Fliegen ohne Schuldgefühle der Umwelt gegenüber – ein Traum für viele Naturschützer. Wasserstoff könnte da helfen: als Alternative zum herkömmlichen Kerosin für den klimaneutralen Flug. //von Gianluca Göbbels und Hannah Klein

Einmal von Köln nach Mallorca und zurück das Flugzeug genommen, schon hat der oder die Reisende eine halbe Tonne CO₂ auf dem Gewissen. Die EU hat vor bis 2030 die Treibhausgase gegenüber 1990 um 55 Prozent zu senken. Offensichtlich ist: Mit dem Fliegen ist dieses Ziel nicht vereinbar. Um dieses Klimaziel auch im Flugverkehr zu erreichen, ist Wasserstoff (H₂) einer der Lösungsansätze, von dem sich viele Expert:innen am meisten versprechen. Die Energie pro Einheit Wasserstoff ist dreimal höher als bei konventionellem Kerosin. Wenn er mithilfe von erneuerbaren Energien durch Elektrolyse produziert wird –  der Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels elektrischen Stromes – verursacht es keine CO₂-Emissionen.

Erste Tests mit Wasserstoffflugzeugen

Zeroe-Modell von Airbus, Bildquelle: Gianluca Göbbels, Airbus

Derzeit forschen viele Unternehmen und Wissenschaftler:innen an CO₂-neutralem Fliegen mit H₂. Drei der relevantesten Akteure sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Zeroavia und Airbus. Im September 2020 hat das Unternehmen Zeroavia im englischen Cranfield den ersten Testflug mit seinem Wasserstoff-Brennstoffzellenflugzeug, das auch Passagiere befördern kann, absolviert. Zudem will ZeroAvia bis 2024 Flugzeuge auf den Markt bringen, die mit Wasserstoffantrieb bis zu zwanzig Passagiere über knapp 1.000 Kilometer transportieren können.

Drei Konzepte für den zivilen Flug

Auch Airbus hat im September 2020 seine ersten Konzepte für drei wasserstoffbetriebene Flugzeuge vorgestellt. Diese sollen alle als Verkehrsflugzeuge genutzt werden. Die Flugzeuge unterscheiden sich in ihrer Antriebsart: Beim ersten Flugzeug handelt es sich um eine Propellermaschine mit Platz für rund 100 Passagieren und einer Reichweite von 1.850 Kilometern. Das zweite Konzept ist eine Art A320-Maschine mit Düsenantrieb, rund 3.700 Kilometern Reichweite und einem Tank im hinteren Drittel des Flugzeuges. Der letzte der drei Entwürfe ist ein Wing-Body-Flugzeug, bei dem Flügel und Rumpf ineinander übergehen, für dieses ist eine Reichweite von rund 3.700 Kilometern geplant. Jedoch sollen alle drei Konzepte des weltweit größten Flugzeugherstellers Airbus erst 2035 fertig sein.

Verwendung von Wasserstoff in der Luftfahrt

Grundsätzlich gibt es drei Verwendungsmöglichkeiten für Wasserstoff in der Luftfahrt. In umgerüsteten Gasturbinen könnte reiner Wasserstoff verbrannt werden und es würde kein CO₂ freigesetzt werden. Jedoch wird hier nur ein Wirkungsgrad von circa 40 Prozent erreicht. Wasserstoff kann auch durch Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden und so einen Elektromotor betreiben. Zwar hat diese Methode mit circa 60 Prozent einen höheren Wirkungsgrad als die Gasturbine, aber mehr Gewicht. Bei der dritten Variante wird mit Wasserstoff in Kombination mit CO₂ synthetisches Kerosin produziert. Bei diesem sogenannten Power-to-Liquid-Verfahren wird während der Herstellung aus der Atmosphäre CO₂ entzogen. Dieses wird mit Wasserstoff zu einem Rohöl verbunden und dann zu Kerosin weiterverarbeitet. Fliegt mit diesem Kraftstoff ein Flugzeug, emittiert es somit lediglich die gleiche Menge an CO₂, wie vorher entzogen wurde.

Verwendung von Wasserstoff als Antrieb für Flugzeuge, Bildquelle: Hannah Klein

Problematiken

Infografik Wasserstoff im Flugverkehr, Bildquelle: Gianluca Göbbels

Wasserstoff benötigt viel größere und druckfestere Tanks, da die Energiedichte geringer als bei herkömmlichem Kerosin ist. Bei gleicher Energie ist das Volumen von Wasserstoff ungefähr um das Vierfache größer als bei Kerosin. Außerdem benötigt das Flugzeug spezielle Systeme, um das H₂ flüssig zu halten. Das führt zu mehr Gewicht und verringerter Effizienz. Schlimmstenfalls kann das Flugzeug dadurch nicht mehr abheben. Außerdem ist die Herstellung des Wasserstoffes teuer und kompliziert. Häufig wird dabei Strom verwendet, der aus Erdgas produziert wird. Dabei entstehen mehrere Tonnen von CO₂. Um Wasserstoff im Flugverkehr nachhaltig zu verwenden, bräuchte es mehr erneuerbare Energiequellen – eine Fläche von der Größe der Niederlande müsste zum Windpark werden.

Expertenmeinungen

Laut Andreas Schütz, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Pressesprecher des DLR, seien die größten Probleme zum einen die aerodynamische Anpassung der Flugzeuge aufgrund der großen Tanks und zum anderen die Gewährleistung der Sicherheit. Bastian Klein, licensed aircraft Engineer, ehemals bei der DG-Flugzeugbau GmbH und der Jetaviation AG meint: "Ich glaube die eine Lösung gibt es nicht. Es kommt immer auf die Anwendung an, ob es regionale, Kurzstrecke oder intercontinentale Flüge sind." Regionale Flüge könnten mit Batterien funktionieren, alles weitere langfristig eher mit Wasserstoff. Biokersin könne übergangsweise eine Lösung sein, da die Infrastruktur dafür schon bestehe.
Was aktuell wie eine Utopie klingt, könnte in ein paar Jahren Realität sein. Das klimaneutrale Fliegen könnte den Reisenden die Flugscham und der Umwelt die CO₂-Belastung ersparen .

Teaserbild: Flugzeug im Himmel hinter Baum // Quelle: Hannah Klein

Die Autor:innen

Gianluca Göbbels

Hannah Klein