Brennstoffzelle
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Die Vision des elektrischen Linienflugs

Brennstoffzelle
Brennstoffzelle, © DLR

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STUTTGART - Die Suche nach alternativen Antriebsformen treibt Airlines und Flugzeughersteller um wie nie - doch bislang fehlt es an rentablen emissionsarmen Alternativen. Forscher glauben, zumindest für einen Teil des Problems die Lösung gefunden zu haben: Wasserstoff.

Noch handelt es sich zwar lediglich um eine Vision des elektrischen Fliegens der Zukunft - aber gemessen daran hat Josef Kallo schon genaue Vorstellungen.

Es bestehe eine gute Chance, dass in zehn Jahren erste Prototypen mit bis zu 80 Passagieren auf Kurz- und teilweise Mittelstrecken weitgehend emissionsfrei unterwegs sein könnten, sagt der renommierte Forscher am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart.

Auf der Suche nach den Flugzeugen der Zukunft setzen Wissenschaftler und Ingenieure auf alternative Antriebsvarianten. Kallo vertraut auf große Mengen Wasserstoff, die in Brennstoffzellen so viel elektrische Energie erzeugen sollen, dass Passagiermaschinen damit abheben, fliegen und landen.

Seit 1998 schon forscht Kallo an Brennstoffzellen, seit 2006 speziell am Einsatz derselben in Flugzeugen. Der 46-Jährige sieht sein Team in diesem Segment international führend und sagt, nach derzeitigem Stand habe diese elektrische Antriebsform um 2030 herum Markt- und Serienreife für kleinere Flugzeuge erreicht.

Dann sei denkbar, dass Airlines einen Teil ihrer Flüge mit Wasserstoffantrieb absolvierten. "Die Technologie dafür ist heute grundsätzlich schon verfügbar, sie muss jetzt nur noch übertragen werden in größere Flugzeuge."

Das allerdings erfordert nicht nur viel Mühe, sondern auch viel Geld. Die technische Weiterentwicklung, die Produktion und letztlich die Zulassung solcher Flieger seien extrem teuer und dauerten sehr lange, sagt Kallo, der auf nennenswerte Investitionen aus der Industrie hofft.

Wenn alles ineinandergreife, werde es noch gut 15 Jahre dauern, bis Flugzeuge mit bis zu 80 Passagieren an Bord bei einer Geschwindigkeit zwischen 550 bis 600 Kilometern pro Stunde und auf Distanzen von bis zu 2000 Kilometern auch im Linienverkehr sichtbar seien.

Solche Maschinen könnten dann Zubringerflüge zu Drehkreuzen wie dem Frankfurter Flughafen übernehmen, auch ein Aufbau von Regionalflugnetzen zwischen kleineren Airports sei denkbar. Unter dem Strich könne ein deutlicher Rückgang der Emissionen stehen.

Die Suche nach alternativen Antriebsformen treibt Airlines und Flugzeughersteller derzeit um wie nie. Doch anders als im Straßenverkehr fehlt es beim Fliegen bislang an wirtschaftlich rentablen emissionsarmen Antriebsalternativen - Visionen wie die von Kallo stoßen da angesichts einer sich ausbreitenden Flugscham auf mehr Gehör als früher.

Das Problem: Kein bisher bekannter Ansatz überzeugt die Branche nachhaltig, am ehesten gelten noch verschiedene Arten synthetischer Kraftstoffe als Hoffnungsträger.

Auch Kallos Ansatz hat Nachteile, vor allem ökonomische: So fällt die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen deutlich hinter die des herkömmlichen Kraftstoffantriebs zurück. Heißt: Wenn Linienflugzeuge weiter als 2.000 Kilometer fliegen sollen, müssten entweder die Passagierzahl reduziert oder die Geschwindigkeit gedrosselt werden, vermutlich sogar beides.

Für große Airlines, die oft wesentlich mehr Menschen von A nach B transportieren, kaum rentabel. Ein Lufthansa-Sprecher sagt auf Anfrage: "Etwa 80 Prozent der Flüge entfallen auf Strecken, die länger als 1.500 Kilometer sind. Dafür gibt es heute und auf absehbare Zeit keine gleichwertigen und schnellen Alternativen und auch keine neuen Antriebstechnologien."

Inwiefern sich mit Wasserstoff und Brennstoffzellen angetriebene Flugzeuge auf dem Markt durchsetzen, dürfte auch entscheidend davon abhängen, inwiefern sich die Leistungsfähigkeit der Systeme noch erhöht. Der Markt hierfür sei gerade erst im Entstehen, sagt Kallo, der für seine Forschung nach eigenen Angaben Fördergelder vom Bundeswirtschafts- und Bundesverkehrsministerium, aber auch von großen Industriekonzernen erhält.

"Die Leistungsfähigkeit der Systeme hat sich allein in den letzten drei Jahren verdoppelt", berichtet er. Die weitere Entwicklung sei schwer abzusehen. Kurzum: Wenn noch leistungsfähigere Systeme auf den Markt kommen sollten, könnten mehr Passagiere bei höheren Geschwindigkeiten weiter transportiert werden.

