Alles über das wasserstoffbetriebene Flugzeug: Die Zukunft der nachhaltigen Luftfahrt?

Bis zum Jahr 2050 soll die Geschäftsluftfahrt und die Luftfahrt im Allgemeinen CO2-neutral werden.

Auf dem Weg zu einer nachhaltigen Luftfahrt sind zahlreiche Lösungen in Arbeit, wie z. B. die Verwendung von Biokraftstoffen, die als SAF bezeichnet werden, oder elektrische Flugzeugmodelle und Flugzeuge wie der Volocopter, das Elektroflugzeug Alice oder der CityAirBus.

Eine weitere Alternative ist jedoch bei vielen Flugzeugherstellern in Planung, es handelt sich dabei um wasserstoffbetriebene Flugzeuge.

AEROAFFAIRES stellt Ihnen diese andere Lösung für eine emissionsfreie Luftfahrt vor.

Was ist Wasserstoff und wie wird er in der Luftfahrt eingesetzt?

Die Dekarbonisierung des Luftfahrtsektors ist das Ziel der Flugzeughersteller bis 2050. Wasserstoff ist eine langfristige Lösung, die derzeit noch erforscht wird. Aber was ist Wasserstoff? Was sind seine Vorteile?

Wasserstoff ist eines der beiden Elemente, aus denen sich Wasser bildet. Es ist übrigens das leichteste Element auf der Erde (Teil des Periodensystems). Es kommt vor allem in Wasserstellen, Seen, Ozeanen und sogar in der Atmosphäre vor.

Wie funktioniert das Ganze? Der Wasserstoff wird in den Gasturbinen des Motors in den Brennkammern verbrannt. Mithilfe einer Brennstoffzelle wird die freigesetzte Energie in elektrische Energie umgewandelt, die dann den Motor antreibt.

Im Flugzeug kann Wasserstoff in gasförmiger oder flüssiger Form bei -235 Grad Celsius gespeichert werden. Da er im Vergleich zum heutigen Kerosin eine geringe Dichte hat, können die Flugzeugstrukturen in Zukunft verändert werden.

Und schließlich ist Wasserstoff nicht umweltschädlich, da es sich bei den freigesetzten Emissionen lediglich um Wasserdampf handelt. Er ist also eine Chance, die wir nutzen sollten, um bis 2050 emissionsfreie Flugzeuge zu bauen.

Was sind die Unterschiede zwischen grünem, blauem und grauem Wasserstoff?

Ein gutes Verständnis der Wasserstoffarten ist entscheidend für die Bewertung ihrer Umweltauswirkungen. Denn nicht alle werden auf die gleiche Weise hergestellt :

• Grauer Wasserstoff
  • Wird aus Erdgas oder Kohle über ein Verfahren namens Vaporeforming hergestellt.
  • Setzt eine große Menge CO₂ frei, was ihn zur umweltschädlichsten Form macht.
• Blauer Wasserstoff
  • Wird nach der gleichen Methode wie grau hergestellt, jedoch mit Abscheidung und Speicherung des emittierten CO₂.
  • Weniger umweltschädlich als grau, aber immer noch von fossilen Brennstoffen abhängig.
• Grüner Wasserstoff
  • Wird aus der Elektrolyse von Wasser mithilfe erneuerbarer Energien (Solar- und Windenergie) gewonnen.
  • Erzeugt keine direkten CO₂-Emissionen, wirklich sauber und nachhaltig.

Nur grüner Wasserstoff ist wirklich mit den Zielen einer nachhaltigen Luftfahrt vereinbar. Auf diesen Typ richten sich Airbus und andere wichtige Akteure der Luftfahrtindustrie aus.

Wasserstoff- vs. Elektroflugzeuge: Wo liegen die Unterschiede?

Beide Technologien zielen auf die Dekarbonisierung des Luftverkehrs ab, beruhen aber auf unterschiedlichen Prinzipien und Verwendungszwecken. Hier ein übersichtlicher Vergleich der wichtigsten Unterscheidungen :

Wasserstoff-Flugzeug

• Verwendet Wasserstoff als Energiequelle (wird in einem Motor verbrannt oder über eine Brennstoffzelle in Strom umgewandelt).
• Bietet eine mittlere bis hohe Reichweite und ist besonders für Regional- und zukünftige Langstreckenflüge geeignet.
• Der Treibstoff wird durch Betankung nachgefüllt, ein Vorgang, der schneller ist als das Aufladen von Batterien.
• Verfügt über eine höhere Nutzlast als Elektroflugzeuge, da sie weniger durch das Gewicht des Treibstoffs beeinträchtigt werden.
• Zielt auf kommerzielle Flüge, Privatjets und interregionale Strecken ab.

