Während die Welt nach neuen Wegen zur Bekämpfung des Klimawandels sucht, hat sich Wasserstoff als potenzieller Retter für umweltverschmutzende Industrien wie die Luftfahrt erwiesen.
Es ist das weltweit am häufigsten vorkommende Element und enthält mehr Energie als herkömmlicher Flugbenzin, ohne den Nebeneffekt massiver Kohlendioxidemissionen zu verursachen.
Aber Wasserstoff und Flugreisen haben eine komplizierte Geschichte.
Vor mehr als 80 Jahren ging das mit Wasserstoff gefüllte Hindenburg-Luftschiff beim Versuch, in Lakehurst in New Jersey anzulegen, in Flammen auf.
Inwieweit das schwimmfähige Wasserstoffgas für die Katastrophe verantwortlich gemacht werden kann, wurde viel diskutiert.
Die Hindenburg ging in Flammen auf und stürzte 1937 zu Boden.(US Navy: Gus Pasquarella über Wikimedia Commons)
Aber das Bild des zu Boden stürzenden Luftschiffs hofft die Luftfahrtindustrie zu hinterlassen, da es wieder Wasserstoff umarmt.
Ein Unternehmen ist zuversichtlich, dass es funktionieren kann, und hofft, innerhalb weniger Jahre zahlende Passagiere auf einen wasserstoffbetriebenen Flug mitnehmen zu können.
Der Vorstoß zum Wasserstoffflug
Von seiner Basis in Kemble in den malerischen Cotswolds in England aus entwickelt ZeroAvia ein Flugzeug, das 2024 den weltweit ersten kommerziellen wasserstoffelektrischen Flug zwischen London und Rotterdam in den Niederlanden durchführen könnte.
Der Vorteil des Einsatzes von Wasserstoff-Brennstoffzellen besteht laut ZeroAvia darin, dass das einzige Abfallprodukt sauberes Wasser ist.
„Es ist im Wesentlichen ein emissionsfreier Prozess“, sagt Sergey Kiselev, der die Europa-Abteilung von ZeroAvia leitet.
“Das einzige Nebenprodukt ist Wasserdampf.”
Das Konzept wurde von der britischen Regierung und von IAG, der Muttergesellschaft von British Airways, finanziell unterstützt.
Während Wasserstoff beim Absturz von Hindenburg zumindest eine teilweise Rolle gespielt hat, ist er laut dem Team von ZeroAvia dank moderner Speichersysteme ein zuverlässiger Kraftstoff.
“Wasserstoff ist sicher sicher”, sagt John Kells, Leiter des technischen Betriebs des Unternehmens.
„Heute gibt es Elektrofahrzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellen-Systemen und das ist nicht gefährlicher als Kerosin [which fuels modern-day jets].”
Wasserstoff ist viel leichter als Luft und wird sich bei Freisetzung im Gegensatz zu normalem Kraftstoff schnell auflösen, sagt ZeroAvia.
Aber die Entwicklung des Flugzeugs war nicht einfach.
Im September 2020 erreichte das Team von ZeroAvia nach Start, Runden und Landung in einer sechssitzigen Piper Malibu mit Wasserstoff-Brennstoffzellen einen wichtigen Meilenstein.
Das Flugzeug führte Dutzende von erfolgreichen Testflügen durch. Im April dieses Jahres stürzte es dann ab.
Das 6-sitzige Wasserstoff-Brennstoffzellen-Flugzeug wurde bei einem Testflug stark beschädigt, aber niemand wurde verletzt.(Geliefert)
Das Flugzeug machte eine Notlandung auf einem Feld in der Nähe des Flughafens Cranfield in Bedfordshire.
Beim Versuch, auf der unebenen Fläche zum Stehen zu kommen, wurde einer seiner Flügel abgerissen. Niemand wurde verletzt.
“Ich denke, wenn man neuartige Technologien testet, passieren solche Dinge”, sagt Kiselev gegenüber ABC.
