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Niederländische Studenten entwerfen Wasserstoffflugzeug

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.