Ein Start-up aus Großbritannien will die Luftfahrt emissionsfrei machen. Dafür setzt es auf Brennstoffzellen und Elektromotoren. Der erste Flug ist bereits geglückt – und noch vor 2025 sollen die ersten Passagiere in Wasserstofffliegern unterwegs sein.
Von Michael Förtsch
Im September rollte eine kleine Propellermaschine auf eine der Startbahnen des britischen Regional- und Forschungsflughafens Cranfield, der in unmittelbarer Nachbarschaft der britischen Cranfield University liegt. Die blaue Piper Malibu fuhr an, hob mit drehendem Propeller ab und flog eine vorgegebene Strecke, um dann acht Minuten später wieder zu landen. Das klingt unspektakulär und nach einem gewohnten Anblick. Doch genau darin liegt irgendwie auch der Erfolg. Denn das Flugzeug selbst ist alles andere als gewöhnlich. Statt mit Kerosin oder Flugzeugdiesel wird die mit sechs Sitzen ausgestattete Piper mit sauberer Energie aus Wasserstoff angetrieben. Das machte den auf den ersten Blick so banalen Abstecher in die Luft zum ersten Flug eines Passagier-tauglichen Flugzeugs mit Brennstoffzellenantrieb.
„Das ist schon enorm“, sagt Julian Renz zu 1E9. Er ist Head of Programms beim britischen Start-up ZeroAvia, das den Brennstoffzellenabtrieb entwickelt und das Flugzeug umgerüstet hat. Seine Begeisterung ist durchaus berechtigt. Denn das einst im Silicon Valley gegründete, aber dann nach Großbritannien umgesiedelte Start-up existiert seit gerade einmal drei Jahren. Gestartet war es mit einer so vagen wie ultimativen Vision: „Wir wussten, wir müssen die Emissionen im Luftverkehr massiv senken“, meint Renz. Und die Erkenntnis, dass „sich im Luftverkehr etwas ändern muss“, sei innerhalb der Branche und auch bei den Flugzeugbauern durchaus vorhanden. Aber es passiere seit Jahren viel zu wenig, um neue Technologien zum Einsatz zu bringen und einen Umbruch anzuschieben.
Wir wussten, wir müssen die Emissionen im Luftverkehr massiv senken.
Julian Renz
Obschon die Corona-Pandemie dem Luftverkehr einen Dämpfer versetzt hat, wird die Anzahl von Flügen in den kommenden Jahren weiter steigen. Sei es für Reisen, Geschäftstreffen oder auch für Transporte. Damit wachsen auch die Emissionen wieder an, die den Klimawandel vorantreiben. Derzeit liegt der Anteil des Flugverkehrs an den gesamten CO2-Emissionen noch bei unter drei Prozent, doch er könnte weiter steigen. Daher haben sich Branchenverbände wie die Air Transport Action Group bereits verpflichtet, die Emissionen bis 2050 im Vergleich zum Jahr 2005 um 50 Prozent zu senken. Und Länder wie Norwegen wollen ab 2040 Inlands- und Kurzstreckenflüge nur noch mit emissionsfreien Maschinen erlauben.
Nur fehlt es bislang an Flugzeugen, mit denen das möglich wäre. Genau das will ZeroAvia ändern. Denn mit dessen Wasserstoffantrieb sollen sich in wenigen Jahren zahlreiche Flugzeuge einfach umrüsten lassen, die derzeit noch als Luftverschmutzer unterwegs sind.