Wer auf Wasserstoff-Flieger setzt, muss allerdings wegen der geringeren Energiedichte von Wasserstoff im Vergleich zu Kerosin mächtige Tanks einplanen. "Die Tanks müssten daher drei Mal so groß sein wie bei einem konventionellen Flugzeug. Dafür bräuchte man auch größere Flugzeuge, Flughafenterminals sowie Start- und Landebahnen", heißt es von der Lufthansa.

Zudem sei die Speicherung großer Wasserstoffvorräte aufwendig und energieintensiv. Man sehe die Luftfahrt von einem Wasserstoffantrieb "noch weit entfernt".

Beim britischen Konzern Rolls-Royce, der Antriebssysteme herstellt und kürzlich die Elektroflug-Einheit von Siemens gekauft hat, zeigt man sich optimistischer. Systeme wie das von Kallo beschriebene seien zumindest im regionalen Luftverkehr bis 2030 denkbar. Man arbeite selbst beispielsweise mit dem Flugzeughersteller Airbus an der Entwicklung von E-Fliegern.

Lufthansa setzt auf synthetische Kraftstoffe

Die Antriebsfrage im Luftverkehr hat natürlich auch eine politische Komponente. Die Politik steht, getrieben von gesellschaftlichen Bewegungen wie Fridays for Future, unter Druck - und übt nun ihrerseits Druck auf die Branche aus.

Bislang tut sich allerdings wenig, was auch damit zusammenhängt, dass bisher nur geringe Mengen von synthetischem Treibstoff zu sehr hohen Preisen verfügbar sind.

Die Lufthansa beklagt, solche Kraftstoffe seien derzeit dreimal so teuer wie herkömmliches Kerosin. Dennoch halte man synthetisch hergestellte Kraftstoffe perspektivisch für "die einzige echte Alternative", um Emissionen in der Luftfahrt zu "neutralisieren".

Kallo wird also weiter Überzeugungsarbeit leisten müssen, damit aus seiner Vision des Fliegens mit Brennstoffzellen-Antrieb mal mehr als ein reines Nischenprodukt wird. Zumal das Ganze auch nur dann klimaneutral wäre, wenn die großen Mengen Wasserstoff gänzlich aus erneuerbaren Energien stammen.

Perspektivisch setzt der Wissenschaftler auch auf seine Kollegen aus der Automobilindustrie, in der die Entwicklung von Antrieben mit Brennstoffzellen und Wasserstoff gerade an Fahrt gewinne. Hunderte Millionen Euro würden da zurzeit ausgegeben, sagt Kallo - von der Entwicklung solcher leistungsfähiger Systeme könne auch die Luftfahrt nur profitieren.

Podcast: Brennstoffzelle statt Batterie

Mehr Informationen zu diesem Thema? Unsere Partnerredaktion FLUG REVUE hat mit Prof. Dr.-Ing. Josef Kallo über Einsatzchancen der Brennstoffzelle in Flugzeugantrieben gesprochen. Hier geht es zum Podcast.
© dpa-AFX, aero.de | Abb.: DLR, CCBYSA | 03.11.2019 08:22

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Beitrag vom 04.11.2019 - 12:39 Uhr
Mir ist noch ein Argument pro Kerosynt eingefallen: Kerosin hat pro kg rd. 10kWh Energieinhalt. Ein A320 Neo verbraucht im Reiseflug rd. 2t pro Std. (beide Triebwerke zusammen) Der Wirkungsgrad SOLL dabei angeblich bei fast 60% liegen. Das würde bedeuten, 12.000 kW Leistung. Beim Start das 3fache - aber schlechterer Wirkungsgrad - aber um 25 bis 30.000 kW liegen da schon an. Ich stelle mir gerade eine entsprechende Brennstoffzelle vor >;)
Beitrag vom 04.11.2019 - 11:38 Uhr
Ich bin der Meinung, wenn nach der Elektrolyse der Wasserstoff weiter "veredelt" wird dann doch gleich bis zum zum Kerosynt, weil:

Heizwert Methanol 25 MJ/l
Kerosin 34 MJ/l

beides mit einer Dichte von 0,8 kg/l. Dann geht es auch mit den Turbinen wie bisher.

Dieser Beitrag wurde am 04.11.2019 11:39 Uhr bearbeitet.
Beitrag vom 04.11.2019 - 10:16 Uhr
Warum Wasserstoff als Gas für Brennstoffzellen? Es gibt bereits Methanolbrennstoffzellen. Methanol lässt sich ganz bequem tanken und auch wie Kerosin im Flügel lagern.

Es ist Ihnen aber bekannt, dass nur der Wasserstoff H2 des Methanols in der Brennstoffzelle umgesetzt wird. Methanol = CH3OH also 4 Atome mit dem Molgewicht von zus. 4 gegenüber 1 C und 1 O Atom mit zusammen 28? Gut, das O wird genutzt, braucht also nur eine weiteres aus der Luft geholt werden. Und der Kohlenstoff C verpufft ungenutzt.

Ja, Methanol hat eine geringere Energiedichte.
Dafür spart man sich H2-Drucktanks, die aufgrund der hohen notwendigen Wandstärken ein sehr hohes Gewicht haben..
Zudem dürfte flüssiges Methanol ggü einem 200+bar Tank mit Wasserstoff ein deutlich geringeres Kathastropenpotential bei einem Unfall haben.
Schwer zu sagen, was da die "bessere" Speicherform ist.


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