Fliegen mit Wasserstoff: In Stuttgart wird der Traum wahr
In Stuttgart entwickelt ein Start-up Flugzeuge, die kryogenen Wasserstoff nutzen. Welches Potenzial hat die Technologie? Eine Reportage von Magnus Schwarz.
Die HY4 über den Wolken: Im September 2023 absolvierte das Flugzeug den weltweit ersten Flug mit Flüssigwasserstoff.
Foto: H2Fly
Draußen ballen sich dunkle Wolken am Himmel, drinnen durchflutet helles Neonlicht den Lieblingsort von Ralph Müller: die Werkstatt. Es riecht nach Metall, nach Öl, nach Arbeit. Müller nimmt einen kompakten Aluminiumzylinder von der Werkbank und reicht ihn freudestrahlend weiter.
„Etablierte Unternehmen, die im Automotive-Bereich Milliarden umsetzen, sagten uns, eine Komponente in dieser Gewichtsklasse sei physikalisch unmöglich“, berichtet der CEO von H2Fly. Er grinst. „Bei uns läuft sie jetzt.“
Es geht doch
Das Objekt wiegt keine 10 kg. Die Konkurrenz hatte 18 kg als Minimum angesetzt. Das wäre aber zu schwer für ein Flugzeug, das mit Wasserstoff fliegen soll. Müllers Team hat mit Universitäten kooperiert, Experten hinzugezogen, Prototypen entworfen und Tests durchgeführt. Wer das Stück jetzt in der Hand hält, versteht Müllers Grinsen: Es geht doch.
In der Werkstatt von H2Fly in Stuttgart-Untertürkheim liebt man es, Vorurteile zu widerlegen. Zu diesem Zweck wird hier täglich geschweißt, gefräst, geschraubt und gedreht. Nebenan, in einer Art Mini-Hangar, parkt die HY4 – jenes Flugzeug, mit dem das Unternehmen im Sommer 2023 den weltweit ersten Flug mit Flüssigwasserstoff absolviert hat. Heute ist die HY4 außer Betrieb, die Außenhülle wurde abmontiert. In diesem Zustand wirkt die drei Jahre alte Maschine wie ein Relikt aus der Vergangenheit. Doch technologisch gibt sie einen Ausblick auf die Zukunft: So könnte die Luftfahrt von morgen aussehen.
Foto: Maks Richter/H2FLY
Silicon-Valley-Spirit in Schwaben
Müller führt durch die Halle, bleibt an ausgewählten Stationen stehen, zeigt auf Dutzende Objekte und erklärt sie begeistert. Der Ingenieur vereint schwäbischen Tüftlergeist mit dem unternehmerischen Wagemut des Silicon Valley. Die Kombination passt zur Entwicklung des Unternehmens: H2Fly ist seit 2021 eine Tochter von Joby Aviation aus dem kalifornischen Santa Cruz, mit rund 9 Mrd. $ eines der wertvollsten Luftfahrtunternehmen der Welt. Joby ist auf elektrische Lufttaxis spezialisiert, die senkrecht starten und landen (sogenannte eVTOL).
Über den „internen Dienstleister“ aus Stuttgart, H2Fly, forscht Joby aber auch am Einsatz von Wasserstoff. Denn der Energieträger verspricht höhere, doch genauso emissionsfreie Reichweiten. Den Schwerpunkt legen die Unternehmen dabei auf Brennstoffzellensysteme, in denen der Wasserstoff nicht verbrannt, sondern elektrochemisch umgewandelt wird. Das ermöglicht laut dem Umweltbundesamt Wirkungsgrade von bis zu 60 %. Zudem produzieren Brennstoffzellen im Gegensatz zu Verbrennern keine Stickoxide.
