Die internationale Luftfahrt befindet sich im Umbruch. Als Wachstumsbranche nimmt die Luftfahrt ihre Verantwortung der Umwelt gegenüber sehr ernst. Zahlreiche Technologieinitiativen zielen darauf ab, Treibstoffverbrauch und Emissionen künftiger Flugzeuggenerationen weiter zu reduzieren. Ein vielversprechender Weg ist die Verwendung alternativer Treibstoffe.

 

Wasserstoff als AlternativeEin Vorreiter in Sachen biologischer Treibstoffe ist die britische Fluglinie Virgin Atlantic. Schon in den nächsten Wochen soll eine Boeing 747 mit Biokerosin in den Tanks abheben. Technisch gesehen kein Problem. Die Herausforderung liegt vielmehr in der Produktion ausreichender Mengen an Treibstoffen aus biologischem Anbau. Schon jetzt konkurrenzieren sich Flächen für den Anbau von Nahrungsmitteln mit jenen für Biotreibstoffe. Eine Einbahnstraße, wie Horst Baier, Leiter des Lehrstuhls für Luftfahrttechnik an der TU München in einem Interview mit dem SPIEGEL meint. Darüber hinaus wird bei der Verbrennung von Biokerosin ähnlich viel Kohlendioxid frei wie bei fossilen Treibstoffen. Als Alternative bringt Horst Baier Wasserstoff als praktisch unbegrenzt zur Verfügung stehende Energiequelle ins Spiel. Tatsache ist, dass sowohl Airbus als auch der russische Flugzeugbauer Tupolev wertvolle Grundlagenforschung auf diesem Gebiet geleistet haben.

Herausforderung Wasserstoff

Grundsätzlich gibt es für die Verwendung dieses Energieträgers in herkömmlichen Triebwerken keine Hindernisse. Die Vorteile für die Umwelt sind jedoch beachtlich. Bei der Verbrennung von Wasserstoff entstehen lediglich Wasserdampf – je Energieeinheit zweieinhalbmal mehr als bei Kerosin – sowie geringe Mengen Stickoxide. Die Emission des Treibhausgases CO2 entfällt völlig. Die technische Machbarkeit haben Ingenieure an der Fachhochschule Aachen bereits nachgewiesen. Sie haben ein neuartiges Verfahren zur Gemischaufbereitung in der Brennkammer entwickelt, das sehr niedrige Stickoxid-Werte verspricht. Getestet wurde das Verfahren mit einem modifizierten Hilfstriebwerk (APU), wie es an Bord des Airbus A320 eingesetzt wird.

Eine der Hauptherausforderungen liegt in der energieaufwendigen Herstellung des Wasserstoffes. Wasserstoff ist überwiegend in Verbindung mit anderen Stoffen vorhanden. Um Wasserstoff herzustellen, muss er aus diesen Verbindungen herausgelöst werden. Dazu benötigt man wiederum Energie. Konsequenter- und sinnvollerweise bieten sich in diesem Zusammenhang erneuerbare Energien wie beispielsweise Wasserkraft oder Sonnenenergie an. Eine weitere technische Hürde ist die notwendige Kühlung des Treibstoffes. Selbst auf minus 253° C abgekühlt und verflüssigt braucht Wasserstoff für die gleiche Energiemenge viermal soviel Platz wie Kerosin. Auch wegen der Temperatur und der notwendigen Isolierung wären die heute üblichen Integraltanks in den Tragflächen nicht zu verwenden. Deshalb hat Airbus in seinen Studien für einen Wasserstoff-Airbus spezielle Tanks auf dem Rumpf der Passagierkabine vorgesehen. Ein Vorteil ist dagegen das im Vergleich zu Kerosin um den Faktor 3 kleinere Gewicht, woraus ein geringeres Abfluggewicht oder eine höhere Nutzlast resultiert. Wenige Probleme hätten heutige Triebwerke mit dem umweltfreundlichen Treibstoff zurecht zu kommen. Andererseits wären erheblich Änderungen an den Leitungen, Pumpen und Dichtungen erforderlich.

Erfahrungen aus Russland

Praktische Erfahrungen mit cryogenen Treibstoffen konnte bereits der russische Flugzeugbauer Tupolev sammeln. Dank der Umrüstung einer dreistrahligen Tu-154 verfügt das Unternehmen über erhebliches Know-how auf diesem Gebiet. Allerdings wurde das russische Erprobungsflugzeug nicht mit Wasserstoff sondern mit flüssigem Methan betrieben. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas, von dem es in Russland riesige Vorräte gibt. Langfristig setzt man aber auch in Russland auf Wasserstoff als Energieträger, zumal Methan selbst ein Treibhausgas ist. Erdgas bietet sich jedoch als Zwischenlösung an, weil es, anders als flüssiger Wasserstoff, reichlich verfügbar und damit vergleichsweise günstig ist. Da man es auf minus 156 ° C abkühlen muss, eignet es sich gut, um grundlegende Techniken für die Nutzung tiefkalter Treibstoffe in der Zivilluftfahrt zu entwickeln.

Noch ist die sinnvolle Verwendung der Technik, dies gilt insbesondere auch für die Herstellung von Wasserstoff, einige Zeit entfernt. Techniker gehen davon aus, dass 2025 ein serienreifes Flugzeug mit Wasserstoffantrieb zur Verfügung stehen könnte. Für Luftfahrtingenieur Baier ist Wasserstoff der einzig sinnvolle Weg in die Zukunft der Luftfahrt.

Christian Pöchhacker (02/2008)