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Zeitfragen | Beitrag vom 30.03.2021

Wasserstoff statt KerosinSieht so die Zukunft des Fliegens aus?

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Eine undatierte grafische Darstellung zeigt ein Konzept für ein Flugzeug mit Wasserstoffantrieb für bis zu 200 Passagiere des Luftfahrtkonzerns Airbus.  (picture alliance / dpa / Airbus )
Eine undatierte grafische Darstellung zeigt ein Konzept für ein Flugzeug mit Wasserstoffantrieb für bis zu 200 Passagiere des Luftfahrtkonzerns Airbus. (picture alliance / dpa / Airbus )

Wasserstoff gilt als Energie der Zukunft und könnte auch die Flugzeugbranche revolutionieren. Airbus arbeitet an Prototypen, die keine Klimagifte mehr ausstoßen sollen. Wasserstoff spielt da eine zentrale Rolle. Es gibt aber noch viele Probleme.

In den Werbefilmen der Flugzeugbauer ist die Zukunft schon greifbar: Prototypen mit elektrischen Triebwerken fliegen darin die ersten Schleifen am Himmel. Der "E-Fan X" von Airbus war einer dieser Prototypen. Ein Kooperationsprojekt des Flugzeugbauers mit der Triebwerksparte von Rolls-Royce und Siemens.

"Durch das ‚E-Fan‘-Programm konnte der gesamten Flugzeugindustrie gezeigt werden, dass am elektrischen und hybrid-elektrischen Fliegen kein Weg vorbeiführt. Vor fünf Jahren konnte sich das noch niemand vorstellen."

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Grazia Vittadini ist die Technologiechefin des europäischen Airbus-Konzerns. Und auch wenn das "E-Fan X"-Projekt nach dem Ausstieg von Siemens mittlerweile vorzeitig beendet wurde, geht die Suche nach Technologien für ein emissionsfreies Fliegen auch bei Airbus weiter. 2035 soll der erste klimaneutrale Jet der Firma einsatzbereit sein, erklärt Vittadini, die lange am Airbus-Standort in Hamburg-Finkenwerder gearbeitet hat.

"Es bedeutet, bis 2025 alle Entscheidungen über Technologien und Architekturen getroffen zu haben. Was für eine Technologie? Was für eine Konfiguration? Und im Sinne der Demonstration werden wir schon dieses Jahr erste Ergebnisse aus unseren Demonstratoren haben."

Und diese Demonstratoren, das sind frühe Entwicklungsmodelle, beziehen ihre Energie nicht mehr aus Kerosin, nicht mehr aus Flugbenzin.

Ein Prototyp soll in zehn Jahren fertig sein

"Es geht um Wasserstoff. Und in den nächsten fünf bis sechs Jahren werden unsere Demonstratoren ein erster Schritt sein, um Ende der 2020er-Jahre einen vollständigen Flugzeugprototyp auch entwickeln zu können."

Der Wasserstoff soll durch Elektrolyse gewonnen werden. Dabei wird H2O, also Wasser, durch Strom aufgespalten in Wasserstoff und Sauerstoff. Grüner Wasserstoff entsteht dann, wenn der Elektrolysestrom aus regenerativen Quellen stammt. – Wie der Wasserstoff dann im Flugbetrieb eingesetzt wird, hängt davon ab, wie die Jets eingesetzt werden sollen, auf Kurz- oder Langstrecken.

"Man kann Wasserstoff in modifizierten Gasturbinen-Triebwerken verbrennen. Wasserstoff lässt sich auch über Brennstoffzellen in elektrischen Strom dann umwandeln. Und ebenso kann Wasserstoff auch verwendet werden, um die so genannten ‚E-Fuels‘ zu erzeugen, synthetische Kraftstoffe."

Der emissionsfreie Linienjet hat also entweder direkt mit Wasserstoff betriebene Triebwerke oder elektrische Propeller, die über eine mit Wasserstoff versorgte Brennstoffzelle ihren Strom beziehen. Allerdings sei noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit nötig, um diese Ideen auch umzusetzen, erklärt Johannes Hartmann vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR.

"Bei der Brennstoffzelle, die in Luft zu kriegen und auch in ausreichendem Maße Leistung zu erzeugen in der Luft, in allen möglichen Phasen des Fluges, da gibt es noch ein bisschen Arbeit zu tun. Bei einer Wasserstoffverbrennung ist es aber auch nicht so, dass man die heute aus dem Regal kaufen kann. Auch da gibt es noch Forschungsbedarf."