Der Traum vom emissionsfreien Fliegen
Als zu Beginn des 20. Jahrhunderts die ersten Flugzeuge entwickelt wurden, waren Emissionen noch kein Thema. Die Menschheit hatte sich den Traum vom Fliegen erfüllt, wen kümmerten da die Abgase aus der Verbrennung von Benzin und später von Kerosin, zumal die Zahl der Flugzeuge lange verschwindend gering war? Mit dem Aufkommen des Massentourismus in den 1960er-Jahren änderte sich das allmählich. Heute ist die Luftfahrt für einen signifikanten Teil der weltweiten Gesamtemissionen verantwortlich: Die Internationale Energieagentur (IEA) geht für das Jahr 2023 von rund 2,5 % aus, etwa 950 Mio. t CO₂. Und die Klimawirkung ist aufgrund der Kondensstreifen noch größer.
2022 einigten sich alle 193 Mitgliedstaaten der UN-Luftfahrtorganisation ICAO auf das Ziel, die Emissionen der Luftfahrt bis 2050 auf Netto-Null zu reduzieren. Ab 2027 wird zudem das 2024 gestartete Kompensationssystem Corsia für praktisch alle großen Luftfahrtmärkte verbindlich: Airlines müssen dann Emissionen, die über 85 % des Niveaus von 2019 liegen, durch den Kauf von CO₂-Zertifikaten monetär ausgleichen.
Die Flugzeugbauer suchen daher nach Alternativen zum Brennstoff Kerosin. Neben Batterie und Sustainable Aviation Fuel (SAF) steht Wasserstoff weit oben auf der Liste möglicher Antriebsalternativen: Global Market Insights beziffert den weltweiten Markt für Wasserstoffflugzeuge auf derzeit knapp 400 Mio. $. Bis 2034 soll er auf 4,8 Mrd. $ wachsen.
Wasserstoff vs. Batterie vs. SAF
Aber was hat Wasserstoff der Batterie voraus? „Seine gravimetrische Energiedichte liegt deutlich über der von Batteriesystemen“, erläutert Ralph Müller. Mit anderen Worten: 1 kg Wasserstoff enthält mehr Energie als ein gleich schwerer Akku. Viel mehr. Zahlen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) bestätigen das: Demnach besitzt Wasserstoff ohne Berücksichtigung des Tanks sogar eine annähernd 180-mal höhere gravimetrische Energiedichte als heutige Lithium-Ionen-Batterien. Müller klopft zuversichtlich auf einen silbernen Tankbehälter: „Wasserstoffelektrische Antriebe sind deshalb die Schlüsseltechnologie für emissionsarme Luftfahrt mit praxistauglichen Reichweiten.“ Batteriebetriebene Flugzeuge schaffen aktuell höchstens 150 km Reichweite. Für längere Strecken bräuchte es größere Akkus, doch die machen das Flugzeug zu schwer.
Mit Wasserstoff lässt sich weiter fliegen, sofern er an Bord nicht gasförmig gespeichert wird. Denn hierfür ist eine Komprimierung auf 300 bar bis 700 bar notwendig, wie sie in Wasserstoff-Pkw stattfindet. Solche Drücke benötigen dickwandige – und damit erneut viel zu schwere – Tanks. Die Lösung für den physikalischen Teufelskreis aus Gewicht und Reichweite liefert die Kryogenik: Wird Wasserstoff bei frostigen –253 °C verflüssigt, ist er kompakter und lässt sich bei nahezu atmosphärischem Druck speichern. Die Herausforderung besteht dann darin, eine leistungsfähige Isolierung zu entwerfen. Doch das lasse sich meistern, betont Müller. Die Kombination aus Brennstoffzelle und Flüssigwasserstofftank ermögliche Reichweiten von über 1500 km.
Auch gegenüber biogen oder elektrisch erzeugten Sustainable Aviation Fuels (SAFs bzw. E-SAFs) besitzt Wasserstoff eine höhere gravimetrische Energiedichte. Der Faktor liegt hier bei ca. 2,8. Zudem haben gerade E-SAF einen Effizienznachteil: Grüner Wasserstoff ist selbst Hauptbestandteil des synthetischen Kerosins. Er muss also zuerst erzeugt und anschließend per Fischer-Tropsch-Synthese weiterverarbeitet werden, bevor er im Triebwerk verbrannt werden kann. Bei der Brennstoffzelle entfällt dieser Umweg. Weniger Umwandlungsschritte, weniger Verluste.