Elektromotor: ja, Batterien: schwierig
Anfangs wusste das Team von ZeroAvia selbst nicht so recht, wie es den Luftverkehr „sauber“ kriegen soll. Oder, wie es Renz umschreibt: „Wir waren offen für alle Technologien.“ Die Entwickler von ZeroAvia hatten sich daher mit biologischen und synthetischen Kraftstoffen auseinandergesetzt, aber deren Herstellung als zu aufwendig und zu teuer empfunden. Dann fiel der Blick auf elektrische Antriebssysteme, die mittlerweile recht effizient und kompakt ausfallen. Der ZeroAvia-Gründer Valery Miftakhov hatte ohnehin schon ein Start-up um E-Auto-Ladesysteme aufgebaut. „Es war also recht logisch“, sagt Renz. „Elektromotoren in der Luftfahrt, das klappt. Aber wir stellten fest, dass das mit Batterien nicht funktionieren würde.“
Die Batterien, das urteilten die Ingenieure des Start-ups, wären zu schwer, um einen Flieger effizient mit Energie versorgen zu können. Vor allem, wenn der Flieger auch noch längere Strecken bewältigen soll. „Wo kriegen wir also dann die Energie her?“, so Renz. Schnell sei das Team auf Wasserstoff gekommen. Oder genauer: auf ein Wasserstoff-elektrisches System, das grundsätzlich nicht viel anders funktioniert, als jene, die bereits in manchen Wasserstoff-PKW zu finden sind. „Es ist absolut vergleichbar“, sagt Renz. „Und eigentlich ist es auch ziemlich einfach aufgebaut.“
In einem Tank des Flugzeugs wird Wasserstoff gespeichert. Derzeit geschieht das in Gas-förmigem Zustand. Aber später soll der Wasserstoff unter hohem Druck und damit in Flüssigform mitgeführt werden – denn das bedeutet mehr Energie auf gleichen Raum, was wiederum mehr Strecke machen lässt. Der Wasserstoff, egal ob nun Gas-förmig oder flüssig, wird dann in ein effektives Brennstoffzellensystem geleitet, das durch eine Reaktion mit Sauerstoff elektrischen Strom produziert, der genutzt wird, um den Elektromotor des Flugzeugs anzutreiben. Als Abfallprodukt entsteht dabei: Wasser.
„Der größte Unterschied zum Auto ist wohl jener, dass es in Autos immer auch eine Batterie braucht“, sagt Renz. „In der Luftfahrt kommen wir auch ohne Batterie als Zwischenspeicher aus.“ Wobei in der Piper, die im September flog, noch eine kleine Batterie zwischen Brennstoffzelle und Elektromotor zwischengeschaltet war. Aber auch die soll für den nächsten Test verschwinden. Dann würde das Flugzeug allein durch die Brennstoffzellen in der Luft gehalten werden.
Gute Vorzeichen für den Wasserstoff
Um die Luftfahrt konsequent auf Wasserstoff umzurüsten, muss jedoch nicht nur die Technik funktionieren. Auch die politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen müssen stimmen. Genau hier sieht Julian Renz mittlerweile gute Vorzeichen – nachdem Wasserstoff zuvor seit Jahren propagiert, aber nie effektiv gefördert wurde. Viele Länder haben auch als Reaktion auf den Druck von Bewegungen wie Fridays for Future und den bereits jetzt spürbaren Auswirkungen des Klimawandels dezidierte Wasserstoffstrategien entwickelt – darunter Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Finnland und die Europäische Union. Allein in Deutschland sollen neun Milliarden Euro in die Wasserstoffwirtschaft fließen.
Julian Renz von Zero Avia war auch bei der 1E9-Konferenz 2020 im November dabei. Mit Jürgen Guldner, der als Vice President das Thema Wasserstoff bei BMW betreut, und Wolfram Reiners vom Wasserstoff-Start-up Oceanergy diskutierte er über die Chancen einer Wasserstoffökonomie - und darüber, was es zu ihrer Verwirklichung noch braucht.
„Das ist sehr hilfreich“, sagt Renz. „Das hat eine Lenkungswirkung, das werden wir sehen.“ Die neue Bewegung, die in und um Wasserstoff und Brennstoffzellentechnik entsteht, könne Start-ups in diesem Bereich helfen, Investoren zu finden und die Entwicklung insgesamt voranzutreiben – nicht nur in der Luftfahrt. Sie könne der Technik auch eine stärkere Aufmerksamkeit dahingehend bringen, dass Probleme und Grauzonen bemerkt und angegangen werden. Beispielsweise müsse sich noch „die ganze Bandbreite, was Versicherungen und Zertifizierungen,“ angeht kräftig entwickeln.
