Airbus gründet in Spanien eine neue Tochterfirma und ein Entwicklungszentrum für Wasserstofftechnologien. Solche Zero Emission Development Centres (ZEDC‘s) bestehen bereits in Bremen und Nantes. Airbus ist in Spanien seit langem ein Pionier im Bereich der Verbundwerkstofftechnologien, sowohl bei den Werkstoffen als auch bei den Fertigungsverfahren. «Die Gründung von Airbus UpNext und des ZEDC’s in Spanien stärkt unsere Forschungs- und Technologiepräsenz in dem Land und stellt sicher, dass von Anfang an einige der besten Experten zur Unterstützung unserer Null-Emissions-Ambitionen eingebunden werden», sagte Sabine Klauke, Chief Technical Officer von Airbus. Das Unternehmen Airbus UpNext wird zunächst für die Erforschung und Demonstration wasserstoffbetriebener, nicht-antriebsbasierter Energien sowie für künftige Tankvorgänge unter Anwendung fortschrittlicher visionärer Technologien zuständig sein.

Für den Antrieb von Flugzeugen besonders geeignet

Der Schwerpunkt des spanischen ZEDC liegt auf antriebsloser Energie, Systemen zur Kühlung von Brennstoffzellen und Glasfasern sowie Kohlenstofffasertanks zur Speicherung von kryogenem Flüssigwasserstoff. Die Entwicklung der Tanks erfolgt in einem koordinierten Ansatz mit den anderen nationalen Airbus-Einheiten. Diese Technologien sind von entscheidender Bedeutung für den Antrieb eines künftigen emissionsfreien Flugzeugs und unterstützen das Ziel einer Inbetriebnahme bis 2035. 

Wasserstoff ist eine der vielversprechendsten Technologien zur Verringerung der Klimaauswirkungen des Luftverkehrs. Wenn er aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, verursacht er keine CO₂-Emissionen. Ausserdem liefert er pro Masseneinheit etwa dreimal so viel Energie wie herkömmlicher Flugzeugtreibstoff und mehr als 100-mal so viel wie Lithium-Ionen-Batterien. Damit ist er für den Antrieb von Flugzeugen gut geeignet. Wasserstoff ist entscheidend für das Ziel von Airbus, bis 2035 das erste emissionsfreie Verkehrsflugzeug der Welt zu entwickeln. Dies erfordert einen innovativen Ansatz für die Treibstoffspeicherung. Airbus entwickelt jetzt hochmoderne Flüssigwasserstofftanks, um eine neue Ära der nachhaltigen Luftfahrt zu ermöglichen.

Die Speicherung ist eine Herausforderung

Die Speicherung von Wasserstoff an Bord eines Flugzeugs ist jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden. Wasserstoff liefert zwar mehr Energie pro Masse als Kerosin, aber weniger Energie pro Volumen. Bei normalem Atmosphärendruck und Umgebungstemperatur bräuchte man etwa 3000 Liter gasförmigen Wasserstoff, um die gleiche Energiemenge wie ein Liter Kerosin zu erhalten. Das ist für die Luftfahrt natürlich nicht machbar. Eine Alternative wäre die Druckbeaufschlagung des Wasserstoffs mit 700 bar – ein Ansatz, der im Automobilsektor verwendet wird. Im Beispiel würde dies die 3000 Liter auf nur sechs Liter reduzieren.

Das ist zwar eine enorme Verbesserung, aber für Flugzeuge sind Gewicht und Volumen entscheidend. Um noch weiter zu gehen, kann die Temperatur auf -253°C gesenkt werden. Dann verwandelt sich Wasserstoff von einem Gas in eine Flüssigkeit, was seine Energiedichte noch weiter erhöht. Um auf unser Beispiel zurückzukommen: Vier Liter flüssiger Wasserstoff würden einem Liter herkömmlichen Flugzeugtreibstoff entsprechen. Die Aufrechterhaltung einer derart niedrigen Temperatur erfordert sehr spezielle Speichertanks. Sie bestehen derzeit aus einem Innen- und einem Aussentank mit einem Vakuum dazwischen und einem speziellen Material wie einer MLI (Multi-Layer Insulation), um die Wärmeübertragung durch Strahlung zu minimieren. 

Erkenntnisse aus der Raumfahrt hilfreich

Kryogene Flüssigwasserstoffspeicher werden bereits in mehreren Branchen eingesetzt, darunter auch in der Luft- und Raumfahrt, was uns einen guten Einblick in die damit verbundenen Herausforderungen gibt. Die Beteiligung von Airbus an der Ariane hat beispielsweise dazu beigetragen, Kenntnisse über die Installation der Systeme, die kryogene Prüfung und das Management von Treibstoffschwappern oder sogar über den Bau des Innenbehälters selbst zu gewinnen. 

Es gibt zwar einige Synergien zwischen der Raumfahrt und der Luftfahrt, aber auch zahlreiche wichtige Unterschiede. Die Sicherheitsanforderungen unterscheiden sich von denen für Raumfahrt-Trägerraketen, da Wasserstofftanks für Verkehrsflugzeuge etwa 20’000 Starts und Landungen überstehen und den Wasserstoff viel länger in flüssigem Zustand halten müssen.

Tanks aus Verbundswerkstoffen

Die ersten Flüssigwasserstofftanks für den kommerziellen Flug werden wahrscheinlich aus Metall sein, längerfristig könnten sie aber aus Verbundwerkstoffen gefertigt werden, was sie leichter und kostengünstiger in der Herstellung macht, schreibt Airbus. 

«Die Anpassung der kryogenen Tanktechnologie für Verkehrsflugzeuge stellt eine grosse Herausforderung für die Konstruktion und Fertigung dar», sagt David Butters, Head of Engineering for LH2 Storage and Distribution bei Airbus. «In den neuen ZEDCs von Airbus werden multidisziplinäre Ingenieurteams an innovativen Lösungen arbeiten, die den anspruchsvollen Anforderungen der Luft- und Raumfahrt gerecht werden.»

Es wird erwartet, dass alle ZEDCs im Jahr 2023 mit dem ersten voll funktionsfähigen kryogenen Wasserstofftank voll einsatzfähig und bereit für Bodentests sein werden und dass die Flugtests im Jahr 2025 beginnen.