Rolls Royce stellt Wasserstoff-Triebwerk für Flugzeuge vor – Fliegen wir bald klimaneutral?

Wasserstoff wird seit langem als potenzieller Kraftstoff für die Luftfahrt der Zukunft gehandelt. Stehen wir kurz davor, dieses Ziel zu erreichen?

Autor Mark Newton:

Übersetzung Sarah-Indra Jungblut, 09.01.23

Wer sich mit dem Thema Nachhaltigkeit beschäftigt, wird schnell feststellen, dass neue Technologien und Konzepte schnell zu großen Hoffnungsträgern werden. Doch ob Blockchain, künstliche Intelligenz oder Kohlenstoffsequestrierung – oft zeigt sich erst im Lauf der Zeit, wie revolutionär diese neuen Technologien tatsächlich sind. Werden sie einen großen Einfluss haben oder in der relativen Bedeutungslosigkeit versinken?

Eine der derzeit in Wissenschafts-, Wirtschafts- und Umweltkreisen viel diskutierten Technologien ist Wasserstoff als ein potenzieller Kraftstoff für die Zukunft. Wasserstoff wurde als neue Methode zur Speicherung erneuerbarer Energien, als eigenständige Energiequelle – und jetzt werden neue Hoffnungen in Wasserstoff als klimaneutraler Treibstoff für Flugzeuge gesetzt: Britische Ingenieur*innen haben ein angeblich funktionsfähiges, grünes Wasserstofftriebwerk entwickelt.

Das Team, eine Zusammenarbeit zwischen Rolls Royce und EasyJet, hat kürzlich einen Prototyp auf dem Testgelände des britischen Verteidigungsministeriums in Boscombe Down getestet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Düsentriebwerken, die häufig Kerosin und speziell entwickelte Kohlenwasserstofftreibstoffe verwenden, nutzt das neue Triebwerk Wasserstoff. Als einziges Nebenprodukt fällt dabei Wasser an. Darüber hinaus gibt das Team an, dass der Kraftstoff ausschließlich aus erneuerbaren Energien synthetisiert wurde, was ihn zum so genannten grünen Wasserstoff macht.

Ein tatsächlich neuer Kraftstoff ist Wasserstoff allerdings nicht. Die NASA setzt bereits seit den 1950er Jahren flüssigen Wasserstoff als Hauptbrennstoff für ihre Raketen ein. Wasserstoff hat das geringste Molekulargewicht aller Elemente und verbrennt bei etwa 3.000 Grad Celsius, was ihn ideal für die Luftfahrt macht, wo Gewicht und Leistung von zentraler Bedeutung sind.

Die „Zähmung“ dieser Technologie für die terrestrische Nutzung ist jedoch mit Problemen verbunden. Das Hauptproblem ist die schwierige und gefährliche Lagerung von Wasserstoff. Er muss in Druckbehältern aufbewahrt werden, die bei einem Bruch explodieren könnten. Für den Straßenverkehr, wo Zusammenstöße und Kollisionen an der Tagesordnung sind, oder für die Luftfahrt, wo harte Landungen erforderlich sein können, sind das keine guten Voraussetzungen. Entgegen den Darstellungen in vielen Filmen ist Erdöl in dieser Hinsicht relativ „sicher“.

Außerdem sind riesige Mengen an Wasserstoff und die entsprechenden Speichermöglichkeiten gefragt, um denTreibstoff sinnvoll einsetzen zu können. Deshalb ist er vielleicht am besten für den Schwerlastverkehr, für Schiffe, Züge und ja, auch Flugzeuge geeignet.

Ist also das neu entwickelte Triebwerk ein Durchbruch für die Dekarbonisierung des Luftfahrtsektors? Das Team von Rolls Royce und EasyJet gibt auf jeden Fall an, dass das Triebwerk vor allem aufgrund der Art und Weise, wie der Wasserstoff synthetisiert wird, sauber ist. Verwendet wurde eine gängige Methode, die als Dampf-Methan-Reformierung bekannt ist. Dabei wird der heiße Dampf verwendet, um die Moleküle des Erdgases in Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufzuspalten. Für ihren Motor nutzten sie Wind- und Gezeitenquellen für die Anfangsenergie, die für den Dampf-Methan-Reformierungsprozess benötigt wird; daher auch ihr Anspruch auf „grünen Wasserstoff“.