Wir sehen, dass wir schon jetzt mit ganz normalen Flugzeugen wie der Piper mit Wasserstoff fliegen können.
Julian Renz
„Das wird noch eine Herausforderung für die kommenden Jahre“, sagt Renz. Da wären auch die Unternehmen gefragt. Sie müssten die „Behörden mitnehmen“ und bei dem Prozess begleiten, die Technologie zu verstehen. Jedoch muss sich auch das Bild von Wasserstoff in der Öffentlichkeit ändern. Denn das sei immer noch von Bildern wie dem Absturz der Hindenburg und Berichten über explodierende Wasserstoffautos geprägt. Und das, obwohl sich in den vergangenen Jahren und Jahrzehnten insbesondere in Sachen Lagerung und Transport von Wasserstoff viel verändert habe.
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Ab 2023 sollen Wasserstoffflieger unterwegs sein
Das Team von ZeroAvia ist von seinem System überzeugt und ebenso davon, dass damit ein schneller Wandel in der Luftfahrt machbar ist. Es müsse kein vollständig neues Flugzeug entwickelt werden, sondern lediglich angepasst werden, was bereits in der Luft ist. „Wir sehen, dass wir schon jetzt mit ganz normalen Flugzeugen wie der Piper mit Wasserstoff fliegen können“, sagt Renz. „Das ist es, was wir demonstrieren und beweisen wollen.“ Was jetzt anstünde, wäre den entwickelten Antriebsstrang von den Behörden zertifizieren zu lassen und dann zu skalieren - damit er schon bald in Flugzeugen für zehn bis 20 Passagiere eingesetzt werden kann, die etwa für Geschäfts- und Inlandsflüge genutzt werden.
Schon Ende 2023 bis Anfang 2024 sollen dadurch die ersten sauberen Wasserstoffflieger unterwegs sein – das ist die Herausforderung, die sich das Team selbst setzt. Sie sollen auf Strecken von bis zu 800 Kilometern eingesetzt werden. Bis dahin stünde für das Team aber „noch eine Menge an Arbeit“ an, sagt Renz. Erste potenzielle Kunden gibt es jedoch schon – wobei derzeit noch keine Namen genannt werden sollen. Aber es wären vor allem regionale Airlines, die bereits Interesse angemeldet haben.
Um diese Kunden zu überzeugen, will ZeroAvia ihnen einen gehörigen Teil der Arbeit und Sorge mit dem Wasserstoffantrieb abnehmen. Kaufen sollen die Fluglinien nämlich nicht den Wasserstoffantrieb selbst. Stattdessen will ZeroAvia auf ein Power-by-the-hour-Model setzen, bei der die Fluggesellschaften quasi den Antrieb mieten und pro Flugstunde bezahlen. Dafür übernimmt ZeroAvia die kontinuierliche Wartung und sorgt auch dafür, dass die Tanks stets mit Wasserstoff aus „grünen Quellen“ gefüllt sind.
Sollte ZeroAvia mit all dem erfolgreich sein, sollen größere Flieger in Angriff genommen werden. Julian Renz spricht da von Maschinen mit 50 bis 80 Sitzen, die etwa zwischen europäischen Metropolen pendeln. Bis Ende der 2020er sei es denkbar, die Technik an diese anzupassen und erste solche Flieger in die Luft zu bringen. Einige Jahre später sei es dann durchaus machbar, Flugzeuge mit den Ausmaßen eines A320 auf Wasserstoff umzurüsten, die zwischen 185 bis 230 Menschen fassen. Und damit wohl zeitgleich mit dem Flugzeugbauer Airbus. Die Luftfahrt emissionsfrei zu bekommen ist kein Spurt, sondern ein Langstreckenlauf.
Teaser-Bild: ZeroAvia