Fliegen mit Wasserstoff
Aktueller Stand des Fliegens mit Wasserstoff als Treibstoff: Zeroavia und kryokomprimierter Wasserstoff
Wasserstoff gilt als ein vielversprechender Energieträger für die Luftfahrt, da er das Potenzial hat, die CO2-Emissionen erheblich zu reduzieren. Dennoch stellt die Speicherung von Wasserstoff eine große Herausforderung dar. Entweder muss er extrem gekühlt werden, um flüssig zu bleiben, oder er wird komprimiert, was einen hohen Energieaufwand erfordert. In diesem Kontext testet das britisch-amerikanische Luftfahrtunternehmen Zeroavia eine innovative Speichertechnik für Wasserstoff, die einige Vorteile bieten soll.
Zeroavia hat angekündigt, künftig mit dem US-Start-up Verne zusammenzuarbeiten.
Verne ist auf Speicher- und Betankungssysteme für wasserstoffbetriebene Schwerlastfahrzeuge spezialisiert, darunter Lkw, Schiffe und Flugzeuge.
Das Unternehmen aus San Francisco setzt dabei auf kryokomprimierten Wasserstoff (CcH2), eine Mischform der kryogenen und der Druckspeicherung.
Was ist kryokomprimierter Wasserstoff?
Kryokomprimierter Wasserstoff wird als überkritisches Fluid gespeichert, was bedeutet, dass er bei weniger Druck und höheren Temperaturen gelagert wird als herkömmlicher gasförmiger oder flüssiger Wasserstoff. Gasförmiger Wasserstoff (GH2) wird typischerweise bei Umgebungstemperatur mit 350 oder 700 bar komprimiert, während flüssiger Wasserstoff (LH2) bei extrem niedrigen Temperaturen von 20 Kelvin (minus 253,15 Grad Celsius) gespeichert wird.
Im Gegensatz dazu benötigt kryokomprimierter Wasserstoff einen Druck von etwa 300 bar und eine Temperatur von 38 Kelvin (minus 235 Grad Celsius). Diese Methode bietet einige signifikante Vorteile.
Vorteile von CcH2
Ein wesentlicher Vorteil von kryokomprimiertem Wasserstoff ist die höhere nutzbare Speicherdichte. Dies führt zu einer größeren Reichweite für wasserstoffbetriebene Flugzeuge. Die theoretische maximale volumetrische Speicherdichte von CcH2 liegt bei beeindruckenden 80 Kilogramm pro Kubikmeter. Zum Vergleich: Flüssiger Wasserstoff hat eine volumetrische Speicherdichte von 70,79 Kilogramm pro Kubikmeter bei einer Temperatur von 20 Kelvin. Bei GH2 hängt die Speicherdichte vom Druck ab: Bei 300 bar sind es 20 Kilogramm pro Kubikmeter, bei 700 bar 40 Kilogramm pro Kubikmeter – das Verhältnis zwischen Dichte und Druck ist bei realen Gasen nicht linear.
Ein Vorteil gegenüber GH2 ist, dass wegen des geringeren Drucks die Speicher weniger stark ausgelegt sein müssen, wodurch diese günstiger werden. Eine weitere Kostensenkung ergibt sich durch die verringerte Kompression. Die Boil-off-Rate, also der Verlust durch Verdampfung, ist bei CcH2 geringer als bei LH2. Schließlich soll das Betanken mit CcH2 schneller und einfacher sein als mit GH2 und LH2.
Zeroavia will Flugzeuge mit Wasserstoffantrieb ausrüsten. 2020 hatte das Unternehmen eine Maschine mit einem 250 Kilowatt starken Antriebsstrang ausgerüstet. Anfang 2023 flog erstmals eine auf Elektroantrieb umgebaute 19-sitzige Dornier 228. Sie hat einen 600 Kilowatt starken Antrieb (ZA600). Das nächste Projekt wird die Umrüstung einer Dash 8-400. Sie will Zeroavia mit einem 1,8-Megawatt-Antrieb (ZA2000) ausstatten.
Hamburg Airport, Rotterdam Den Haag Airport, die Luftfahrt- bzw. Spitzencluster Hamburg Aviation und Rotterdam The Hague Innovation Airport haben ZeroAvia als neuen Partner für die „Hydrogen Flight Corridor Initiative“ gewonnen. Im Rahmen der Farnborough Air Show am 25. Juli 2024 wurden die gemeinsamen Pläne zur Einrichtung der ersten Flugroute mit wasserstoffbetriebenen Flugzeugen bekannt gegeben.