Wasserstoff-Flugzeug |

Revolutionärer Fortschritt in der Luftfahrt: Das Studententeam AeroDelft hat die fertige Struktur seines mit Flüssigwasserstoff angetriebenen Prototypen namens „Phoenix PT“ vorgestellt. Das Wasserstoffflugzeug produziert keinerlei schädliche Emissionen. Das brandneue Flugzeug wurde am Freitag den 26. Februar vorgestellt und bringt das Team der nachhaltigen Luftfahrt einen Schritt näher. Nach zwei Jahren engagierter Forschungs- und Produktionstätigkeiten stellt das fertige Flugzeug einen wichtigen Meilenstein dar. „Es fühlt sich wirklich an wie Weihnachten,“ sagt Sam Rutten, der für die Produktion des Prototypen zuständig war, während seiner Präsentation. Durch verschiedene Testetappen wird das Team nun auf den ersten mit Flüssigwasserstoff angetriebenen Flug im Herbst hinarbeiten.

AeroDelft, das Team bestehend aus 50 Studenten 17 verschiedener Nationalitäten, möchte beweisen, dass flüssiger Wasserstoff eine Alternative zu konventionellen Luftfahrttreibstoffen ist, um so die Luftfahrtindustrie dazu zu inspirieren, die großen Veränderungen zu tätigen, welche nötig sind, um einen weltweiten nachhaltigen Umschwung in der Luftfahrt zu erreichen. Dadurch positionieren die Studenten sich an der Spitze der „Revolution“ in der Industrie, welche auch von vielen weiteren Initiativen mitgetragen wird, die in der letzten Zeit rund um den Globus erschienen sind.

Die Herausforderungen
Eine Revolution bringt auch Herausforderungen mit sich: „Da die Corona-Pandemie den Fortschritt gebremst hat, indem die meiste Arbeit von zu Hause aus erledigt werden muss, war es keine einfache Angelegenheit,“ sagt der Leiter des Teams Jan-Willem van Zwieten. Zu Beginn der Pandemie musste das Team einen wesentlichen Rückschlag hinnehmen, als es den Zugang zu seiner ursprünglichen Werkstatt verlor. Dadurch musste die Arbeit sogar einige Wochen lang aus einem Hinterhof-Schuppen weitergeführt werden. Nichtsdestotrotz waren die Teammitglieder dank ihrer Entschlossenheit dazu in der Lage, wie geplant fortzuschreiten und blicken nun mit Stolz auf ihr Ergebnis.

Während der Präsentation des Flugzeugs gaben die führenden Ingenieure interessante technische Einblicke in die Produktion des Prototypen. Durch die zeitlichen und budgetären Einschränkungen wurden kreative Methoden angewendet. Zum Beispiel wurde ein teurer Ofen, welcher normalerweise für die Wärmebehandlung von großen Verbundwerkstoffbauteilen benötigt wird, kurzerhand durch ein mit Heizlüftern bestücktes und aus Isolationsmaterialien improvisiertes Iglu ersetzt. Außerdem war man dazu in der Lage, viel Zeit und Geld zu sparen, indem man die Hohlformen für kleinere Bauteile selbst im 3D-Druckverfahren herstellte.

Außerhalb dieses Projektes gibt es noch weitere Herausforderungen, welche nicht außer Acht gelassen werden sollten. So müssen entlang der Produktionskette des Wasserstoffs noch viele Verbesserungen vorgenommen werden um diesen Prozess auch in großen Maßstäben nachhaltig zu gestalten. Hierbei liegen die momentanen Probleme nicht nur in der Produktion selbst, sondern auch der Lagerung und dem Transport. Zum Beispiel wird die Nutzung des Wasserstoffs in der Luftfahrt nur tatsächlich den Anforderungen bezüglich der Nachhaltigkeit gerecht, wenn Strom aus erneuerbaren Quellen für den Elektrolyseprozess verwendet wird. Hinzu kommt, dass die für die Bereitstellung des Wasserstoffs notwendige Infrastruktur noch kaum an Flughäfen vorhanden ist. Dies hebt die Wichtigkeit des Phoenix-Projektes hervor, da solche Innovationen auf kleineren Maßstäben die Entwicklung in allen Bereichen entfachen können.

Die nächsten Schritte
Der nächste Schritt ist nun der Jungfernflug des Prototypen, wofür zunächst jedoch die inneren Komponenten, welche den Propeller antreiben, sowie die Zulassung des Flugzeugs fertiggestellt werden müssen. Da die Ingenieure, welche an Komponenten wie dem Wasserstofftank, der Brennstoffzelle oder dem Motor arbeiten, sich in der finalen Produktionsphase befinden, kann die Testphase bald beginnen. Das Team hat sich als Ziel gesetzt, noch diesen Frühling den ersten batterie-elektrischen Flug mit dem Prototypen durchzuführen. Im Sommer soll dann der erste durch gasförmigen Wasserstoff angetriebene Flug stattfinden. Im Herbst will das Team dann schließlich den Erstflug mit flüssigem Wasserstoff erreichen.

Insgesamt sieht das Team die Zukunft positiv. „Jetzt, wo wir endlich tatsächlich ein Flugzeug haben, hat unsere Motivationen einen weiteren Schub bekommen und wir sind bereit für die Herausforderungen, welche noch auf uns zukommen werden,“ sagt Rutten. Letztendlich werden die Studenten von AeroDelft mit ihrem Flugzeug und nur einer Tankladung dazu imstande sein, von Delft nach Ibiza zu fliegen, ohne dabei schädliche Emissionen zu produzieren. Eine vielversprechende Aussicht, welche ihrem Motto entspricht: „Our future flies in clean skies“.

