Wasserstoffantrieb – rückt emissionsfreies Fliegen in greifbare Nähe?

Die Zukunft der Luftfahrt ist unsicherer als jemals zuvor, klar ist jedoch, dass sich vieles ändern muss! Heute dreht sich unser Beitrag allerdings nicht um corona-bedingte Maßnahmen, sondern um ein andere Themen, die uns noch viel beschäftigen werden: der Klimawandel und emissionsfreies Fliegen durch Wasserstoffantrieb.

Ist Wasserstoffantrieb die Lösung?

Die Ansprüche sind hoch: Sauber fliegen, möglichst ohne jegliche Emissionen. Das sorgt für Kopfzerbrechen. Doch nicht umsonst gilt die Luftfahrtbranche als besonders innovativ! Airbus stellt sich dem anspruchsvollen Ziel und hat sich die „Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie“ fest vorgenommen. Das Unternehmen möchte als erster Hersteller eine emissionsfreie Maschine in Betrieb nehmen.

Geforscht wird intensiv an drei Konzepten für emissionsfreies Fliegen, alle mit Wasserstoffantrieb, keines davon batteriebetrieben. Vorgestellt wurden die drei Modelle bereits im September diesen Jahres:

Dies ist ein historischer Moment für den gesamten kommerziellen Luftfahrtsektor, und wir beabsichtigen, eine führende Rolle beim wichtigsten Übergang zu spielen, den diese Branche je erlebt hat. Die Konzepte, die wir heute vorstellen, geben der Welt einen Einblick in unser Bestreben, eine mutige Vision für die Zukunft des emissionsfreien Fliegens voranzutreiben.

Guillaume Faury – Airbus CEO

Airbus betont, dass es sich bei Wasserstoff um einen sauberen Treibstoff handele, der „außerordentlich vielversprechend und wahrscheinlich eine Lösung für die Luft- und Raumfahrt und viele andere Industriezweige“ sei.

Ich bin fest davon überzeugt, dass der Einsatz von Wasserstoff – sowohl in synthetischen Kraftstoffen als auch als primäre Energiequelle für Verkehrsflugzeuge – das Potenzial hat, die Klimaauswirkungen des Luftverkehrs erheblich zu reduzieren.

Guillaume Faury – CEO Airbus

Laut eigenen Angaben könnte grundsätzlich jedes der drei Modelle bis 2035 in Betrieb genommen werden. Was sich nach einer langen Zeitspanne anhört, geht angesichts der langen Entwicklungszyklen und Testphasen der Flugzeugentwicklung wie im Flug vorbei.

Drei Konzepte – eine Gemeinsamkeit

Rein äußerlich sehr unterschiedlich gebaut, setzen die Konzepte auf verschiedene Technologien und aerodynamische Konfigurationen. Sie alle haben jedoch Wasserstoff als primäre Energiequelle gemein und tragen den Codenamen ZEROe. Eine vielversprechende Bezeichnung für das möglicherweise erste klimaneutrale und emissionsfreie Verkehrsflugzeug.

Abzuwarten bleibt, welches dieser Konzepte sich letzten Endes durchsetzen und möglicherweise konventionelle Modelle ersetzen wird. Um eine Inbetriebnahme bis 2035 möglich zu machen, müsste das gewählte Programm jedoch spätestens 2028 gestartet werden.

ZEROe-Konzept Nummer 1 – Turbofan-Konstruktion

Dieses Exemplar sieht eher konventionell aus. Der Verkehrsflieger wird für eine Reichweite von 3.700 Kilometern entwickelt und soll transkontinental betrieben werden können.

Passagierzahl	120 bis 200 Passagier
Reichweite	3.700 Kilometer
Antrieb	Zwei modifizierte, mit Wasserstoff befeuerte Turbofans. Tanks für flüssigen Wasserstoff hinter dem hinteren Druckschott.

ZEROe-Konzept Nummer 2 – Turboprop-Konstruktion

Ebenfalls ein Modell, dass an konventionelle Flugzeuge erinnert, jedoch kleiner ausfällt als die Turbofan-Variante und für Kurzstrecken eingesetzt werden soll.

Passagierzahl	Bis zu 100 Passagiere
Reichweite	Knapp 2.000 Kilometer
Antrieb	Durch Wasserstoffverbrennung angetriebene Turbopropmotoren

ZEROe-Konzept Nummer 3 – Blended-Wing-Body

Bei dieser besonders futuristischen Flugzeugform, bekannt unter dem Namen „Maveric“ , verschmelzen die Tragflächen mit dem Hauptkörper des Flugzeugs (wie bei der Flying-V von KLM).

Passagierzahl	Bis zu 200 Passagiere
Reichweite	Rund 3.700 Kilometer
Antrieb	Zwei modifizierte, mit Wasserstoff befeuerte Turbofans. Tanks für flüssigen Wasserstoff hinter dem hinteren Druckschott.