Elektrisches Flugzeug

• Wird mit wiederaufladbaren elektrischen Batterien betrieben.
• Bietet eine geringe bis mittlere Reichweite, die durch die Energiedichte der Batterien begrenzt ist.
• Benötigt lange Ladezeiten, was die Häufigkeit der Rotationen einschränkt.
• Hat aufgrund des Gewichts der mitgeführten Batterien eine begrenzte Nutzlast.
• Wird hauptsächlich für Leichtflugzeuge, Lufttaxis oder kurze innerstädtische Flüge verwendet.
  

Vereinfacht ausgedrückt ist das wasserstoffbetriebene Flugzeug eher für Langstrecken und einen kommerziellen Aufstieg geeignet, während das Elektroflugzeug heute nur für die Mobilität in der Luft auf kurzen Strecken geeignet ist.

Was sind die derzeitigen Vorteile und Grenzen des wasserstoffbetriebenen Flugzeugs?

Die Vorteile

• Null direkte Emissionen (nur Wasserdampf)
• Hervorragende Energiemassendichte
• Geeignet für Regional- und Mittelstreckenflüge
• Kompatibel mit erneuerbarer Produktion

Die derzeitigen Einschränkungen

Trotz seines Potenzials steht das wasserstoffbetriebene Flugzeug vor großen Hindernissen:

• Weltweit nicht vorhandene oder begrenzte Infrastruktur: Nur sehr wenige Flughäfen sind ausgerüstet.
• Komplexe kryogene Lagerung: -253 °C für flüssigen Wasserstoff.
• Sicherheit: Wasserstoff ist hochentzündlich und erfordert sehr strenge Normen.
• Hohe Kosten: Technologie und Spezialmaterialien sind noch teuer.
• Gewicht und Volumen: Die Tanks benötigen mehr Platz als Kerosin.
• Begrenzte grüne Produktion: Der Großteil des weltweiten Wasserstoffs bleibt „grau“.

Das wasserstoffbetriebene Flugzeug hat ein hervorragendes ökologisches Potenzial, aber es gibt noch viele technologische und logistische Herausforderungen zu bewältigen.

Welche Länder investieren in die wasserstoffbetriebene Luftfahrt?

Viele Regierungen und Industrieunternehmen auf der ganzen Welt investieren massiv in die Entwicklung einer wasserstoffbetriebenen Luftfahrt. Hier die wichtigsten Initiativen nach Ländern :

• 🇫🇷 Frankreich
  • Airbus ZEROe-Programm
  • Entwicklung des wasserstoffbetriebenen Privatjets Beyond Aero
  • Regierungsunterstützung durch den nationalen Wasserstoffplan
• 🇩🇪 Deutschland
  • Beteiligung am Projekt HY4
  • Investitionen von Lufthansa Technik
  • Enge technologische Zusammenarbeit mit Airbus
• 🇺🇸 USA
  • Projekte für Wasserstoffmotoren bei Pratt & Whitney
  • Einsatz modularer Lösungen durch Universal Hydrogen
  • Forschung zu kohlenstofffreier Luftfahrt bei Boom Supersonic
• 🇯🇵 Japan
  • Ausbau der Infrastruktur über Kawasaki Heavy Industries
  • Regierungsfahrplan für Wasserstoff in der regionalen Luftfahrt
• 🇬🇧 Vereinigtes Königreich
  • Führungsrolle von ZeroAvia bei wasserstoffbetriebenen Kleinflugzeugen
  • Fortschrittliche Forschung bei Rolls-Royce
  • Finanzierung von emissionsarmen regionalen Projekten
    

Europa, die USA und Japan sind heute die Hauptmotoren der Wasserstoffinnovation in der globalen Luftfahrt.

Die verschiedenen Projekte für wasserstoffbetriebene Flugzeuge und Privatjets

Viele Fachleute aus der Welt der Luftfahrt beschäftigen sich mit dieser Alternative zur Verwendung von Kerosin. Eine nachhaltige Luftfahrt im Blick zu haben, ist notwendig und verschiedene Projekte werden nach und nach ins Leben gerufen.

Vor kurzem haben sich beispielsweise die Unternehmen GE Aviation und Safran mit Airbus zusammengetan, um einen wasserstoffbetriebenen Motor zu testen.

Beyond Aerospace, ein 2020 gegründetes Luftfahrtunternehmen aus Toulouse, plant einen wasserstoffbetriebenen Privatjet, nachdem es vor Kurzem eine Kapitalerhöhung durchgeführt hat.

