Der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Demonstrator von Universal Hydrogen absolvierte letzte Woche seinen Jungfernflug nach Moss Lake im US-Bundesstaat Washington. Der Testflug dauerte 15 Minuten und erreichte eine Höhe von 3.500 Fuß (ca. 1.067 Meter). Die Testplattform basiert auf der Dash 8-300, dem weltweit größten Wasserstoff-Brennstoffzellenflugzeug.
Das Flugzeug mit dem Spitznamen Lightning McClean startete am 2. März um 8:45 Uhr vom Grant County International Airport (KMWH) und erreichte 15 Minuten später eine Reiseflughöhe von 3.500 Fuß. Der Flug, der auf einer Sondergenehmigung der FAA für die Lufttüchtigkeit basiert, ist der erste eines zweijährigen Testflugs, der voraussichtlich 2025 abgeschlossen wird. Das Flugzeug, ein umgebauter Regionaljet vom Typ ATR 72, verfügt aus Sicherheitsgründen nur noch über ein originales fossil befeuertes Turbinentriebwerk; die übrigen Triebwerke werden mit reinem Wasserstoff betrieben.
Universal Hydrogen strebt an, den Regionalflugverkehr bis 2025 vollständig mit Wasserstoff-Brennstoffzellen zu betreiben. In diesem Test emittiert ein Triebwerk, das mit einer sauberen Wasserstoff-Brennstoffzelle betrieben wird, ausschließlich Wasser und belastet die Atmosphäre nicht. Da es sich um einen Vorversuch handelt, läuft das andere Triebwerk noch mit konventionellem Treibstoff. Daher ist der Unterschied zwischen den beiden Triebwerken deutlich erkennbar, selbst im Schaufeldurchmesser und in der Schaufelanzahl. Laut Universal Hydrogen sind Flugzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen sicherer, kostengünstiger im Betrieb und umweltschonender. Ihre Wasserstoff-Brennstoffzellen sind modular aufgebaut und können über die bestehenden Frachtanlagen des Flughafens be- und entladen werden, sodass der Flughafen den Nachschubbedarf von wasserstoffbetriebenen Flugzeugen ohne Umbauten decken kann. Theoretisch könnten auch größere Jets dies leisten; Turbofan-Triebwerke mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb werden voraussichtlich Mitte der 2030er-Jahre zum Einsatz kommen.
Paul Eremenko, Mitgründer und CEO von Universal Hydrogen, ist überzeugt, dass Passagierflugzeuge bis Mitte der 2030er-Jahre mit sauberem Wasserstoff betrieben werden müssen. Andernfalls wird die Branche gezwungen sein, Flüge zu reduzieren, um die branchenweiten Emissionsvorgaben zu erfüllen. Die Folge wären drastisch steigende Ticketpreise und ein Kampf um Flugtickets. Daher ist es dringend notwendig, die Forschung und Entwicklung von Flugzeugen mit alternativen Antrieben voranzutreiben. Doch dieser Erstflug gibt der Branche auch Anlass zur Hoffnung.
Die Mission wurde von Alex Kroll, einem erfahrenen ehemaligen Testpiloten der US-Luftwaffe und leitenden Testpiloten des Unternehmens, durchgeführt. Er erklärte, dass er im zweiten Testflug vollständig mit Wasserstoff-Brennstoffzellengeneratoren fliegen konnte, ohne auf herkömmliche Verbrennungsmotoren angewiesen zu sein. „Das modifizierte Flugzeug weist hervorragende Flugeigenschaften auf, und das Wasserstoff-Brennstoffzellensystem erzeugt deutlich weniger Lärm und Vibrationen als herkömmliche Turbinentriebwerke“, so Kroll.
Universal Hydrogen hat Dutzende Passagierbestellungen für wasserstoffbetriebene Regionaljets erhalten, darunter auch von Connect Airlines, einem amerikanischen Unternehmen. John Thomas, der Geschäftsführer des Unternehmens, bezeichnete Lightning McClains Flug als „Epizentrum für die Dekarbonisierung der globalen Luftfahrtindustrie“.
Warum sind wasserstoffbetriebene Flugzeuge eine Option zur Reduzierung von CO2-Emissionen in der Luftfahrt?
Der Klimawandel gefährdet den Luftverkehr auf Jahrzehnte hinaus.
Laut dem World Resources Institute, einer gemeinnützigen Forschungsorganisation mit Sitz in Washington, emittiert die Luftfahrt nur ein Sechstel des Kohlendioxids von Autos und Lkw. Allerdings befördern Flugzeuge täglich deutlich weniger Passagiere als Autos und Lkw.
