Maschine auf, neue Kapsel rein, Start: Kaffeetrinker haben sich in den vergangenen Jahren daran gewöhnt, wie einfach es sein kann, sich einen Espresso oder Lungo zu brühen. Das Kapsel-Prinzip à la Nespresso ist schnell, bequem und idiotensicher. Nur umweltfreundlich sind die Wegwerf-Behälter nicht gerade.
Nun inspiriert das Kapsel-Konzept Ingenieure dazu, eine ganz andere Branche klimafreundlich zu machen: die Luftfahrt. Händeringend sucht die Branche, die für 2,5 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich ist, nach neuen sauberen Antrieben. Sie will weg vom Kerosin und dessen schlechter Kohlendioxid-Bilanz. Als ein Favorit gilt neuerdings Wasserstoff, hergestellt aus Ökostrom. An Bord verfeuert, hinterlässt er bloß Wasserdampf, keine Schadstoffe.
Schon im Sommer hat eine Studie von McKinsey im Auftrag der Clean-Sky-Initiative der Europäischen Kommission und der Luftfahrtindustrie detailliert geschildert, wie im Jahr 2050 rund 40 Prozent der Flugzeuge mit einem Wasserstoffantrieb unterwegs sein könnten. Start-ups wie ZeroAvia und Forschungsinstitute wie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt arbeiten auch schon an kleinen Fliegern, die mit Brennstoffzellen an Bord abheben sollen.
Die französische Regierung stellt im Rahmen der Corona-Konjunkturprogramme Milliarden Euro für den Bau sauberer Flugzeuge bereit und plant eine Wasserstoff-Allianz mit Deutschland. Und der Luftfahrtkonzern Airbus will jetzt auch Flieger mit dem neuen Antrieb bauen.
Nur: Bisher gibt es an Flughäfen keinerlei Wasserstoff-Tankstellen. Und abgesehen von ein paar kleinen Forschungsfliegern sind Prototypen für größere Flugzeuge nicht in Sicht. Die ersten Linienflieger von Airbus sollen erst im Jahr 2035 mit Brennstoffzellen abheben.
Wie eine Kaffeemaschine im Riesenformat
Jason Chua will das schneller schaffen. Der Mitgründer des Start-ups Universal Hydrogen aus Los Angeles will schon 2024 Passagierflugzeuge mit Wasserstoffantrieb abheben lassen. Und zwar keine kleinen Viersitzer für kurze Touristenrundflüge – sondern Linienflieger mit 40 bis 50 Passagieren.
Um den Markt so kurzfristig anzukurbeln, wollen die Kalifornier bestehende Regionaljets mit elektrischen Wasserstoff-Antriebssträngen aufrüsten. „Unsere Nachrüst-Kits lassen sich deutlich schneller zertifizieren als komplett neu entwickelte Flugzeuge“, sagt Chua, „und können weit früher abheben.“
Möglich machen soll es das Kapsel-Konzept: Wie bei einer Kaffeemaschine will Chua Flugzeuge künftig mit Behältern füttern, die genug Wasserstoff für einen Linienflug enthalten. Anders als in einer Kaffeemaschine geht es hier um Kapseln im Riesen-Format: Sie sollen mehr als zwei Meter lang und einen Meter breit sein.
Die Treibstoff-Patronen müssen gleich mehrere Bedingungen erfüllen: So sollen wie die Tanks selbst besonders leicht sein – je geringer das Gewicht, desto weiter kommt das Flugzeug. Ihre Wände bestehen darum nicht aus Stahl, sondern aus Karbonfasern und Kevlar – sehr leichten, aber auch hochfesten Materialien, mit denen Wasserstoff unter hohem Druck als Gas oder bei sehr geringen Temperaturen als Flüssigkeit gespeichert werden kann.
Zudem soll das Tanken mit den Behältern so leicht sein, wie ein paar Paletten in den Laderaum zu verfrachten: Während Flughafenmitarbeiter das Gepäck einladen, schieben Kollegen per Hebebühne oder Gabelstapler mehrere Sprittanks in vorgesehene Teile des Laderaums: Aus Treibstoff wird Fracht.
An Bord dienen die Kapseln als Treibstoff-Tanks, am Boden werden sie zu Transport-Behältern: 54 Kapseln passen zusammen in einen herkömmlichen Schiffscontainer – und lassen sich per LKW, Schiff und Bahn zwischen Wasserstoff-Fabrik und Flughafen hin- und herfahren.
Transport und Lagerung von Wasserstoff sind heute teuer – und Flughäfen müssten Milliarden in neue Betankungsanlagen für Wasserstoff stecken, wenn sie die Flugzeuge ähnlich mit Wasserstoff füllen wollen wie mit Kerosin. Der Ansatz von Universal Hydrogen soll den Aufwand und die Kosten deutlich senken. „Unsere Kapseln ermöglichen einen kostengünstigen Wasserstoff-Transport, basierend auf bestehenden Frachtnetzwerken“, sagt Chua.