AeroDelft, ein Team aus Studenten der Technischen Universität in Delft, entwickelt zurzeit das erste mit Flüssigwasserstoff und Brennstoffzellen betriebene Flugzeug der Welt. Am Mittwoch, 24. April 2019 hat das Team einen Protoypen des Flugzeugs vorgestellt, das ausschließlich Wasserdampf produziert und somit keine umweltschädlichen Stoffe ausstößt.

In den vergangenen 120 Jahren hat sich die Luftfahrt vom Traum weniger Pioniere hin zu einer alltäglichen Industrie entwickelt, die jährlich auf 38,1 Millionen Flügen rund 4 Milliarden Menschen befördert. Dadurch ist die Luftfahrtindustrie heutzutage allerdings für zwei Prozent des globalen CO2-Ausstoßes verantwortlich, vor allem, weil Flugzeuge fossile Brennstoffe verbrennen. Die Luftfahrt ist somit maßgeblich an der Erderwärmung beteiligt. Fliegen mit Wasserstoffantrieb steckt noch in den Kinderschuhen. Doch die Studenten erhoffen sich, mit ihrem Konzept zur Entwicklung dieser Antriebsform beizutragen.

Flüssigwasserstoff

Die Studenten entwickeln ein Antriebsmodell, durch das die im Wasserstoff enthaltene Energie den „Phoenix“ – so der Name des Flugzeuges – antreiben soll. Grundsätzlich ist dieser Treibstoff als Antrieb logisch: Wasserstoff ist das leichteste Element und enthält dreimal mehr Energie pro Kilogramm als Kerosin. Guillaume Faury, der Vorstandsvorsitzende des Flugzeugbauers Airbus, hob kürzlich in einem Interview die Effizienz und Geräuscharmut von Brennstoffzellen hervor. Daher entschieden sich viele Transportunternehmen für den Einsatz von Wasserstoff, außerdem gebe es bereits Busse und Personenfahrzeuge, die auf diese Art angetrieben würden. Wasserstoff als Treibstoff für Transportmittel verschiedenster Art ist somit nicht unrealistisch.

Der Wasserstoff wird im Konzept des Studententeams in flüssiger Form an Bord des Flugzeuges gespeichert, da dies viel weniger Platz einnimmt als die gasförmige Lagerung. Die Herausforderung ist, die Flüssigkeit bei -253 Grad zu halten, damit der Aggregatzustand unverändert bleibt. Hierfür ist der Tank des Flugzeugs mit einer mindestens 20 Zentimeter dicke Isolierschicht umhüllt. Während des Betriebs wird der Wasserstoff in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff vermischt, wodurch Energie freigesetzt und Wasserdampf produziert wird. So kann man die Emission des Flugzeugs sogar trinken.

Inspiration

Doch der Einsatz von Wasserstoff hat nicht nur Vorteile. Aufgrund des hohen Energiegehalts birgt Treibstoff durchaus das Risiko einer Explosion. Um die strengen Sicherheitsvorgaben der Luftfahrt zu erfüllen und die Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten, hat das Team Sicherheitsmechanismen entworfen. Ein Konzept sieht vor, den Wasserstoff im Notfall aus dem Tank zu entlassen, um eine Explosion zu vermeiden. Dank der Batterie, die sich auch an Bord befindet, können die Piloten ihr Flugzeug noch eine gewisse Zeit weiterfliegen und sicher landen.

Eine weitere Herausforderung ist die ökologische Produktion von Wasserstoff, die aufgrund der Verflüssigung sehr energieaufwendig ist. Das Team von AeroDelft möchte mit der Präsentation des Flugzeugentwurfs das Potential von Wasserstoff als Treibstoff verdeutlichen. Henri Werij, Dekan der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Delft, sagt dazu: „Die Luftfahrtindustrie steht vor einer großen Herausforderung, da nicht mehr allzu viel Zeit bleibt, ökologische Lösungen in die Tat umzusetzen. Dafür ist die Kreativität einer neuen Generation von Ingenieuren nötig, die fest daran glaubt, die Welt verändern zu können. Genau das zeichnet die Stundeten von AeroDelft aus“. Mit dem Beweis, dass Fliegen mit Wasserstoff sicher und realistisch ist, erhofft sich das Team mehr Engagement und Investitionen im Rest der Industrie, um die Effizienz der Produktion dieses Treibstoffs zu verbessern.

14 Millionen Löcher

Die Ingenieure im Team von AeroDelft haben berechnet, dass die erste Version des Flugzeuges in seiner vollen Größe mit einer Tankfüllung von Delft bis nach Marokko fliegen können. Das gelingt nur, wenn das Flugzeug so effizient wie möglich fliegt. Eine revolutionäre Erfindung, die hierzu ihren Beitrag leistet, ist die „Laminare Grenzschichtabsaugung“. Hierbei wird über 14 Millionen kleine Löcher auf der Flügeloberfläche ein Teil der sogenannten dünnen Grenzschicht, die bei einem normalen Flugzeug am Flügel „klebt“, abgesaugt. Dadurch wird der Luftwiderstand um 15 % verringert und weniger Treibstoff verbraucht.

Testflug

Das 35-köpfige Team aus 23 verschiedenen Nationen wird am 7. September 2019 die verkleinerte, unbemannte Version des Flugzeugs zum ersten Mal testen. Im Jahr 2021 soll dann auf dem Flughafen Rotterdam der erste Testflug der finalen Version stattfinden.