Dier Herausforderung ist, Wasserstoff zu transportieren

Dazu kommt: Der Wasserstoff muss an Bord der Flugzeuge entweder unter hohem Druck oder stark gekühlt flüssig gehalten werden. Bei -250 Grad wäre das möglich, so Johannes Hartmann vom DLR. Denkbar wäre, die Tanks als riesige Thermoskannen zu konzipieren, um möglichst wenig Energie für die Kühlung während des Flugs zu verbrauchen.

Um Platz zu schaffen für die im Vergleich zu heutigen Flugzeugen größeren Tanks denken die Forschenden bei Airbus darüber nach, den Jet der Zukunft als Nurflügler zu konzipieren. Welche Rumpfform sich aber am Ende durchsetzen wird, ist noch nicht klar. – Und auch, wenn ein Wasserstoffflugzeug kein Kohlendioxid ausstößt, auch, wenn bei der Verbrennung von Wasserstoff nur Wasserdampf entsteht, sei keineswegs klar, welche Klimawirkung die Flugzeuge in großen Höhen, in der Stratosphäre einmal haben werden, so Hartmann.

"Das ist nicht unbedingt klimaneutral. Da gibt es verschiedene Aspekte. Der Wasserdampf selber hat eine Wirkung, aber auch eine eventuell induzierte Wolkenbildung durch Wasserdampf, durch Wasserausstoß in die Atmosphäre kann einen Klimaeffekt haben. Der kann sowohl positiv als auch negativ sein. Aber in den meisten Fällen überwiegt wahrscheinlich ein leicht negativer Effekt. Es ist gar nicht so einfach und relativ komplex, solche Technologien zu bewerten, was die Klimawirkung angeht."

Kerosin aus Frittierfett und Altöl

Fest steht aber, dass die Klimawirkung eines Wasserstoffflugzeugs weitaus geringer als die konventioneller Jets ist. – Ein anderer Weg, den CO2-Ausstoß von Flugzeugen zu senken, ist der Einsatz von neuartigem Treibstoff. Schon heute können Pflanzenöle, sogar altes Frittierfett mit Wasserstoff zu Flugbenzin veredelt werden. Schon heute können Jets damit ihre Triebwerke befeuern.

Produziert wird das Bio-Kerosin unter anderem vom Mineralölkonzern Shell. Jörg Dehmel ist in der Rheinland-Raffinerie des Unternehmens "Technology und Transformation"-Manager. Neben dem Kerosin aus Altöl sei es auch möglich, synthetische Kraftstoffe herzustellen, die sogenannten E-Fuels. Wichtigste Ausgangsstoffe: Wasserstoff und das klimaschädliche Kohlendioxid.

"Das können sie aus der Luft abscheiden. Das könnte aber auch aus Biomasse kommen. Und dann setzen sie dazu noch Wasserstoff ein und sie betreiben einen sogenannten Aufbau von Molekülen und würden dann auch wieder einen synthetischen Kraftstoff herstellen. Das sind die sogenannten E-Fuels, die dann eben halt in Flugzeugen als Kerosin eingesetzt werden können."

Im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin werden auf diese Weise 80 Prozent Kohlendioxid eingespart, so der Shell-Manager. Allerdings hat auch die Idee, Flugzeuge mit den sogenannten E-Fuels fliegen zu lassen, einen, besser – mehrere Haken. Die Treibstoffe sind teuer in der Herstellung und die Produktionskapazitäten noch so gering, dass die Nachfrage danach aus der Flugzeugindustrie und der Automobilbranche nicht ansatzweise bedient werden kann.

Und der wichtigste Grundstoff – der grüne Wasserstoff – ist noch lange nicht in den Mengen verfügbar, die eine schnelle CO2-Reduktion möglich machen würde. Dazu wäre ein massiver Ausbau Erneuerbarer Energien nötig. Die derzeitigen Ausbaupläne der Bundesregierung sehen das aber gar nicht vor. – Der Wasserstoffflieger von Airbus soll erst 2035 abheben. Bis dahin ist noch Zeit, die Produktion von grünem Wasserstoff massiv zu erhöhen. Passiert das nicht, wird das emissionsfreie Fliegen nicht mehr als eine gute Idee bleiben.

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