Er sagt, während der Vorfall noch untersucht wird, war der Wasserstoff selbst nicht die Ursache.
„Wir haben viel gelernt … um das zu vermeiden und sicherzustellen, dass so etwas nicht noch einmal passiert.“
Stephen Lawes, der beim Absturz des Flugzeugs dabei war, ist immer noch davon überzeugt, dass Wasserstoff die Zukunft ist.
“Die Technologie, die wir heute haben, funktioniert”, sagt er.
“Sie müssen nicht bis 2030, 2040, 2050 warten. Sie können es im Grunde jetzt tun.”
Direkt vor dem Hangar von ZeroAvia am Flughafen in den Cotswolds stehen Dutzende von Passagierflugzeugen, die fossile Brennstoffe verschlingen.
Sie wurden während der COVID-19-Pandemie zur vorübergehenden Lagerung dorthin geschickt. Aber die langfristige Zukunft einiger dieser Jets ist angesichts des Strebens nach umweltfreundlicherem Fliegen zweifelhaft.
„Flugscham“ führt dazu, dass man sich auf umweltfreundliches Reisen konzentriert
Da die Reisebeschränkungen nachlassen, kehren die Passagiere gerne in den Himmel zurück.
Die International Air Transport Association (IATA) prognostiziert für nächstes Jahr 3,4 Milliarden Passagiere, gegenüber 2,3 Milliarden im Jahr 2021.
Einige junge Reisende sagen, dass sie aufgrund der Sorgen um die globale Erwärmung planen, ihre Flugreisen zu reduzieren.(AAP: Paul Miller)
Gleichzeitig wächst das Bewusstsein der Bevölkerung für den Beitrag des Flugverkehrs zum Klimawandel.
Es macht derzeit etwa 2,5 Prozent der globalen Emissionen aus, aber einige Prognosen sagen voraus, dass diese Zahl bis 2050 etwa 25 Prozent erreichen könnte.
Eine McKinsey-Umfrage unter 5.300 Passagieren ergab, dass mehr als 50 Prozent “wirklich besorgt” über die globale Erwärmung waren.
40 Prozent der 18- bis 24-Jährigen gaben an, ihre Flugreisen deshalb reduzieren zu wollen.
“Wir haben die soziale Unterstützung”, sagt Lawes.
“Da kommt diese große Welle, die den Wandel unterstützt.”
Leertaste zum Abspielen oder Anhalten, M zum Stummschalten, Pfeile nach links und rechts zum Suchen, Pfeile nach oben und unten für Lautstärke.BetrachtenDauer: 17 Minuten 13 Sekunden17m Abheben: Was es braucht, um Flugzeuge wieder in die Luft zu bringen
Anstatt ein neues Flugzeug von Grund auf zu bauen, installiert ZeroAvia Wasserstofftanks in einem 19-sitzigen Regionalverkehrsflugzeug vom Typ Dornier 228.
Das Unternehmen hofft, dass die Fluggesellschaften die Technologie eher übernehmen werden, wenn sie sie ihren bestehenden Flugzeugen hinzufügen können.
Die Wasserstoff-Brennstoffzellen werden Elektromotoren antreiben, die die Propeller drehen.
„Klingt einfach, ist es aber nicht“, warnt Herr Lawes.
ZeroAvia stellt seinen eigenen Kraftstoff vor Ort her und leitet elektrischen Strom durch Wasser, um es in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten.
„Das Schöne an der Wasserstoffelektrolyse ist, dass sie nur zwei Inputs benötigt. Der eine ist Wasser, der zweite Strom“, sagt Kiselev.
Sergey Kiselev sagt, sein Team habe beim Absturz ihres Flugzeugs wichtige Lektionen gelernt.(ABC News: Andrew Greaves)
Damit der Prozess jedoch wirklich CO2-frei ist, muss der Strom aus erneuerbaren Quellen stammen.
