Der Weg bis zum Wasserstoff-Flugzeug ist noch weit

Gastautor Portrait

Prof. Dr. Tobias Grosche

Professor für Luftverkehrsmanagement, Hochschule Worms

Tobias Grosche ist Professor für Luftverkehrsmanagement an der Hochschule Worms. In seiner Lehr- und Forschungstätigkeit beschäftigt er sich mit Fragestellungen aus der Netz- und Flugplanung von Fluggesellschaften, dem Wettbewerb innerhalb des Luftverkehres und mit anderen Verkehrsträgern sowie mit den Herausforderungen für eine zukünftige nachhaltige Luftverkehrsindustrie.

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31. Januar 2022
ZEROe concept aircraft - Patrol Flight © Airbus SAS 2017 – All rights reserved.

CO2-neutraler Luftverkehr im Jahr 2050 – dies ist das Ziel der International Air Transport Association (IATA), dem Dachverband von über 290 Fluggesellschaften. Aufgrund der hohen Kosten sind Fluggesellschaften zwar seit jeher bestrebt, ihren Treibstoffverbrauch und damit auch die direkt davon abhängigen CO2-Emissionen zu reduzieren. Aber während beispielsweise in Europa über einen Zeitraum von 12 Jahren der Treibstoffverbrauch pro Passagierkilometer um 24% reduziert werden konnte, ist der CO2-Ausstoß durch Flugreisen insgesamt trotzdem um 16% gestiegen. Die durch technische und operative Verbesserungen erzielten Effizienzgewinne werden regelmäßig durch das starke Wachstum des Luftverkehrs, mit der damit einhergehenden gestiegenen Anzahl an Flügen und zurückgelegten Distanzen, mehr als aufgezehrt. Damit ist auch klar, dass das o. g. Ziel der IATA nur mit neuen, „revolutionären“ Ansätzen zu erreichen ist.

Direkte Verbrennung oder Gewinnung elektrische Energie

Ein solcher Ansatz ist die Verwendung von Wasserstoff als Flugtreibstoff. Zwei Einsatzszenarien sind dabei möglich: Zum einen kann Wasserstoff anstelle von herkömmlichem Kerosin in einem Düsentriebwerk direkt verbrannt werden. Auch wenn Triebwerke an Wasserstoff angepasst werden müssen, unterscheidet sich die Funktionsweise des Antriebs nicht grundsätzlich. Die andere Möglichkeit ist, mithilfe einer Brennstoffzelle aus Wasserstoff elektrische Energie zu gewinnen und damit Elektromotoren mit Propellern anzutreiben. In beiden Fällen wird durch den Verzicht auf kohlenstoffbasierten Treibstoff kein CO2 sondern nur noch Wasser als Emissionen erzeugt.

Herausforderung für die Luftfahrt

Grundsätzlich ist die ausreichende Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Preisen eines der größten derzeit noch ungelösten Probleme [...]

Prof. Dr. Tobias Grosche

Grundsätzlich ist die ausreichende Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff zu wettbewerbsfähigen Preisen eines der größten derzeit noch ungelösten Probleme für den Einsatz von Wasserstoff. Vor diesem steht allerdings nicht nur die Luftfahrtindustrie. Die für sie besondere Herausforderung ist allerdings die Mitnahme des Wasserstoffs als Treibstoff in den Flugzeugen.

Bisher wird flüssiges Kerosin in den Tragflächen oder in einem Tank unterhalb der Passagierkabine der Flugzeuge mitgeführt. Dies ist mit Wasserstoff aufgrund seiner deutlich geringeren Energiedichte so nicht möglich, denn um diesen überhaupt in ausreichenden Mengen speichern zu können, muss dieser unter hohem Druck oder auf unter -250° Celsius gekühlt in flüssiger Form gespeichert werden. Die Tanksysteme müssen dafür entsprechend ausgelegt und die Treibstofftanks druckfest (zylindrisch) konstruiert und ausreichend groß dimensioniert sein. Der notwendige Platz dafür steht i. d. R. aber nur im Flugzeugrumpf zur Verfügung – entsprechend weniger Raum bleibt somit für Passagiere und Fracht. Bei geringeren Mengen wäre eine andere Idee, Zusatzbehälter unterhalb der Tragflächen zu verwenden.

