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Klimaschutz Wie Wasserstoff die Luftfahrt sauber machen soll

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Technische Herausforderungen

Welche Schritte dazu unternommen werden müssen, hat kürzlich eine Studie von McKinsey im Auftrag der Clean-Sky-Initiative der Europäischen Kommission und der Luftfahrtindustrie detailliert geschildert. Die Autoren rechnen damit, dass im Jahr 2050 rund 40 Prozent der Flugzeuge mit einem Wasserstoffantrieb unterwegs sein könnten.

Genutzt werden könne der Wasserstoff an Bord auf zwei Weisen: Brennstoffzellen könnten ihn in Strom umwandeln, der Elektromotoren betreibt. Oder das Gas würde direkt in speziellen Turbinen verfeuert ähnlich wie heute Kerosin. Diese Variante wäre zwar weniger effizient, auch entstünden weiterhin gesundheitsschädliche Stickoxide. Auf Langstreckenflügen dürften Turbinen allerdings erst einmal die einzige praktikable Lösung sein, weil Brennstoffzellen und ihre nötigen Kühlsysteme zu schwer wären.

Auch neue Tanks müssten entwickelt werden, um den Wasserstoff an Bord zu speichern. Wasserstoff enthält zwar im Vergleich zu Kerosin dreimal mehr Energie pro Kilogramm Gewicht. Allerdings verflüchtigt sich das Gas leicht. Außerdem hat es ein größeres Volumen und muss deshalb heruntergekühlt und verflüssigt werden. Beides macht schwere und wuchtige Tanks nötig. Gegenüber Kerosintanks dürften sie viermal so wie Platz einnehmen, weshalb das Flugzeug größer und schwerer werde, so die Studie. Um den Einsatz praktikabel zu machen, müsse das Gewicht der Tanks im Vergleich zu heutigen Prototypen halbiert werden.

Gewaltiger Bedarf an Ökostrom

Auch an Flughäfen müsste eine neue Infrastruktur geschaffen werden: Elektrolyse-Anlagen vor Ort müssten Wasserstoff aus Ökostrom herstellen; an kleineren Flughäfen könnten Wagen das Gas auch anliefern. Die Luftfahrt könnte der Studie zufolge künftig bis zu 1500 Gigawatt an Stromkraftwerken benötigen. Zum Vergleich: Aktuell sind weltweit laut der Internationalen Agentur für Erneuerbare Energien gut 2500 Gigawatt an Solar-, Wind- und anderen Ökostromkraftwerken installiert. 

Die Autoren haben auch synthetische Kraftstoffe untersucht - etwa Kerosin, das aus Wasserstoff und Kohlendioxid hergestellt wird. Ein Nachteil: Bei der Umwandlung geht Energie verloren. Bei Wasserstoff werden 58 Prozent des Ökostroms in Schub umgesetzt - bei synthetischen Kraftstoffen nur 22 Prozent. Auch Stickoxide werden weiter in die Luft ausgestoßen.

Die ersten Flugzeuge mit Wasserstoff-Antrieb könnten in weniger als zehn Jahren an den Start gehen, so die Autoren. Erst einmal dürften das kleinere Flugzeuge sein, die auf regionalen Strecken unterwegs sind, mit 19 Passagieren und 500 Kilometern Reichweite. In zehn bis 15 Jahren könnten dann Flieger mit 80 Sitzen und 1000 Kilometern Reichweite starten, in 15 Jahren 165-Sitzer mit 2000 Kilometer Reichweite. Diese Flugzeuge machen 70 Prozent der weltweiten Flotte aus - und zwei Drittel der Kohlendioxid-Emissionen. 

Keine Angst vor Explosionen

Damit könnten Wasserstoff-Antriebe also schon relativ bald helfen, die Luftfahrt umweltfreundlicher zu machen. Die Betriebskosten pro Passagier könnten laut der Studie um fünf bis zehn Dollar steigen. Auf Langstreckenflügen sind die Herausforderungen größer: Flugzeuge müssten stärker umgestaltet werden, die Kosten pro Passagier könnten stärker steigen.

Auch die Sicherheit der neuen Antriebe muss getestet werden. Wasserstoff ist sehr entzündlich - man denke an die Explosion des Luftschiffs Hindenburg, das im Jahr 1937 mit Wasserstoff abhob. Doch heute lasse sich ein hohes Maß an Sicherheit gewähren, sagt Bauhaus-Luftfahrt-Experte Kaiser. Ein Vorteil von Wasserstoff sei, dass er schnell nach oben schwebe - und auch der Feuerball bei einer Explosion rasch nach oben steige. „Wenn Sie heute mit einem Flugzeug dagegen einen Unfall haben, schwimmen Sie auf einem brennenden Kerosin-See.”

ZeroAvia ist nach eigenen Angaben bereits in Gesprächen mit verschiedenen Fluglinien, die über den kommerziellen Einsatz des neuartigen Fliegers nachdenken. Im Herbst wollen die Briten einen Langstreckenflug mit Brennstoffzellen an Bord durchführen von den Orkney-Inseln nach Schottland. Die Coronakrise gibt den Entwicklern Rückenwind: Für Wasserstoff stehen jetzt viele Milliarden Euro Fördergelder in Aussicht.

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