ISBN 978-3-8439-0775-0

978-3-8439-0775-0, Reihe Raumfahrt

Stefan Belz
Untersuchungen zur synergetischen Einbindung von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen in Lebenserhaltungssysteme

163 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Realisierung erdferner bemannter Explorationsmissionen in den kommenden Jahrzehnten hängt maßgeblich von der Entwicklung tragfähiger und effizienter Technologien und Konzepte auf dem Gebiet der Lebenserhaltungs-, Energie- und Antriebssysteme ab. Die synergetische Vernetzung von Systemkomponenten eröffnet eine geschickte Variante, klassische und neue Technologien miteinander effizient zu nutzen. Die synergetische Einbindung einer Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEFC) ermöglicht die Vernetzung von Lebenserhaltungssystem (LSS) und Energiesystem über die Infrastruktur für Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser. Die Umsetzung erfolgt durch den Betrieb der PEFC mit verschiedenen Kathodengasen. Das heißt, man verwendet (Kabinen-)Luft, die mit Sauerstoff aus physikochemischen oder biologischen Prozessen angereichert wird. Dies erweist sich sowohl technisch als auch aus der Systembetrachtung als vorteilhaft gegenüber dem Betrieb mit reinem Sauerstoff. Unter dem Aspekt der Sicherheitssteigerung werden ungleiche Redundanzen im LSS geschaffen. Zukünftige Lebenserhaltungssysteme werden voraussichtlich auch biologische Komponenten enthalten, um Kohlendioxid in essbare Biomasse und Sauerstoff zu regenerieren. Die Kultivierung von Mikroalgen wie die Spezies Chlorella vulgaris in einem Photobioreaktor (PBR) gilt hierfür als sehr aussichtsreich. Aufbauend auf den numerischen und experimentellen Ergebnissen zur Machbarkeit der synergetischen Einbindung der PEFC wurde ein Konzept für ein Weltraumexperiment im Columbus-Modul auf der Internationalen Raumstation erarbeitet.