Emissionsfrei fliegen bis 2035? – Wie realistisch ist das?

Die drei neuen Konzepte von Airbus werden voraussichtlich einen Meilenstein auf dem Weg der Luftfahrtindustrie hin zu ersten klimaneutralen, emissionsfreien Verkehrsflugzeugen darstellen. Allerdings hängt die Einhaltung des straffen Zeitplans nicht nur von Airbus ab.

Der Übergang zu Wasserstoff als primäre Energiequelle für diese Konzeptflugzeuge erfordert ein entschlossenes Handeln des gesamten Luftfahrtökosystems.

Guillaume Faury – CEO Airbus

Unterstützung und Wegbereitung durch Regierungen und Industriepartner sind erfolgsentscheidende Faktoren. Doch können wir es uns wirklich erlauben, die Zukunft sauberer Technologien weiter hinauszuzögern? Ein klares Nein! Dennoch bleibt die Frage, inwieweit die geplante Umsetzung überhaupt machbar ist.

• Politik – die neue Technologie bedarf komplett neuer Regularien und entsprechend hoher Fördergelder, um die Forschung schneller vorantreiben zu können.
• Flughäfen – die Infrastrukturen von Flughäfen müssen auf eine umfangreiche Wasserstofftransport- und Betankungsinfrastruktur vorbereitet sein. Keine kleine Aufgabe …
• Zulieferer – es muss eng mit Turbinenherstellern zusammengearbeitet werden. Auf Zuliefererseite ist man jedoch weniger optimistisch als bei Airbus selbst.

Vor allem die Turbinenbauer tragen gerade beim Nurflügler-Design die Hauptlast der technologischen Entwicklung eines nicht alltäglichen Flugzeugtyps. Bereits ohne diese zusätzliche Herausforderung ist es nicht selbstverständlich, dass die bisherigen, kerosinschluckenden Triebwerke in kurzer Zeit derart umgewandelt werden können, dass sie stattdessen Wasserstoff verbrauchen.

Noch zu Beginn des Jahres hatte der führende Turbinenbauer MTU geschätzt, dass mit revolutionären Konzepten beim Fliegen nicht vor 2040 zu rechnen sei. Als Grund wurde unter anderem die bisher noch sehr teure Herstellung von Biosprit genannt.

Wasserstoffspeicherung bei den ZEROes

Eine der größten Herausforderungen des Wasserstoffantriebs ist die Speicherung des Wasserstoffs, der anders als Kerosin nicht in Flügeltanks gespeichert werden kann.

Wasserstoff weist in flüssigem Zustand ein viermal größeres Volumen auf als Kerosin. Daher ist eine starke Kompression notwendig, um mit Wasserstofftechnologie eine akzeptable Flugstrecke zurücklegen zu können. Diese Kompression kann mit kugelförmigen oder zylindrischen Tanks erreicht werden. Darüber hinaus ist eine Kühlung auf minus 253 Grad Celsius zwingend erforderlich, um den flüssigen Aggregatzustand zu erhalten.

Um das Speicherproblem zu lösen und ausreichend Platz für Passagiere zu ermöglichen, plant Airbus, alle Treibstofftanks bei den beiden „konventionellen“ Entwürfen in den hinteren Rumpfteil zu verlagern. Bei genauerem Hinsehen erkennt man, dass im hinteren Teil des Flugzeugrumpfes keine Fenster vorgesehen sind. Im Gegensatz zum herkömmlichen Design bietet das Blended-Wing-Body-Konzept deutlich mehr Spielraum für die Wasserstoffspeicherung und -verteilung.

Wie umweltfreundlich ist das Fliegen mit Wasserstoffantrieb wirklich?

Wasserstoff gilt als wichtiger Baustein einer klimafreundlichen Energieversorgung, da bei seiner Nutzung keine Treibhausgase entstehen, jedoch wird für die Herstellung sehr viel Energie benötigt.

Entscheidend für die Ökobilanz des Wasserstoffs ist nicht zuletzt, woher der Strom stammt, der wiederum für die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff genutzt wird. Nur wenn dieser ohne oder nur mit minimalen Treibhausgas-Emissionen produziert wurde, schlägt die Ökobilanz wirklich ins Positive aus. Sollten bei der Herstellung des Wasserstoffs allerdings bereits diejenigen Schadstoffe anfallen, die in der Luft eingespart werden könnten, so wäre alles eher Augenwischerei …

Wasserstoffantrieb – wie funktioniert das?

Wasserstoff als primäre Energiequelle ist ein Hoffnungsträger für viele Industriezweige, um klimaneutrale Zielvorgaben erreichen zu können. Wie diese zukunftsweisende Technologie funktioniert, könnt ihr bald auf WingMag lesen.

von Jennifer Weitbrecht