Herr Kiselev sagt, dass sogenannter grüner Wasserstoff große Chancen für Länder wie Australien bietet.
„Gerade in Australien mit all den solaren Ressourcen kann sehr viel erneuerbarer Strom … ganz in der Nähe von Flughäfen erzeugt werden“, sagt er.
Derzeit macht grüner Wasserstoff nur 1 Prozent des weltweiten Angebots aus. Aber es ist nicht der einzige Weg in eine grünere Zukunft für die Luftfahrt.
Alternative grüne Reisemöglichkeiten
Für kleine Flugzeuge entwickelt sich der Elektroantrieb bereits als praktikable Alternative.
Aber obwohl Batterien immer effizienter werden, haben sie immer noch nicht die Kraft, die für längere Reisen erforderlich ist.
Passagierjets im Lager am Flughafen Cotswolds. (ABC News: Andrew Greaves)
Auch einer der größten Flugzeughersteller der Welt, Airbus, setzt auf Wasserstoff. Doch statt mit dem Gas eine Brennstoffzelle zu versorgen, soll Wasserstoff in flüssiger Form verbrannt werden.
Es arbeitet an drei Konzeptentwürfen für ein „ZEROe“-Flugzeug, das bis 2035 in Dienst gestellt werden soll.
Eines davon sieht anders aus als alle Passagierflugzeuge, die derzeit am Himmel fliegen, und erfordert ein radikal neues Design, wenn es genug Wasserstoff speichern soll, um Langstrecken zu fliegen.
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Jo Dardenne, Luftfahrtmanager bei der europäischen Nachhaltigkeitsgruppe Transport and Environment, sagt, die Welt könne nicht bis 2035 warten, um die Emissionen von Langstrecken-Fluggesellschaften drastisch zu senken.
„Man braucht keine neue Zelle wie ein Wasserstoffflugzeug, man kann einfach die heutige Technologie nutzen“, sagt sie.
Frau Dardenne sagt, dass nachhaltige Flugkraftstoffe (SAFs) wie E-Kerosin, auch bekannt als Elektrokraftstoff oder synthetisches Kerosin, die beste kurzfristige Lösung darstellen.
Denn es kann mit herkömmlichem Kerosin (Kerosin) gemischt und in heutigen Flugzeugen eingesetzt werden.
“Das ist das Schöne an Elektrotreibstoff. Es kann wie normales Kerosin behandelt werden.”
Der Kraftstoff wird durch die Kombination von grünem Wasserstoff mit CO2 aus der Atmosphäre bei hoher Temperatur hergestellt. Dabei entsteht ein Rohöl, das später raffiniert wird.
E-Kerosin emittiert bei seiner Verbrennung die gleiche Menge Kohlenstoff, die zuvor bei seiner Herstellung der Atmosphäre entzogen wurde, und ist damit klimaneutral.
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Im Januar flog die niederländische Fluggesellschaft KLM die erste reguläre Passagierreise mit nachhaltig produziertem synthetischem Kerosin.
Die 500 Liter des Ölgiganten Shell machten jedoch nur 5 Prozent des gesamten Treibstoffbedarfs für den Flug von Amsterdam nach Madrid aus.
Nachhaltiges synthetisches Kerosin wird nicht im großen Stil produziert. Im Oktober wurde in Deutschland ein neues Werk eröffnet, das eine Produktion von knapp über 300 Gallonen pro Tag verspricht.
Das würde nur etwa 5 Prozent der Treibstofftanks einer einzelnen Boeing 737-800 füllen.
Jo Dardenne sagt, dass Elektrotreibstoffe nur schwer mit billigerem Kerosin konkurrieren können, bis die Produktion drastisch hochgefahren ist.
“Deshalb brauchen wir Regierungen, die in sie investieren … und sicherstellen, dass sie die Fluggesellschaften zwingen, auf diese Art von Treibstoff umzusteigen.”