Aussichten für die Nutzung von Wasserstoff

Im Vergleich zu einem traditionell angetriebenen Flugzeug wird ein Wasserstoff-Flugzeug in jedem Fall nicht nur eine geringere Kapazität sondern auch eine geringere Reichweite besitzen. Weiterhin bedarf es grundsätzlich anderer Infrastruktur und Logistik an den Flughäfen, um Flugzeuge mit Wasserstoff betanken zu können. Nichtsdestotrotz ist das Potenzial von wasserstoffgetriebenen Antrieben für ein nachhaltigeres Fliegen so groß, dass in der Branche derzeit eine Vielzahl von verschiedenen Studien und Versuche zur Eignung von Wasserstoff als Treibstoff stattfinden und sich verschiedene Erprobungsträgern in Entwicklung befinden. Und auch Airbus hat als einer der beiden größten Flugzeughersteller angekündigt, bis 2035 das erste kommerzielle emissionsfreie Passagierflugzeug mit einer Reichweite von über 3.500 km und über 100 Sitzen zu entwickeln. Ob es dazu tatsächlich kommt bzw. der Zeitplan zu halten ist, ist angesichts der dafür zu lösenden Probleme durchaus sehr fraglich, denn nicht nur der wasserstoffbasierte Antrieb und das Tanksystem, sondern auch das Flugzeug selbst soll Gegenstand der Entwicklung sein. Vor diesem Hintergrund erscheint die Idee, bereits existierende kleinere Flugzeugmodelle auf Wasserstoffantrieb umzurüsten, zwar deutlich bescheidener, aber dafür auch realistischer und früher machbar. Das Unternehmen ZeroAvia möchte beispielsweise genau dies bereits in den kommenden Jahren schaffen und plant dabei zunächst nur mit Reichweiten von unter 1000 km bei 10-20 Sitzen – konnte dafür allerdings Fluggesellschaften wie United Airlines und Alaska Airlines fest als Investoren gewinnen.

Wasserstoff spielt vorerst nur eine kleine Rolle

Der Weg bis zu einem nachhaltigen, sinnvollen und weiten Einsatz von Wasserstoff im Flugbetrieb ist also noch sehr lang, und die zu lösenden technischen, operativen und damit auch ökonomischen Herausforderungen außerordentlich hoch. Und selbst wenn die Ankündigung von Airbus und anderen Unternehmen tatsächlich so Realität würde, dauerte es danach noch Jahrzehnte, bis die neuen mit Wasserstoff angetriebenen Flugzeuge die sich dann noch im Einsatz befindlichen Flugzeuge abgelöst haben. Und der Anteil an Kurzstrecken – dem realistischsten und frühesten Einsatzszenario für wasserstoffangetriebene Flugzeuge– am globalen Luftverkehr ist einfach viel zu gering, um eine deutliche Reduktion des Klimaeffekt des Luftverkehrs zu erreichen.

Die Luftfahrt setzt auf nachhaltige Flugtreibstoffe

Und so ist es nicht verwunderlich, dass die IATA vor allem auf andere Maßnahmen als Wasserstoffantriebe setzt, um das Ziel eines CO2-neutralen Luftverkehr im Jahr 2050 erreichen zu können. Neben Kompensationsmaßnahmen („CO2-Offsetting“) liegen die Hoffnungen der Industrie vor allem auf nachhaltig produziertem Flugtreibstoff (Sustainable Aviation Fuel – SAF), für dessen Verwendung keine Änderungen an der Infrastruktur, der Antriebstechnik und des Flugzeugdesigns erforderlich sind. V. a. können damit auch Langstreckenflüge bedient und auch bereits im Einsatz befindliche Flugzeuge (mit Einschränkungen) betankt werden – die Entwicklung und das Warten auf eine neue Flugzeuggeneration ist somit keine Voraussetzung, und CO2-Einsparungen können früher und flächendeckender erreicht werden.

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    Rudolf Zölde

    vor 8 Monaten

    Erneuerbare Energie mit Impulstechnologien.
    Photovoltaikanlagen aufgerüstet mit Leistungsoptimiergeräten die mit bis zu 80% bei einer geringen Investition einen Leistungs- und finanziellen Gewinn bewirken. Nur mit dem baldigen Einsatz der innovativen Technologie wird die Ampel die Energiewende erreichen.
    Rudolf Zölde
    Tel.: 34951768776
    www.rz-innovatec.com

    Rudolf Zölde

    vor 3 Monaten

    Die Energiewende mit Wasserstoff und die neue angewandte hocheffiziente Impuls-Leistungselektronik.
    Die Energiefrage ist eine der drängendsten Fragen der Zukunft.
    Rudolf Zölde
    Innovative Technologien - RZ-IT
    rzoelde@hotmail.com
    Info: www.rz-innovatec.com
    ISBN: 9783710349928

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