Die Möglichkeit des wasserstoffbetriebenen Fliegens bedeutet größere Chancen für fossilfreies Reisen, und die technologischen Fortschritte, die dies ermöglichen, schreiten schnell voran. Neue Studien der Technischen Universität Chalmers in Schweden zeigen, dass bis 2045 fast alle Flugreisen in einem Umkreis von 750 Meilen (1200 km) mit wasserstoffbetriebenen Flugzeugen durchgeführt werden könnten, und mit einem neuartigen Wärmetauscher, der derzeit entwickelt wird, könnte dieser Bereich sogar noch weiter ausgebaut werden.
„Wenn alles klappt, kann die Kommerzialisierung des Wasserstoffflugs jetzt sehr schnell vorangehen. Bereits 2028 könnten die ersten kommerziellen Wasserstoffflüge in Schweden in der Luft sein“, sagt Tomas Grönstedt, Professor an der Technischen Universität Chalmers und Direktor des Kompetenzzentrums TechForH2* an der Chalmers.
Einige dieser technologischen Fortschritte sind in den Windkanälen der Chalmers zu sehen, wo Forscher die Luftströmungsbedingungen in hochmodernen Einrichtungen testen. Hier werden energieeffizientere Motoren entwickelt, die den Weg für einen sicheren und effizienten Wasserstoffflug für Schwerlastfahrzeuge ebnen.
Die Zukunft der Wasserstoff-Kurzstreckenflüge für die nordischen Länder:
Bei der wasserstoffbetriebenen Luftfahrt sind Kurz- und Mittelstreckenflüge der Realisierung am nächsten. Eine kürzlich veröffentlichte Studie von Chalmers zeigt, dass wasserstoffbetriebene Flüge das Potenzial haben, bis 2045 97 Prozent aller innernordischen Flugrouten und 58 Prozent des nordischen Passagieraufkommens abzudecken.
Für diese Studie gingen die Forscher von einer maximalen Flugdistanz von 750 Meilen und der Verwendung eines bestehenden, für Wasserstoffantrieb angepassten Flugzeugmodells aus. Die Studie unter der Leitung von Doktorand Christian Svensson in der Forschungsgruppe von Tomas Grönstedt stellte auch einen neuen Treibstofftank vor, der genügend Treibstoff aufnehmen konnte, ausreichend isoliert war, um den superkalten flüssigen Wasserstoff aufzunehmen und gleichzeitig leichter war als die heutigen fossilbasierten Treibstofftanksysteme.
Neuartige Wärmetauscher für besseren Kraftstoffverbrauch
Wärmetauscher sind ein wesentlicher Bestandteil der Wasserstoffluftfahrt und ein Schlüsselelement der technologischen Fortschritte. Um das Gewicht der Kraftstoffsysteme gering zu halten, muss der Wasserstoff in flüssiger Form vorliegen. Dies bedeutet, dass der Wasserstoff im Flugzeug unterkühlt gehalten wird, normalerweise bei etwa -250 Grad Celsius. Durch die Rückgewinnung der Wärme aus den heißen Abgasen der Triebwerke und durch die Kühlung der Triebwerke an strategischen Stellen werden sie effizienter. Um die Wärme zwischen dem unterkühlten Wasserstoff und dem Motor zu übertragen, werden neuartige Wärmetauscher benötigt.
Um diese Herausforderung zu meistern, arbeiten Forscher bei Chalmers seit mehreren Jahren an der Entwicklung eines völlig neuen Wärmetauschertyps. Die Technologie, die jetzt vom Partner GKN Aerospace zum Patent angemeldet wurde, nutzt die niedrige Speichertemperatur von Wasserstoff, um Triebwerksteile zu kühlen, und verwendet dann die Abwärme der Abgase, um den Kraftstoff um mehrere hundert Grad vorzuwärmen, bevor er in die Brennkammer eingespritzt wird.
„Jedes Grad Temperaturerhöhung reduziert den Treibstoffverbrauch und erhöht die Reichweite. Wir konnten zeigen, dass Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge, die mit dem neuen Wärmetauscher ausgestattet sind, ihren Treibstoffverbrauch um fast acht Prozent senken könnten. Wenn man bedenkt, dass ein Flugzeugtriebwerk eine ausgereifte und gut etablierte Technologie ist, ist dies ein sehr gutes Ergebnis für eine einzelne Komponente“, sagt Carlos Xisto, außerordentlicher Professor an der Abteilung für Strömungsmechanik in Chalmers und einer der Autoren der Studie.
Die Forscher weisen auch darauf hin, dass diese Art von Wärmetauschertechnologie in einem regulären Verkehrsflugzeug vom Typ Airbus A320 mit weiterer Optimierung eine verbesserte Reichweite von bis zu zehn Prozent oder das Äquivalent der Strecke Göteborg-Berlin (ungefähr 450 Meilen) bieten könnte.
Schweden verspricht trotz Herausforderungen große Investitionen.
Die Arbeit an Lösungen für die Wasserstoffluftfahrt der Zukunft wird auf breiter Front durchgeführt. Regierungen, Universitäten und private Unternehmen arbeiten zusammen. In Schweden bringt der Innovationscluster Swedish Hydrogen Development Centre (SHDC) wichtige Akteure zusammen, darunter Branchenführer und Experten aus der Wissenschaft. Bei einem kürzlich abgehaltenen SHDC-Seminar stellten Forscher von Chalmers ihre Arbeit vor und mehrere kommerzielle Unternehmen bekundeten, dass sie in den kommenden Jahren massiv in Wasserstoffflüge investieren werden. Obwohl die Technologie weit fortgeschritten ist, liegen die Herausforderungen eher in den erforderlichen hohen Investitionen und in der Entwicklung von Infrastruktur, Geschäftsmodellen und Partnerschaften, um den Wasserstoff produzieren, transportieren und speichern zu können, damit die Umstellung auf Wasserstoffflüge möglich wird. Für eine vollständige Umstellung werden voraussichtlich etwa 100 Millionen Tonnen grüner Wasserstoff pro Jahr benötigt.
„Die Industrie geht davon aus, dass bis 2050 30–40 Prozent der weltweiten Luftfahrt mit Wasserstoff betrieben werden. Wahrscheinlich werden wir in den nächsten Jahren einen Mix aus Flugzeugen benötigen, die mit Strom, weniger umweltschädlichem E-Jet-Treibstoff und Wasserstoff betrieben werden. Aber jedes Flugzeug, das mit Wasserstoff aus erneuerbarer Energie betrieben werden kann, reduziert den Kohlendioxidausstoß“, sagt Tomas Grönstedt.
TechForH2 bietet gute Voraussetzungen, um sich der Wasserstoff-Herausforderung zu stellen, und mit einem Budget von 162 Millionen SEK (entspricht 15,5 Millionen USD) kann das Kompetenzzentrum zur Entwicklung einer Reihe verschiedener Forschungsbereiche beitragen, die Wasserstoff und Schwertransport miteinander verbinden.
