Emissionsfrei fliegen 09.12.2022, 09:52 Uhr

Airbus entwickelt Flugzeug mit wasserstoffbetriebenem Brennstoffzellen-Triebwerk

Wasserstoff gilt als Lösung für künftige Luftfahrt ohne Emissionen. Airbus entwickelt gerade eine Technologie auf Basis von Brennstoffzellen, mit denen Flugzeuge in Zukunft angetrieben werden könnten.

Airbus mit Brennstoffzellen-Turbinen

Mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen-Triebwerke können ein Weg zum emissionsfreien Fliegen darstellen.

Foto: AIRBUS S.A.S

Auf dem Weg zum emissionsfreien Fliegen entwickelt Airbus ein mit Wasserstoff betriebenes Brennstoffzellen-Triebwerk. Das Antriebssystem gilt als eine mögliche Lösung für emissionsfreie Flugzeuge, die bis 2035 in Betrieb genommen werden sollen. Derzeit wird ein A380 Flugversuchsflugzeug für die Mitnahme von Flüssigwasserstofftanks und den dazugehörigen Verteilungssystemen umgerüstet.

So funktioniert das mit den Brennstoffzellen

Die Technik und Funktionsweise von Brennstoffzellen ist bereits seit 1838 bekannt. Größere Anwendung fanden die Zellen jedoch erst im Raumfahrtprogramm der NASA ab den 1960er-Jahren. Die NASA stattete ihre Raumkapseln mit Brennstoffzellen aus, um die Energieversorgung zu gewährleisten. Die Zellen erzeugen Strom sehr effizient durch eine elektrochemische Reaktion und nicht durch Verbrennung. Im Unterschied zu Batterien benötigen Brennstoffzellen eine kontinuierliche Quelle von Brennstoff und Sauerstoff.

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Für mobile Anwendungen ist die sogenannte Proton Exchange Membrane (PEM) die vielversprechendste Technologie. Bei diesem Brennstoffzellentyp wird Wasserstoff als „Brennstoff“ verwendet. Als Nebenprodukte entstehen zusätzlich zum Strom lediglich Wasser und Wärme. Die Technik ist somit absolut umweltfreundlich, das macht sie für die Verwendung in Flugzeugen so attraktiv. Zudem entstehen bei der Verbrennung keine Stickstoffoxide (NOx). Wahrscheinlich müssen wir auch auf die Kondensstreifen am Himmel verzichten.

Eine einzelne Brennstoffzelle ist nur wenige Millimeter dick und etwa so groß wie ein Briefumschlag. Um eine Leistung zu erreichen, mit der ein Flugzeug angetrieben werden kann, müssen hunderte von Zellen gestapelt und in Reihe geschaltet werden. Anschließend werden mehrere solcher Stacks zu Brennstoffzellenkanälen zusammengefasst. So lassen sich letztlich Leistungen im Megawattbereich erreichen – und die braucht es, damit ein Elektroflugzeug in die Lüfte abhebt und dort über eine längere Strecke bleiben kann.

Brennstoffzellentechnik im Flugzeug

Airbus möchte in den nächsten Jahren herausfinden, wie sich die Brennstoffzellentechnik am besten in Flugzeugen nutzen lässt. Zunächst braucht es ein elektrisch angetriebenes Flugzeug, dazu ist eine ausreichende Brennstoffzellenkapazität bei einem akzeptablen Gewicht notwendig. Angepeilt wird eine Reichweite von etwa 1.800 Kilometern bzw. 1.000 Seemeilen.

„Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung und Erprobung dieser Technologie, um herauszufinden, ob sie für die Inbetriebnahme eines emissionsfreien Flugzeugs im Jahr 2035 realisierbar und tragfähig ist“, sagt Glenn Llewellyn, VP Zero-Emission Aircraft bei Airbus. „In großem Maßstab und bei Erreichen der technologischen Ziele könnten Brennstoffzellenantriebe einhundert Passagierflugzeuge mit einer Reichweite von etwa 1.000 Seemeilen antreiben. Indem wir weiter in diese Technologie investieren, verschaffen wir uns zusätzliche Optionen, die uns bei unseren Entscheidungen über die Architektur unseres künftigen ZEROe-Flugzeugs helfen werden, dessen Entwicklung wir im Zeitraum 2027-2028 in Angriff nehmen wollen.“

Bereits seit einiger Zeit erforscht Airbus die Möglichkeit von Brennstoffzellenantrieben für Flugzeuge. So gründete das Luftfahrtunternehmen im Oktober 2020 Aerostack, ein Joint Venture mit ElringKlinger, einem Unternehmen mit 20 Jahren Erfahrung als Lieferant von Brennstoffzellensystemen und -komponente. Im Dezember 2020 stellte Airbus sein Pod-Konzept vor. Es umfasst sechs abnehmbare Brennstoffzellen-Propeller-Antriebssysteme.

Brennstoffzellen-Triebwerk

So könnte die erste Wasserstoff-Betankungsanlage auf dem Flughafen Toulouse aussehen.

Foto: Airbus

Wasserstoff als Lösung für emissionsfreies Fliegen?

Wie in vielen anderen Bereichen gilt Wasserstoff auch in der Luftfahrt als Lösung für die Zukunft, um die Klimaziele zu erreichen. Hierbei gibt es zwei Möglichkeiten, Wasserstoff als Antrieb von Flugzeugen zu nutzen. Die Möglichkeit mit den Brennstoffzellen haben wir bereits vorgestellt, es ist zudem möglich, den Wasserstoff in einer Gasturbine zu verbrennen. Eine Wasserstoffgasturbine kann auch mit Brennstoffzellen anstelle von Batterien in einer Hybrid-Elektro-Architektur gekoppelt werden.

Welche der beiden Techniken letztlich durchsetzt, ist noch nicht abschließend erforscht. Vielleicht kommen irgendwann auch beide zum Einsatz. So oder so braucht es eine Wasserstoff-Infrastruktur. Statt Kerosin müssen zukünftige Flugzeuge Wasserstoff am Flughafen tanken können. Hier baut Airbus in einem Join Venture mit der ArianeGroup bis 2025 die erste Flüssigwasserstoff-Betankungsanlage für ZEROe-Flugzeuge am Flughafen Toulouse.

„Viele der Technologien, die für ein emissionsfreies Flugzeug benötigt werden, sind in anderen Industrien bereits vorhanden, und der Umgang mit flüssigem Wasserstoff ist keine Ausnahme“, sagte Sabine Klauke, Chief Technical Officer von Airbus. „Die Vorbereitung auf die Indienststellung eines emissionsfreien Flugzeugs im Jahr 2035 bedeutet, dass wir alle erforderlichen Technologien parallel ausbauen müssen. Durch die Partnerschaft mit der ArianeGroup werden wir unser bekanntes Wasserstoff-Know-how und andere relevante Raumfahrttechnologien nutzen, um dieses Ziel zu erreichen.“

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

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