Airbus hat das Ziel, bis 2035 das weltweit erste emissionsfreie Verkehrsflugzeug (mit Wasserstoffantrieb) zu entwickeln. Mit ihrem ZEROe-Konzeptflugzeug können verschiedene Konfigurationen und Wasserstofftechnologien untersucht werden, welche die Entwicklung eines künftigen emissionsfreien Flugzeugs prägen werden.
Airbus verkündete, dass die Forschung mit Wasserstoff als potenziellem Energieträger für künftige emissionsfreie Flugzeuge in den letzten Jahren intensiviert wurde. Der Weg zu wasserstoffbetriebenen Flugzeugen erfordert jedoch erhebliche Anstrengungen innerhalb und außerhalb der Luftfahrtindustrie. Da Airbus angekündigt hat, bis 2035 das erste emissionsfreie Verkehrsflugzeug der Welt zu entwickeln, muss die emissionsfreie Technologie zur Reduzierung der Klimaauswirkungen der Luftfahrtindustrie gründlich getestet und bewertet werden. Und Wasserstoff hebt sich zweifellos von der Masse ab: Nach internen Berechnungen schätzt Airbus, dass Wasserstoff das Potenzial hat, die CO2-Emissionen der Luftfahrt um bis zu 50% zu senken.
Von der H2-Speicherung über Kosten und Infrastruktur bis hin zur Wahrnehmung der Öffentlichkeit in Bezug auf Sicherheit arbeitet der Luftverkehrssektor daran, die geeignete Technologie zu entwickeln und gleichzeitig einige große Herausforderungen zu bewältigen. Wasserstoff gilt als eine der vielversprechendsten emissionsfreien Technologien für zukünftige Flugzeuge. Da Wasserstoff eine drei mal höhere Energiedichte pro Masseeinheit aufweist als herkömmlicher Düsentreibstoff, müssen verschiedene Herausforderungen gemeistert werden, bevor eine breite Anwendung erfolgen kann. Vonseiten der Technik müssen Luftfahrtingenieure die in der Automobil- und Raumfahrtindustrie entwickelten Technologien nutzen und diese mit dem Betrieb von Verkehrsflugzeugen kompatibel machen, insbesondere indem das Gewicht und die Kosten gesenkt werden. Eine besondere Herausforderung besteht darin, den Wasserstoff an Bord des Flugzeugs zu speichern. Die Speicherung von flüssigem Wasserstoff gehört heute zu den vielversprechendsten Optionen, während die Speicherung von Wasserstoff als Druckgas angesichts der Anforderungen an Gewicht und Volumen des Flugzeugs eine Herausforderung darstellt. Darüber hinaus muss die Luftfahrtindustrie dieselben oder sogar bessere Sicherheitsziele erreichen als mit bestehenden Verkehrsflugzeugen. Tatsächlich werden derzeit umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen bei der Konstruktion und dem Betrieb heutiger kerosinbetriebener Flugzeuge berücksichtigt. Zukünftige Wasserstoffantriebssysteme müssen daher ein gleichwertiges oder sogar besseres Sicherheitsniveau erreichen, bevor wasserstoffbetriebene Flugzeuge abheben können.
Eine weitere wichtige Herausforderung für die breite Akzeptanz bilden die Verfügbarkeit von flüssigem Wasserstoff an Flughäfen und die Kosten. Damit Wasserstoff wirklich eine breite Akzeptanz in der Luftfahrtindustrie findet, muss er an Flughäfen weltweit verfügbar gemacht werden. Die Fortschritte in diesem Bereich stecken aber noch in den Kinderschuhen. Eine Hauptherausforderung ist die Entwicklung von Transport- und Infrastrukturlösungen in großem Maßstab, um Flughäfen zur Betankung der Flugzeuge mit den erforderlichen Mengen an Wasserstoff versorgen zu können. Wasserstoff ist in Ozeanen, Seen und in der Atmosphäre in großen Mengen verfügbar. Er muss jedoch im Wassermolekül von Sauerstoff getrennt werden, um für industrielle Zwecke verwendet werden zu können. Airbus arbeitet derzeit sowohl mit Flughäfen als auch mit Fluggesellschaften zusammen, um sicherzustellen, dass die erforderliche Wasserstoffinfrastruktur entwickelt wird. Dies beinhaltet Untersuchungen darüber, wie alle flughafenbezogenen Bodentransporte (d.h. Lastkraftwagen, Personenbusse, Flugzeugschlepper usw.) während des Zeitraums der 2020er Jahre dekarbonisiert werden könnten.