Wasserstoff im Tank: Ein Umrüstkit für Kerosinflieger
Als Kandidaten für ihr Umrüst-Kit haben die Kalifornier Turboprop-Maschinen vom Typ De Havilland Canada DHC8-Q300 ins Auge gefasst, kurz Dash 8. Die sind weltweit auf Regionalstrecken im Einsatz - auch Eurowings und die Lufthansa-Tochter Austrian Airlines haben mehrere Dutzend der Maschinen in ihrer Flotte.
Um sie zu Wasserstoff-Fliegern zu machen, hat Universal Hydrogen zwei erfahrene Partner an Bord geholt: Plug Power aus den USA liefert die Brennstoffzellen, die den Wasserstoff an Bord in Strom umwandeln. Das Unternehmen stellt unter anderem Wasserstoffantriebe für Gabelstapler in den Lagern von Walmart und Amazon her. Das Start-up MaxniX wiederum entwickelt die Elektromotoren für die Flieger. Der Anbieter hat auch schon Wasserflugzeuge für den Einsatz in Kanada elektrifiziert.
Die neuen voluminösen Tanks sollen zwar zehn Sitzplätze an Bord kosten, weil Wasserstoff mehr Raum einnimmt als Kerosin. Doch im Betrieb sollen die Flieger den Fluglinien unter dem Strich wegen des sparsamen Elektroantriebs genauso viel Gewinn einbringen wie die Kerosinflieger heute.
Auch die Reichweite der umgerüsteten Propellermaschinen soll etwas geringer sein, 750 bis 1000 Kilometer weit sollen sie fliegen können. Das soll aber reichen, um einen Großteil der heutigen Routen weiterhin bedienen zu können, heißt es bei Universal Hydrogen. „Bis 2030 wollen wir etwa 2000 Flugzeuge umrüsten“, sagt Chua.
Bis dahin muss Universal Hydrogen zeigen, dass seine Tanks und die Umrüst-Kits sicher funktionieren, dass sie die Abwärme der Brennstoffzellen ableiten können – und dass die Flugzeuge mit der leicht veränderten Gewichtsverteilung abheben können. Auch die Zertifizierung der Luftfahrtbehörden wird eine Hürde für das Start-up sein.
Es stellt sich zudem die Frage, ob Universal Hydrogen mit gasförmigem Wasserstoff tatsächlich die angepeilte Reichweite erreicht. „Die meisten Konzepte für Wasserstoffflugzeuge gehen heute davon aus, flüssigen Wasserstoff mit an Bord zu nehmen, weil seine Energiedichte deutlich höher ist“, sagt Jochen Kaiser, Leiter für visionäre Flugzeugkonzepte beim Münchner Luftfahrt-Think-Tank Bauhaus Luftfahrt.
Auch das haben die Kalifornier mit ihren Kapseln vor. Um Wasserstoff zu verflüssigen, müssen sie ihn allerdings auf minus 253 Grad Celsius herunterkühlen – und ihn möglichst lange so kalt bewahren. 40 Stunden lang soll das mit den Tanks der Gründer möglich sein – auch das muss sich in der Praxis noch beweisen.
Keine Angst vor Feuer
Bei der Sicherheit des Wasserstoff-Antriebs sehen Experten dagegen keine großen Hürden. Laien denken bei Wasserstoff häufig an die Explosion des Luftschiffs Hindenburg im Jahr 1937. Heute lasse sich mit dem Gas aber ein großes Maß an Sicherheit gewähren, sagt Bauhaus-Luftfahrt-Experte Kaiser. Wasserstoff ist leichter als Luft - im Fall eines Feuers etwa auf dem Flugplatz würde das brennende Gas schnell nach oben verflüchtigen, während sich Kerosin wie ein brennender See auf dem Asphalt ausbreitet.
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Wenn Universal Hydrogen tatsächlich Flugzeuge auf Brennstoffzellen-Betrieb umrüsten könne, sei das ein interessantes Konzept vor allem für den Kurzstreckenbereich, sagt Luftfahrtexperte Kaiser. „Der Start im Jahr 2024 ist aber sehr ambitioniert.“
Immerhin kann das Start-up auf ein erfahrenes Gründerteam zählen, das zuvor in führenden Positionen beim ehemaligen US-Techkonzern United Technologies (heute Raytheon), bei Airbus und bei Google gearbeitet hat. Mitgründer Chua hat bei United Technologies ein hybrid-elektrisches Flugzeug entwickelt, bevor er sich als Gründer selbstständig gemacht hat. Sollten sie Erfolg haben, könnten die Kapseln von Universal Hydrogen helfen, die Energiewende in der Luftfahrt zu beschleunigen. Gründer Chua will Fluglinien den Umbau ihrer Jets im Tausch gegen langfristige Treibstoff-Lieferverträge anbieten. Ganz nach dem Vorbild von Nespresso und Co. – die bewiesen haben, wie man mit dem Kapsel-Konzept Kunden an sich binden und Milliarden verdienen kann.
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