Wasserstofftechnologie für nachhaltige Luftfahrt - H2FLY
Wasserstoff ist ein großer Hoffnungsträger auf dem Weg in eine saubere und nachhaltige Zukunft. Er soll Stahl grün werden lassen, die chemische Industrie von ihrer Erdölabhängigkeit heilen und überschüssigen Strom aus regenerativen Quellen speichern. Und er soll eine neue Ära des Fliegens ermöglichen. Eines der Unternehmen, die daran arbeiten, dass das keine Zukunftsmusik bleibt, ist H2FLY aus Stuttgart.
„Unsere Vision ist es, ein Regionalflugzeug mit bis zu 40 Sitzen mit einem Flüssigwasserstofftank für den Treibstoff auszustatten und mit einer Brennstoffzelle zu koppeln“, sagt Josef Kallo, einer der Gründer und Geschäftsführer von H2FLY. „Diese liefert dann emissionsfrei die elektrische Energie an einen Elektromotor, der wiederum das Flugzeug – in unserem Fall eine Dornier 328 – antreibt.“
Bereits im LuFo-Programm VI-1 hatte sich ein Konsortium zusammengefunden, um einen elektrischen Motor samt passendem Propeller in die 328 zu integrieren. Im LuFo VI-2 folgte dann der nächste Schritt. „Hier sind wir Partner in einem Projekt, das bei uns intern 328 H2FC heißt“, sagt Josef Kallo. Die 328 steht für die Dornier und FC ist die Abkürzung für Fuel Cell also Brennstoffzelle. Neben H2FLY gehören die Deutsche Aircraft, General Electric Deutschland, Diehl Aerospace, das DLR, IABG und AKG zu den Hauptpartnern. „Unser Part bei der H2FLY ist es, ein Flüssigwasserstofftank- und Brennstoffzellensystem zu entwickeln, bis zur Testreife zu bringen und beides miteinander zu koppeln“, erklärt der Elektrotechniker, der auch das Institut für Energiewandlung und -speicherung an der Universität Ulm leitet.
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Wir wollen lernen, an welchen Stellen Komponenten und Verfahren verbessert werden müssen.
Dass Wasserstoff dem sauberen Fliegen den Weg bereiten wird, daran glaubt Josef Kallo fest. Und er schwört dabei auf die ultrakalte flüssige Form des leichtesten aller Elemente. Denn anders als herkömmliches Kerosin entsteht bei seiner Umwandlung in einer Brennstoffzelle nur Wasser und kein klimawirksames Kohlendioxid. Natürlich könne man den Wasserstoff auch direkt im Flugzeugtriebwerk verbrennen, sagt er und wendet im selben Atemzug ein: „Doch dann entstehen Stickoxide. Und außerdem würde das Wasser als heißer Dampf in die Atmosphäre entlassen werden – was sich wiederum auf das Klima auswirkt.“
Bis es aber so weit ist, steht noch eine Menge Arbeit an. Denn eine Brennstoffzelle im Megawattbereich wurde bisher noch nicht gebaut. Und all die Komponenten – vom Tank über die Leitungen bis zur Brennstoffzelle – müssen erst noch so weit gebracht werden, dass sie luftfahrttauglich sind. Wie lassen sich die Systeme integrieren und zusammenschalten? Wie wird der Flüssigwasserstoff betankt? Wie wird die Sicherheit des Tanks berücksichtigt? All das sind Fragen, die H2FLY beantworten muss, bevor die Dornier 328 das System in der Luft testen kann. „Ende der 2020er Jahre ist geplant, die Funktionalität des Antriebs, Flüssigwasserstofftank, Brennstoffzelle als Energiewandler, Inverter für den Motor und Motor mit Propeller nachzuweisen“, blickt Josef Kallo in die Zukunft. „Damit wollen wir lernen, an welchen Stellen welche Komponenten und welche Verfahren verbessert werden müssen, um dann in die eigentliche Produktentwicklung einzusteigen.“
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Mit einem Flüssigwasserstoff-Brennstoffzellenantrieb sind wir mehrere Weltrekorde geflogen.
Die erste Version der Flüssigwasserstofftanks ist bereits ausgelegt und getestet. Die zweite Version, die sich dann bei einem Bodentest am DLR-Teststand beweisen soll, ist fast fertig. Der Elektroingenieur ist zuversichtlich, dass das gut funktionieren wird. „Wir haben bereits Erfahrung mit einem anderen Flugzeug mit kleinerem Antrieb gesammelt“, sagt er. „Da sind wir 2023 mit einem 120-Kilowatt-Flüssigwasserstoff-Brennstoffzellensystem mit unserem Testflugzeug HY4 gleich mehrere Weltrekorde geflogen.“
Und das war nicht der erste große Erfolg, den er mit der Wasserstofftechnologie in der Luftfahrt verbuchen konnte. „Als noch kaum einer glaubte, dass es überhaupt möglich ist, Wasserstofftechnologien in ein Flugzeug einzubauen, haben wir beim DLR mit LuFo-Unterstützung bereits daran geforscht“, sagt er. „Einer unserer ersten großen Erfolge war es, das Bugrad eines Airbus A320 mit einer Brennstoffzelle und einem Wasserstofftank auszustatten.“ Die 45 Tonnen schwere Maschine damit über das Flugfeld fahren zu lassen, hat ihn nachhaltig beeindruckt. Aus seiner Forschung heraus hat er zusammen mit Kollegen dann H2FLY als Spin-off des DLR gegründet. Und ist LuFo treu geblieben. „Ich halte das Programm für ein sehr gutes Instrument, um selbst visionäre Technologien so weit anzustoßen, dass sie den Sprung in die Realität schaffen können“, sagt er. Denn neben fortgeschrittenen Technologien, die bereits an der Grenze zum fertigen Produkt sind, hätten auch risikoreiche Entwicklungen wie die Brennstoffzelle im Flugzeug eine Chance auf Förderung. „LuFo macht innovative Forschung überhaupt erst möglich“, ist sich Josef Kallo sicher. „Es schafft finanziellen Spielraum für die Forschungsvorhaben und es fördert den Austausch zwischen den verschiedenen Projektpartnern enorm.“
Text: Kai Dürfeld
Projektträger Luftfahrtforschung
Kontakt:
H2FLY GmbH
E-Mail: info@h2fly.de
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