Doch obwohl all diese Technologien versprechen, die CO2-Emissionen der Luftfahrtindustrie zu reduzieren, bleibt ein großes Problem bestehen.
Kohlenstoff ist nicht der einzige Feind
Wenn Sie in den Himmel blicken, können Sie manchmal weiße Kondensstreifen hinter einem Flugzeug erkennen, wenn es über Ihnen vorbeifliegt.
Diese werden Kondensstreifen genannt und können laut Wissenschaftlern erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt haben.
Kondensstreifen bestehen größtenteils aus Wasserdampf, der aus den Flugzeugabgasen kommt. (Wikimedia Commons: NOAA)
„Der Konsens ist … Kondensstreifen haben einen ähnlichen, wenn nicht sogar größeren Effekt als der Gesamteffekt der CO2-Emissionen“, sagt Dr. Marc Stettler, Senior Lecturer für Verkehr und Umwelt am Imperial College London.
Die heißen Abgase eines Flugzeugs erzeugen Wasserdampf, der an den von den Triebwerken ausgestoßenen Rußpartikeln haften bleibt.
Am kalten Himmel gefrieren diese Partikel und bilden Wolken aus Eiskristallen.
Während die Wolken manchmal die Strahlung der Sonne reflektieren und den Planeten kühlen können, besteht der Gesamteffekt laut Dr. Stettler darin, Wärme einzufangen, die sonst in den Weltraum verloren gehen würde.
Es gibt jedoch eine mögliche Lösung.
Durch die Vorhersage der atmosphärischen Bedingungen, die am wahrscheinlichsten die langlebigsten Kondensstreifen erzeugen, können Fluggesellschaften und Fluglotsen Flugzeuge stoppen, die sie durchfliegen.
Nach dem Studium des japanischen Luftraums kamen Forscher des Imperial College unter der Leitung von Dr. Stettler zu dem Schluss, dass man durch eine Änderung der Höhe von weniger als 2 Prozent der Gesamtflüge den kondensstreifenbedingten Klimawandel um 59 Prozent reduzieren könnte.
“Das müssen wir nicht bei jedem einzelnen Flug tun”, sagt er dem ABC.
“[But] Ich denke, wir müssen kreativ sein, wie wir die Klimaauswirkungen der Luftfahrt reduzieren.”
E-Kerosin verspricht, die Auswirkungen von Kondensstreifen zu reduzieren, indem es sauberer verbrennt als normaler Kerosin.
Das bedeuten weniger Kondensstreifen für die globale Erwärmung
Alternative Flugtreibstoffe, die weniger Ruß erzeugen, könnten laut neuer Forschung die globale Erwärmungswirkung von Kondensstreifen verringern.
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Wasserstoff-Verbrennungsmotoren wie die von Airbus geplanten werden noch sauberer, können aber dennoch Partikel ausstoßen, die zur Bildung von Kondensstreifen führen, sagt Dr. Stettler.
Und Wasserstoff-Brennstoffzellen-Flugzeuge wie das von Zero Avia werden theoretisch nur Wasserdampf produzieren.
Aber Dr. Stettler sagt, es sei noch unklar, wie schnell diese Kondensstreifen verschwinden werden.
“In Bezug auf Wasserstoff [planes], ist die Jury in Bezug auf ihre Wirkung auf Kondensstreifen nicht überzeugt.”
Er sagt, während die Technologie aufholt, müssen Passagiere möglicherweise sorgfältig über die Auswirkungen ihrer Flüge auf die Umwelt nachdenken und möglicherweise mehr für ihre Umweltverschmutzung bezahlen.
Aber er hofft, dass das “Privileg” der Flucht noch immer von mehr als nur den Glücklichsten in der Gesellschaft erfahren wird.
“Wir sind eine globale Gemeinschaft und ich denke, wir sind besser dafür.
“Wir wollen wirklich keine Mauern bauen.”
