Fliegen war bisher nicht ohne Abgase möglich

03.11.20 Wasserstoffflugzeuge: Die Langstrecke zu einer nachhaltigeren Luftfahrt Hans-Joachim Ziegler • 10 min.

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Zusammenfassung

Die Corona-Pandemie mag vorübergehen - doch eine andere Krise wird die Luftfahrtbranche noch für Jahrzehnte begleiten: der Klimawandel. Um das Fliegen zukunftsfähig zu machen, setzt die Industrie darum auf die Entwicklung nachhaltiger Antriebstechnologien. Dieser Tage besonders im Trend: das Wasserstoffflugzeug. Doch wie weit ist diese Technik schon vorangeschritten? Und welche Herausforderungen stehen den Ingenieuren noch bevor?

Eigentlich hat die Luftfahrtbranche heute einen vergleichsweisen geringen Anteil an der weltweiten Klimagas-Produktion. Denn auch wenn das Fliegen im Einzelfall die schmutzigste Art und Weise ist, um von A nach B zu gelangen, wurden so selbst vor der Corona-Pandemie nicht einmal drei Prozent unserer jährlichen CO2-Emissionen erzeugt.

Dennoch sind Flugzeuge vielleicht der wichtigste Schauplatz der Energiewende überhaupt. Denn nirgendwo trifft unsere Vorstellung von einem Leben ohne Kompromisse so direkt mit der Realität der Klimakrise zusammen wie im Urlaubsflieger. Nirgendwo wird darum deutlicher werden, auf was wir für das Klima zu verzichten bereit sind und wo wir auf gewohnten Luxus beharren – koste es, was es wolle. Vor allem aber wird sich hier wohl am deutlichsten zeigen, inwieweit nachhaltige Technologien diese schmerzhaften Abwägungen überflüssig machen können. Oder anders gefragt: Können wir ein Flugzeug bauen, mit dem Fliegen gleichzeitig bequem, erschwinglich und klimaneutral ist?

An innovativen Ansätzen mangelt es nicht

Welcher Weg uns am besten an dieses ehrgeizige Ziel bringt, darüber herrscht bislang jedoch noch Uneinigkeit. Einige Akteure setzen große Hoffnungen in rein elektrisch betriebene Flugzeuge. Andere sehen die Zukunft in Biotreibstoffen aus Pflanzenöl. Und nicht zuletzt preisen viele Experten das Potenzial synthetischen Kerosins auf Wasserstoff-Basis, das mithilfe überschüssiger Energie aus EE-Anlagen hergestellt werden soll.

Wasserstoff, der von der Bundesregierung erst kürzlich zum Treibstoff der Zukunft erklärt wurde, kann in Flugzeugen jedoch auch in purer Form zum Einsatz kommen. Dafür verbrennt man ihn entweder direkt in eigens darauf ausgelegten Turbinen. Oder man wandelt ihn zunächst mittels einer Brennstoffzelle in Strom um, der dann Elektromotoren antreibt. Letztere Variante ist zwar technisch anspruchsvoller, schont die Umwelt jedoch noch konsequenter, weil dabei noch nicht einmal mehr Stickoxide freigesetzt werden, sondern nur noch Wasserdampf. Die negativen Auswirkungen, die selbst dieser noch auf unser Klima hat, können ihrerseits durch Anpassungen in der Flughöhe minimiert werden.

Mehrere Unternehmen treiben den Fortschritt voran

Es gibt auch schon erste Erfolge zu verzeichnen: So ließ die Firma ZeroAvia diesen Herbst das erste durch Brennstoffzellen betriebene Passagierflugzeug abheben. Die umgebaute „Piper M“ hatte zwar nur 6 Sitze und war gerade mal 8 Minuten in der Luft. Dennoch konnte so der Beweis erbracht werden, dass die Technologie – die in Bussen und LKWs bereits erprobt ist – auch für die Luftfahrt Potenzial hat.

