektrisch vliegen is.

Een studententeam van AeroDelft heeft in 2019 voor een nieuw vliegtuigje geen accu, maar waterstof als energiedrager getest. Met een brandstofcel kan dit omgezet worden in elektrische energie voor een elektromotor. Bij kamertemperatuur is waterstof gasvormig. Ook dat is lastig voor het gebruik in een vliegtuig.

b) Leg dat uit.

Een oplossing is om het waterstof bij veel lagere druk in vloeibare vorm mee te nemen. Daartoe moet deze echter wel gekoeld worden.

c) Zoek op tot welke temperatuur het waterstof dan minimaal gekoeld moet worden.

Om het waterstof op deze lage temperatuur te houden is veel isolatiemateriaal nodig. Volgens de ontwerpers wordt de laag om de tank 20 cm dik, maar zal de massa van de tank toch maar 4 kg zijn.

d) Leg uit of het gebruikte materiaal een hoge of een lage dichtheid heeft.

Om de waterstof om te zetten in elektriciteit wordt een brandstofcel gebruikt. Volgens de ontwerpers is deze brandstofcel groter dan nodig is om het toestel met een constante snelheid te laten vliegen, maar niet groot genoeg om het toestel op te laten stijgen.

e) Welke natuurkundige grootheid speelt bij de keuze van deze brandstofcel een grote rol?
1. Energie
2. Kracht
3. Tijd
4. Vermogen                                           

Om toch op te kunnen stijgen, wordt parallel aan de brandstofcel een kleine accu geschakeld. Zie figuur 1.


Figuur 1

f) Leg uit dat door het gebruik van deze schakeling het vliegtuig wel kan opstijgen en kan vliegen met de kleine brandstofcel.