Der entscheidende Unterschied ist aber ökologischer Natur: Mit SAF erzeugt ein Verbrenner immer noch klimaschädliche Abgase. Mit Wasserstoff und Brennstoffzellenmotor beläuft sich die Klimawirkung laut dem DLR dagegen auf weniger als 20 % dessen, was konventionelles Kerosin oder SAF ausstoßen. Darüber hinaus bilden sich weniger Kondensstreifen. Er sei also keineswegs einfach nur Wasserstoff-Fan, unterstreicht Müller: „Uns geht es nicht um Wasserstoff um des Wasserstoffs willen, sondern um die konsequente Dekarbonisierung der Luftfahrt.“
Das fliegende Tech-Labor
Während der Führung durch die Werkstatt wandern unsere Blicke immer wieder zur HY4, die im benachbarten Hangar steht. Endlich nähern wir uns dem Flugzeug, das an einen Katamaran mit Flügeln erinnert. Mit jeweils zwei Rümpfen und Cockpits ist es ein fliegendes Technologielabor: „Durch das Konzept mit den zwei Cockpits können wir das Gesamtsystem modular anpassen und im Vollhybridbetrieb flexibel zwischen Batterien, Brennstoffzellen sowie flüssigem oder gasförmigem Wasserstoff wechseln“, erklärt Müller, während wir die 21 m Spannweite des Flugzeugs umkreisen. „Die HY4 ist zwar schon etwas in die Jahre gekommen, aber für uns nach wie vor ein extrem wertvoller Technologieträger.“
Mit dem Testflug im September 2023 gelang der große Durchbruch. Müllers Augen leuchten, wenn er von diesen Tagen erzählt: „Damals haben wir Pionierarbeit geleistet und bewiesen, dass flüssiger Wasserstoff in einem Flugzeug sicher handhabbar ist.“ Der längste Testflug dauerte über drei Stunden.
Ein Jahr später konnte sich Joby Aviation diese Erkenntnisse zunutze machen. Im Juni 2024 flog ein Senkrechtstarter von Joby rund 840 km mit einem in Stuttgart entwickelten Brennstoffzellensystem. Wieder war es eine Weltpremiere, denn nie zuvor war ein eVTOL mit Flüssigwasserstoff im Tank geflogen. Aktuell tüftelt das Team an der nächsten Generation seines Brennstoffzellen-Antriebsstrangs für Flugzeuge und eVTOL: „Wir arbeiten an Systemen in höheren Leistungsklassen, darunter 350 kW und 600 kW“, sagt Müller mit einer Geste in einen weiteren Abschnitt des Hangars. „Der Markt zeigt enormes Interesse an dieser Skalierung.“ Das Ziel ist, bis 2028 die Komponenten und Systeme für die Zertifizierung bereitzustellen, damit der Zulassungsprozess beginnen kann.
Wo Werkstatt und Büro verschmelzen
Mit der Entwicklung dieser Produktgeneration schießt auch das Komplexitätslevel in schwindelerregende Höhen: „Bei der Optimierung unserer Systeme müssen wir etwa 180 verschiedene Parameter gleichzeitig berücksichtigen, die in komplexen Wechselwirkungen stehen“, erklärt Müller. Für das neue System müssen 160 verschiedene Einzelteile vermessen, geprüft und montiert werden. Müllers Team kann selten auf Produkte von der Stange zurückgreifen, denn die sind meist zu schwer, zu teuer oder unpassend: „Wir müssen im Grunde jede einzelne Komponente selbst in die Hand nehmen und neu entwickeln.“ Auch Elemente wie Leiterplatten, Prozessoren oder Software entwickelt H2Fly in Eigenregie.