Konkurrenz bekommt ZeroAvia von einem Riesen der Branche. So hat Airbus angekündigt, bis 2035 ein eigenes Wasserstoff-Flugzeug auf den Markt zu bringen. Dafür arbeitet das Unternehmen parallel an drei Modellen, von denen nach einem Auswahlprozess jedoch nur eines zur technischen Reife gebracht werden soll. Bei der kleinsten Airbus-Variante handelt es sich um eine Propellermaschine, die bis zu 100 Passagiere etwa 1850 Kilometer weit befördern soll. Dafür treibt der Wasserstoff die Motoren direkt an, ergänzt jedoch durch einen Hybrid-Elektromotor, der sich aus Brennstoffzellen speist.

Auf derselben Technologie basiert auch der zweite Entwurf. In diesem ebenfalls recht konventionell designten Flieger könnten allerdings doppelt so viele Passiere doppelt so weit fliegen. Der Vorteil beider Varianten wäre laut Airbus-CEO Guillaume Faury, dass man „dafür nicht in komplett neue Technologien investieren“ müsste. Dies im Gegensatz zum dritten und letzten Airbus-Modell, einem futuristisch anmutendem „Nurflügler“, bei dem also Rumpf und Flügel fließend ineinander übergehen. Die Form ist dabei weniger dem ästhetischen Anspruch der Ingenieure geschuldet als der Tatsache, dass Wasserstofftanks in der Regel rund oder zylinderförmig sein müssen und daher nicht in klassisch flachen Flügeln untergebracht werden können.

Welche Turbulenzen sind bei der Entwicklung zu erwarten?

Dass Airbus sich am Ende für dieses letzte Modell entscheidet, ist unwahrscheinlich. Doch verdeutlicht das Ungetüm mit am besten, welche Herausforderungen es noch zu meistern gilt, ehe Wasserstoffflugzeuge serientauglich sind. Allen voran muss nämlich ein Weg gefunden werden, den Treibstoff überhaupt in ausreichenden Mengen mitzuführen. Selbst in flüssigem Zustand benötigt er sehr viel mehr Platz als Kerosin. Die Folge sind Tanks, deren Gewicht sich laut einer McKinsey-Studie erst halbieren müsste, bevor die Technologie rentabel wird.

Zu den technischen Herausforderungen an Bord kommt die neu zu schaffende Tank- und Wartungs-Infrastruktur an den Flughäfen. Und dann muss der Wasserstoff ja auch noch irgendwo herkommen und – damit die ganze Umstellung überhaupt ökologischen Sinn ergibt – CO2-frei sein. Im Moment sind große Mengen des verfügbaren Wasserstoffs grau, d.h. er wird in einem nicht gerade klimaneutralen Verfahren aus Erdgas gewonnen.

Damit sich das ändert, müssen große Elektrolyse-Kraftwerke gebaut werden, in denen Wasserstoff aus Wasser gewonnen werden kann. Um diese wiederum mit ausreichend grünem Strom zu beliefern, braucht es im Vergleich zu heute deutlich mehr Wind-, Solar- und Ökokraftwerke. So rechnet die zitierte McKinsey Studie aus, dass die Luftfahrt künftig bis zu 1500 Gigawatt an Stromkraftwerken benötigen könnte. Das ist mehr als die Hälfte dessen, was heute global an grünen Kraftwerken zur Verfügung steht.

Das Klima muss stimmen

Nicht zuletzt müssen auf politischer Ebene die Rahmenbedingungen geschaffen werden, um Wasserstoffflugzeuge wettbewerbsfähig zu machen. So gibt Björn Nagel vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in einem Interview für das Online-Portal der Bundesregierung zu bedenken, dass „grüner Wasserstoff … auch perspektivisch teurer sein wird, als es Kerosin heute ist.“ Neben „kosteneffizienten Fertigungstechnologien“, wie sie Nagel vorschlägt, muss hier ein zielgerichtetes System an Steuern und Subventionen greifen, damit ökologische Nachhaltigkeit auch wirtschaftlich Sinn ergibt.

Es gibt also noch eine ganze Reihe an Hürden zu überwinden, ehe Wasserstoffflugzeuge die Norm werden können. Bis es soweit ist, werden noch viele Sommerferien und Jour Fixes ins Land ziehen, bei denen wir uns ganz genau fragen sollten, ob ein Flug wirklich die beste Lösung ist. Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung und die ambitionierten Pläne der Flugzeugindustrie lassen jedoch hoffen: Auf den Beginn einer neuen Ära der Luftfahrt – und auf ein Ende der Flugscham.

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