AEROAFFAIRES stellt Ihnen weitere Projekte rund um das Thema Wasserstoff in der Luftfahrt vor.

1. Airbus und sein Programm für ZEROe-Flugzeuge

Airbus arbeitet bislang mit mehreren Triebwerksherstellern zusammen, die seine Flugzeuge ausstatten. Dazu gehören Pratt & Whitney, CFM International oder auch Safran und General Electric. Airbus enthüllt nach und nach seine Pläne für wasserstoffbetriebene Flugzeuge.

Insbesondere mit seinen drei verschiedenen Konzepten, die ZEROe für Zero Emission genannt werden. Der Flugzeughersteller möchte bis 2035 Flugzeuge auf den Markt bringen, die vollständig mit Wasserstoff betrieben werden und somit CO2-neutral sind.

Derzeit befindet sich Airbus in der Testphase mit einem A380. Bis 2025 wird der Flugzeughersteller eine Vorrichtung einbauen, um eines der vier Triebwerke des Flugzeugs mit Wasserstoff zu versorgen.

Tatsächlich ist der A380 auf dem Prüfstand derzeit mit einem fünften Triebwerk ausgestattet, das mit Wasserstoff betrieben wird. vier Tanks mit insgesamt 400 kg Wasserstoff sind in der Nähe und am Heck des Flugzeugs aufgestellt, um das zu testende Triebwerk mit flüssigem Wasserstoff zu versorgen.

Nach Angaben des Flugzeugherstellers wird das Projekt „die Spezifikationen des Wasserstoffantriebssystems festlegen, die Flugtests überwachen und den A380 als Prüfstand bereitstellen, auf dem das Wasserstofftriebwerk im Reiseflug getestet werden kann“.

Die vier anderen Triebwerke unter den Flügeln werden während der Testphasen des Wasserstofftriebwerks normal weiterlaufen.

Bildnachweis: Airbus

2. Pratt & Whitney und sein Wasserstofftriebwerk

Es ist nicht neu, dass sich der amerikanische Triebwerkshersteller mit Wasserstoff befasst. Bereits 1957 wurde die Möglichkeit der Entwicklung von wasserstoffbetriebenen Flugzeugen diskutiert. Das amerikanische Unternehmen war eines der ersten, das in diesem Bereich tätig wurde und die Möglichkeiten des Wasserstoffs testete.

Heute hat Pratt & Whitney bekannt gegeben, dass es an einem neuen Wasserstoffmotor arbeitet, der in Flugzeugen und Privatjets eingesetzt werden soll. Darüber hinaus arbeitet das Unternehmen bereits mit Flugzeugherstellern, insbesondere Airbus, zusammen.

Letzterer liefert nämlich etwa 35 % der Triebwerke für das Modell Airbus A320 Neo sowie sämtliche Triebwerke für das Modell A220 des Herstellers. Die Idee von Pratt & Whitney ist es, ein Triebwerk zu entwickeln, das flüssigen Wasserstoff anstelle von Kerosin verwenden kann.

Um noch einen Schritt weiter zu gehen, soll der Wasserdampf, der bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht, zurückgewonnen werden. Die Zukunft der Null-Emissionen ist auf dem Weg!

3. Partnerschaften zur Versorgung von Flughäfen mit Wasserstoff

Giganten der Luftfahrtindustrie haben sich bereits zusammengeschlossen, um Flughäfen mit Wasserstoff zu versorgen. Dies ist der Fall bei Air liquide, Airbus und Vinci Airports, die sich zusammengeschlossen haben, um den Übergang zu einer nachhaltigen Luftfahrt voranzutreiben.

Sie kündigten einen Zehnjahresplan an, um Flughäfen und andere Einrichtungen bei der Versorgung mit Wasserstoff zu unterstützen. Der erste Pilotflughafen, der davon profitieren soll, ist Lyon-Saint Exupéry. Er wird 2023 Zapfstellen für gasförmigen Wasserstoff erhalten.

Zunächst wird dieser für die Versorgung von Bodengeräten wie z. B. Pistenfahrzeugen oder Umschlagmaschinen bestimmt sein.

Später und bis 2030 sollen die Zapfstellen Flugzeuge mit flüssigem Wasserstoff versorgen.

AEROAFFAIRES: Engagierter Akteur für eine nachhaltige Luftfahrt

Seit 1991 begleitet AEROAFFAIRES seine Kunden bei der Vermietung von Privatjets mit einem klaren Ziel: Komfort, Leistung und Umweltengagement miteinander zu verbinden.

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