Wasserstoffflugzeug

Als Wasserstoffflugzeug wird ein Flugzeug bezeichnet, das mit einem Triebwerk fliegt, das durch Wasserstoff angetrieben wird.

Firmen wie Boeing, Lange Aviation, EADS und die DLR erforschen den Wasserstoffantrieb für bemannte und unbemannte Flugzeuge.

Das Boeing Wasserstoffflugzeug, angetrieben durch eine Brennstoffzelle

Boeing

Im Februar 2008 testete Boeing ein bemanntes Flugzeug, das durch eine Brennstoffzelle und einen Elektromotor angetrieben wurde.^[1]

Im Juli 2010 stellte Boeing den Wasserstoff getriebenen Phantom Eye vor, ein ausdauerndes, unbemanntes Aufklärungsflugzeug für große Höhen. Das Antriebssystem besteht aus zwei Verbrennungsmotoren die mit Wasserstoff angetrieben werden.^[2]

Antares H3

Die DLR und die Lange Research Aircraft GmbH entwickeln zur Zeit den Motorsegler Antares H3, der bei einer Flugdauer von 50 Stunden eine Reichweite von 6000 km erreichen soll. Dabei sollen Nutzlasten von bis zu 200 kg getragen werden. Angetrieben wird das Flugzeug durch Elektromotor und Brennstoffzelle, die Wasserstofftanks befinden sich in 4 stromlinienförmigen Behältern unter den Flügeln. Als Basis für die Entwicklung diente der bereits seit 2004 fliegende Elektrosegler Antares 20E und das Wasserstoffflugzeug Antares DLR-H2. Das Abfluggewicht beträgt 1,25 t. In einer weiteren Ausbaustufe soll das Flugzeug auch unbemannt fliegen. Der Erstflug ist für 2011 geplant.^[3]

Das Cryoplane-Projekt

Unter dem Namen Cryoplane (dtsch. Kälteflugzeug) lief im Zeitraum 2000 bis 2002 ein Großprojekt von 36 Firmen, Hochschulen und Behörden unter der Führung von Airbus, mit dem Ziel die technische und wirtschaftliche Machbarkeit, sowie Sicherheitsaspekte und die Umweltverträglichkeit von flüssigem Wasserstoff als Flugzeugkraftstoff zu untersuchen, sowie Strategien für einen möglichst reibungslosen Wechsel zu diesem neuen Treibstoff zu erarbeiten. Der Name des Projektes leitet sich aus der Notwendigkeit ab Wasserstoff auf mindestens −253 °C abzukühlen um es in flüssigem Zustand zu halten.

Die folgende Nennung von Vor- und Nachteilen basiert größtenteils auf bisher bekanntgegebenen Erkenntnissen aus diesem Projekt.

Vorteile

Da Wasserstoff bei gleicher Masse das 2,8-fache an Energie enthält wie Kerosin würde ein Wasserstoffflugzeug bei gleicher Reichweite erheblich weniger Treibstoff benötigen als eine heutige Maschine und würde somit den Transport höherer Nutzlasten ermöglichen.

Wasserstoff verbrennt ohne Emission von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, daher hätten Wasserstoffflugzeuge deutlich geringere schädliche Auswirkungen auf die Umwelt. Ein möglicher wirtschaftlicher Vorteil ergibt sich hieraus, wenn Regierungen – z. B. zur Umsetzung der Vereinbarungen des Kyoto-Protokolls – Förderungsmaßnahmen für emissionsarme Technologien beschließen. Allerdings entstehen weiterhin Wasserdampf (Kondensstreifen, bei gleicher Turbinenleistung sogar intensiver) und Stickoxide.

Im Brandfall wird die Tatsache als Vorteil angesehen, dass Wasserstoff bei Temperaturen über −252,882 °C gasförmig und leichter als Luft ist. Die Bildung von Brandteppichen, wie sie bei auslaufendem Kerosin auftritt, wäre somit ausgeschlossen, da austretender Wasserstoff diese Schwelle schnell überschreiten und nach oben entweichen würde. Im Ergebnis könnten Rettungskräfte leichter zu einer am Boden havarierten Maschine vordringen.

Nachteile

Das Volumen von Wasserstoff ist auch im flüssigen Zustand noch viermal größer, als es bei Kerosin der Fall ist. Das hat zur Folge, dass entweder weniger Raum für Nutzlasten verbleibt oder dass die Rümpfe von Wasserstoffflugzeugen entsprechend größer ausgelegt werden müssten. Darüber hinaus müssen Tanks, in denen flüssiger Wasserstoff transportiert werden soll, beim heutigen Stand der Technik Kugel- oder Zylinderform haben. Damit ist eine Unterbringung der Tanks in den Tragflächen – wie es heute bei Kerosintanks der Fall ist – nur noch begrenzt möglich. Dies führt dazu, dass neue Positionen für die Unterbringung der Treibstofftanks gefunden werden müssen. Diskutiert wird derzeit z. B. über einen Einbau im Rumpf oberhalb der Passagier- bzw. Frachtkabine.

Der Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff bedingt neue Konstruktionen für Tanks, Kraftstoffsysteme und Triebwerke der Maschinen, sowie eine neue Technik der Betankung an Flughäfen. Die für die Automobiltechnik entwickelten Konzepte, z. B. leichte Drucktanks, können abgewandelt auch in der Flugzeugtechnik eingesetzt werden.

→ Hauptartikel: Wasserstoffspeicherung

Wasserstoff muss selber hergestellt werden, dabei können weitere Nachteile auftreten. Derzeit geschieht dies aus Erdgas unter Kohlendioxid-Freisetzung. Die Herstellung aus Biomasse, die nur begrenzt zur Verfügung steht, ist im Versuchsstadium. Eine Herstellung durch Elektrolyse aus Solarstrom ist bei Überkapazitäten wirtschaftlich (Windgas).

→ Hauptartikel: Wasserstoffherstellung

Das Hydrogenius-Projekt

An der Universität Stuttgart entwickelt das Institut für Flugzeugbau unter dem Projektnamen Hydrogenius einen mit Wasserstoff angetriebenen 2-sitzigen Motorsegler. Die als gasförmiger Wasserstoff gespeicherte Energie wird in einer Brennstoffzelle in Strom umgewandelt; ein Elektromotor treibt die Luftschraube an.

Siehe auch

• Smartfish
• Variante Tu-155 im Artikel Tupolew Tu-154
• Wasserstofftechnologie
• Wasserstoffwirtschaft
• Wasserstoffantrieb

Weblinks

• http://ec.europa.eu/research/growth/gcc/projects/in-action-cryoplane.html
• http://www.h2hh.de/downloads/Westenberger.pdf (PDF-Datei; 2,51 MB)
• http://www.diebrennstoffzelle.de/h2projekte/mobil/cryoplane.shtml
• http://www.innovations-report.de/html/berichte/verkehr_logistik/bericht-46118.html
• http://www.ifb.uni-stuttgart.de/index.php/en/forschung/flugzeugentwurf/hydrogenius

Einzelnachweise

1. ↑ Ion tiger hydrogen UAV. Sciencedaily.com (15. Oktober 2009). Abgerufen am 12. Dezember 2010.
2. ↑ Boeing's 'Phantom Eye' Ford Fusion powered stratocraft, The Register. 2010. Juli 13. Abgerufen am 14. Juli 2010. 
3. ↑ 50 Stunden Flugdauer mit Antares H3 (Quelle: Hydrogeit Verlag Stand: 17. November 2010)