Dabei setzen die Stuttgarter auf eine Kultur der „Ownership“. Was das bedeutet, demonstriert Müller wenige Meter weiter an einer der Montagestationen. Er deutet auf einen jungen Ingenieur, der über ein Bauteil gebeugt ist. „Philipp sitzt gerade an der Komponente, die wir eben am Antrieb gesehen haben“, erklärt Müller. „Wenn man irgendeine Frage dazu hat – er ist der Owner.“
Dieser direkte Zugriff mache das Team extrem reaktionsschnell. Wenn am Prüfstand ein Sensorsignal mal nicht plausibel ist, sei die Zuständigkeit sofort klar: Man geht direkt zu Philipp, der auf Basis seiner Daten entscheidet, ob das Design noch einmal angepasst werden muss.
Die Ownership endet für Müller nicht mit dem CAD; sie erfordert die physische Nähe zum Objekt. Deshalb ist die Trennung zwischen Büro und Fertigung bei H2Fly aufgehoben: „Alle unsere Systementwickler sind auch in der Werkstatt zuständig. Es ist elementar, dass ein Ingenieur ein Gefühl dafür hat, wie ein Teil geschweißt wird oder wie es sich in der Hand anfühlt.“ Ein Nebeneffekt: Wer sein Bauteil selbst montieren muss, konstruiere instinktiv wartungsfreundlicher und effizienter.
(Wann) wird Wasserstoff abheben?
Doch sind die Träume vom Wasserstoffflug nicht doch zu schön, um wahr zu sein? Teile der Branche sind inzwischen skeptischer geworden. Anfang 2025 verschob Airbus seine Pläne für einen eigenen Wasserstoff-Regionaljet auf „nach 2035“ – ursprünglich sollte er 2035 fertig sein. Das Budget für Airbus‘ Vorzeigeprojekt ZEROe wurde um ein Viertel gekürzt. „Es macht keinen Sinn, alles weiterlaufen zu lassen, wenn 2035 kein Markt für diesen Flieger da ist“, kommentierte der Geschäftsführer Guillaume Faury. Die Flughafenbetreiber würden sich nicht hinreichend zur nötigen Infrastruktur bekennen.
Es ist – wie so oft im Wasserstoffgeschäft – ein Henne-Ei-Problem: Ohne Wasserstoffflugzeuge keine Tankinfrastruktur, ohne Infrastruktur keine Flugzeuge. Die Branchenstudie „Destination 2050“ hatte den erwarteten Beitrag von Wasserstoff zur Dekarbonisierung der Luftfahrt von 20 % (2021) auf nur noch 6 % (2025) zusammengestrichen.
Müller kennt diese Einwände. Er entgegnet: „Wir warten nicht auf andere und fragen nicht, wer wofür verantwortlich ist. Wir schauen nur darauf, was wir selbst tun können.“ In acht bis zehn Jahren, so sein Ziel, könnten die ersten regulären Wasserstoff-Linienflüge von Stuttgart nach Berlin möglich sein.
500 ungeöffnete Bewerbungen
Nach so viel Optimismus wird man beim Verlassen der H2Fly-Hallen wieder mit dem wirtschaftlichen Alltag konfrontiert: In direkter Sichtweite zeichnen sich die Fertigungshallen des Mercedes-Benz-Werks Untertürkheim am Horizont ab. Der Gewinn des Autobauers ist 2025 um fast die Hälfte eingebrochen. Noch dramatischer ist die Lage bei Bosch im 10 km entfernten Stadtteil Feuerbach: Ende 2025 gab der Automobilzulieferer bekannt, dass er über 13.000 Arbeitsplätze abbauen wird.
Bei H2Fly ist von einer Krise nichts zu merken. Das spiegelt sich in der Personalsituation wider: Knapp 500 ungeöffnete Bewerbungen liegen am Besuchstag in den Postfächern. 2025 ist das Team um 25 % gewachsen. Vielleicht haben Ralph Müller und seine Ingenieure in ihrer Werkstatt nicht nur einen neuen Antrieb für Flugzeuge gefunden, sondern auch einen für den Industriestandort Deutschland. „Manche Kollegen sagen mir: ‚Ich kann nachts nicht schlafen, weil ich unbedingt weitermachen will‘“, erzählt Müller zum Abschied. Man glaubt ihm sofort.
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