Die vier größten Fluggesellschaften (American, United, Delta und Southwest) erhöhten ihren Kerosinverbrauch zwischen 2014 und 2019 um 15 Prozent. Trotz der Tatsache, dass effizientere und kohlenstoffärmere Flugzeuge in Produktion gegangen sind, sind die Passagierzahlen seit 2019 rückläufig.
Die Fluggesellschaften haben sich verpflichtet, bis Mitte des Jahrhunderts klimaneutral zu werden, und einige haben in nachhaltige Kraftstoffe investiert, um der Luftfahrt eine aktive Rolle im Kampf gegen den Klimawandel zu ermöglichen.
Nachhaltige Kraftstoffe (SAFs) sind Biokraftstoffe, die aus Speiseöl, tierischen Fetten, Siedlungsabfällen oder anderen Rohstoffen hergestellt werden. Sie können mit konventionellen Kraftstoffen gemischt werden, um Triebwerke anzutreiben, und werden bereits in Testflügen und sogar im Linienverkehr eingesetzt. Allerdings sind nachhaltige Kraftstoffe teuer und kosten etwa dreimal so viel wie herkömmlicher Flugzeugtreibstoff. Da immer mehr Fluggesellschaften nachhaltige Kraftstoffe kaufen und verwenden, werden die Preise weiter steigen. Befürworter setzen sich daher für Anreize wie Steuererleichterungen ein, um die Produktion anzukurbeln.
Nachhaltige Kraftstoffe gelten als Übergangslösung, die die CO₂-Emissionen senken kann, bis bedeutendere Fortschritte wie Elektro- oder wasserstoffbetriebene Flugzeuge erzielt werden. Tatsächlich werden diese Technologien in der Luftfahrt voraussichtlich erst in 20 bis 30 Jahren breite Anwendung finden.
Unternehmen versuchen, elektrische Flugzeuge zu entwickeln und zu bauen, aber die meisten sind kleine, hubschrauberähnliche Flugzeuge, die senkrecht starten und landen und nur eine Handvoll Passagiere befördern können.
Um ein großes Elektroflugzeug mit einer Kapazität von 200 Passagieren – vergleichbar mit einem mittelgroßen Standardflugzeug – zu entwickeln, wären größere Batterien und längere Flugzeiten erforderlich. Demnach müssten die Batterien etwa 40-mal so viel wiegen wie Kerosin, um vollständig geladen zu werden. Doch ohne eine Revolution in der Batterietechnologie sind Elektroflugzeuge nicht realisierbar.
Wasserstoffenergie ist ein wirksames Mittel zur Reduzierung von CO₂-Emissionen und spielt eine unverzichtbare Rolle in der globalen Energiewende. Ihr entscheidender Vorteil gegenüber anderen erneuerbaren Energiequellen liegt in ihrer Fähigkeit, großflächig und saisonunabhängig gespeichert zu werden. Grüner Wasserstoff ist in vielen Branchen, darunter Petrochemie, Stahl- und Chemieindustrie sowie die Luftfahrt, die einzige Möglichkeit zur tiefgreifenden Dekarbonisierung. Laut der Internationalen Kommission für Wasserstoffenergie (ICHE) wird der Wasserstoffenergiemarkt bis 2050 voraussichtlich ein Volumen von 2,5 Billionen US-Dollar erreichen.
„Wasserstoff selbst ist ein sehr leichter Kraftstoff“, erklärte Dan Rutherford, Forscher für die Dekarbonisierung von Autos und Flugzeugen beim International Council on Clean Transportation, einer Umweltorganisation, gegenüber der Associated Press. „Aber man benötigt große Tanks zur Speicherung von Wasserstoff, und der Tank selbst ist sehr schwer.“
Zudem bestehen Nachteile und Hindernisse für die Einführung von Wasserstoff als Kraftstoff. Beispielsweise wäre an Flughäfen eine massive und kostspielige neue Infrastruktur erforderlich, um den zu Flüssigkeit abgekühlten Wasserstoff zu speichern.
Dennoch bleibt Rutherford hinsichtlich Wasserstoff vorsichtig optimistisch. Sein Team glaubt, dass wasserstoffbetriebene Flugzeuge bis 2035 etwa 2.100 Meilen weit fliegen können werden.
Veröffentlichungsdatum: 16. März 2023