Wasserstoff in der Luftfahrt

Wasserstoff und Luftfahrt ist kein ganz neues Team. Schon bei den ersten großen Vorstößen in die Luftfahrt spielte Wasserstoff eine große Rolle, denn er lieferte das Treibgas für Luftschiffe wie die berühmten Zeppeline. Die Hindenburg-Katastrophe von 1937 setzte dem jedoch bald ein Ende.

Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde mit weiteren Experimenten zur Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff begonnen. Im Jahr 1957 flog ein US-amerikanischer Düsenbomber vom Typ B-57B mit Wasserstoff als Treibstoff – wenn auch nur 20 Minuten lang. Im Jahr 1988 baute die Sowjetunion das erste experimentelle Wasserstoffflugzeug, die Tu-155. Es absolvierte rund 100 Flüge, bevor das Projekt aufgrund des Zusammenbruchs der Sowjetunion eingestellt wurde. In jüngerer Zeit betrafen die meisten Wasserstoff-Luftfahrtprojekte kleinere Flugzeuge mit einem Propeller und Drohnen. Anstatt Wasserstoff als Treibstoff zu verwenden, werden hier meist Wasserstoff-Brennstoffzellen zum Antrieb des Motors eingesetzt.

Wie grün ist grüner Wasserstoff?

Obwohl Wasserstoff an seinem Verwendungsort letztlich kohlenstofffrei ist, ist seine Erzeugung vielleicht nicht immer so „grün“, wie es scheint. Tatsächlich handelt es sich bei etwa 96 Prozent des derzeit synthetisierten Wasserstoffs um so genannten „grauen Wasserstoff“, bei dem normale Netzenergie für den Betrieb des Dampf-Methan-Prozesses verwendet wird. Wenn Wasserstoff auf diese Weise hergestellt wird ist es jedoch keine grüne Alternative. Für jedes Kilo Wasserstoff, das produziert wird, entstehen bis zu zehn Kilo Kohlendioxid. Diese Art der Herstellung ist jedoch wesentlich kostengünstiger als die Herstellung von „grünem Wasserstoff“ in kleineren Mengen.

Eine Lösung für dieses Problem ist die Umwandlung in „blauen Wasserstoff“. Bei diesem Verfahren soll der entstehende Kohlenstoff abgeschieden und unterirdisch gespeichert werden. Dies ist jedoch noch nicht in großem Maßstab demonstriert worden und es ist fraglich, wie kosteneffizient und nachhaltig das jemals sein kann. Sowohl grauer als auch blauer Wasserstoff werden daher oft auch als fossiler Wasserstoff bezeichnet.

Auch die Dampf-Methan-Reformierung ist nicht wirklich emissionsärmer. Das dabei entstehende Kohlenmonoxid ist zwar weniger schädlich als Kohlendioxid, trägt aber dennoch zur globalen Erwärmung bei. Und wenn Erdgas weiter raffiniert wird, wird auch Kohlendioxid freigesetzt. Auch wenn es sich dabei um relativ geringe Mengen handelt, sind diese nach Ansicht vieler Umweltforschenden immer noch inakzeptabel hoch.

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Der herkömmliche „grüne Wasserstoff“ nutzt das Verfahren der Elektrolyse. Anstatt Erdgas zu verwenden, wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Bei diesem Verfahren wird kein Kohlendioxid freigesetzt, aber auch relativ viel Energie benötigt. Wenn dieser Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, kann der gesamte Prozess CO2-neutral sein, aber das ist nicht immer der Fall. Grüner Wasserstoff ist im Moment leider auch am teuersten und damit am wenigsten skalierbar.

Trotz dieser Probleme setzen sich einige Länder und Branchen für grünen Wasserstoff ein. Das deutsche Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung beispielsweise hält grünen Wasserstoff für absolut unverzichtbar für eine erfolgreiche Energiewende und das Erreichen der Klimaziele. Er kann nicht nur zur Herstellung klimaneutraler Kraftstoffe, sondern auch zur Energieversorgung der Industrie eingesetzt werden. Allerdings räumt das Ministerium auch ein, dass Deutschland nicht über die nötigen Kapazitäten an erneuerbaren Energien verfügt, um die benötigte Menge an Wasserstoff zu erzeugen.

Wie immer scheint eine Lösung darin zu bestehen, auf bereits etablierte, erschwingliche und skalierbare erneuerbare Energietechnologien zu setzen. Sobald diese gesichert sind, könnte eine grüne Wasserstoffzukunft aber dann in erreichbare Nähe rücken.

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