Airbus zielt auf die Verwendung von grünem Wasserstoff ab, um seine zukünftigen emissionsfreien Flugzeuge zu tanken. Glenn Llewellyn (VP of Zero-Emission Aircraft) meint, dass sinkende Kosten für erneuerbare Energien und die Ausweitung der Wasserstoffproduktion dazu führen könnten, dass grüner Wasserstoff gegenüber bestehenden Optionen wie Düsentreibstoff und anderen nachhaltigen Flugkraftstoffen zukünftig kostengünstiger wird.
Bahnbrechende Konzepte für zukünftige Flugzeuge: Es gibt zwei Arten von Wasserstoffantrieben: Wasserstoffverbrennung und Wasserstoffbrennstoffzellen. Alle drei emissionsfreien „Konzept“ -Flugzeuge von Airbus – bekannt als ZEROe – sind Hybrid-Wasserstoff-Flugzeuge. Dies bedeutet, dass sie von modifizierten Gasturbinentriebwerken angetrieben werden, die flüssigen Wasserstoff als Kraftstoff verbrennen. Gleichzeitig verwenden sie Wasserstoffbrennstoffzellen, um elektrische Energie zu erzeugen, welche die Gasturbine ergänzt, was zu einem hocheffizienten hybridelektrischen Antriebssystem führt. Jede Option hat jedoch für flüssigen H2 einen etwas anderen Ansatz zur Integration des Speicher- und Verteilungssystems. Airbus-Ingenieure haben Integrationslösungen konzipiert, welche die Herausforderungen und Möglichkeiten jedes Flugzeugtyps sorgfältig berücksichtigen.
Das Turbofan-Flugzeug (120-200 Passagiere) mit einer Reichweite von mehr als 2.000 Seemeilen und das transkontinental betrieben werden kann, wird über zwei Hybrid-Wasserstoff-Turbofan-Triebwerke verfügen, die für Schub sorgen. Das Speicher- und Verteilungssystem für flüssigen Wasserstoff befindet sich hinter dem rückwärtigen Druckschott.
Das Turboprop-Flugzeug (bis zu 100 Passagiere) mit einer Reichweite von 1.000 Seemeilen, das für Kurzstreckenflüge eingesetzt werden kann, verfügt über zwei Hybrid-Wasserstoff-Turboprop-Triebwerke, die achtflügelige Propeller antreiben, welche Schub liefern. Das Speicher- und Verteilungssystem für flüssigen Wasserstoff befindet sich ebenfalls hinter dem rückwärtigen Druckschott.
Bei Blended-Wing-Body-Flugzeugen (bis zu 200 Passagiere) werden die Flüssigkeitsspeichertanks unter dem Wind gelagert und die beiden Hybrid-Wasserstoff-Turbofan-Triebwerke sorgen für Schub.
Diese Flugzeug-Konzepte werden dazu beitragen das Design und Layout des weltweit ersten klimaneutralen, emissionsfreien Verkehrsflugzeugs zu erforschen und zu entwickeln, welches Airbus bis 2035 in Betrieb nehmen will. Da sich Wasserstoff zunehmend zu einer tragenden Säule bei der Entwicklung neuer Transportlösungen für Autos und Busse entwickelt, dürfte sich die öffentliche Wahrnehmung von Wasserstoff ändern – was sich auch positiv auf die Wasserstoffeinführung bei Flugzeugen auswirken sollte. Generell ist der Weg zu einer weit verbreiteten Wasserstoffeinführung in der Luftfahrt noch lang. Es wird jedoch erwartet, dass die internationale Koordinierung zwischen den Branchen die Entwicklung der Wasserstoffwirtschaft unterstützt – ein wichtiges Bestreben, um die ehrgeizigen globalen Dekarbonisierungsziele in den nächsten zwei Jahrzehnten zu erreichen.
Erstellt von: Dejan Tasić, mag. inž. energ., project coordinator at Chamber of Commerce and Industry of Štajerska
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