Japan Airlines erwägt wasserstoffelektrische Flugzeuge als Lösung für das Kohlenstoffproblem der Luftfahrtindustrie

• Japan Airlines prüft über drei neue Partnerschaften die Machbarkeit wasserstoffelektrischer Flugzeuge.
• Die Verwendung von Wasserstoff anstelle von Kerosin würde die CO2-Emissionen von Flugzeugen verringern, jedoch die Reichweite und Kapazität einschränken.
• Nach Angaben der Weltbank werden mehr als 98 % des weltweiten Wasserstoffs aus Erdgas oder Kohle hergestellt.
• Dieser Artikel ist Teil von „Zukunft der nachhaltigen Luft- und Raumfahrt„, eine Serie, die die grünen Trends der Branche untersucht.

Eine der größten Fluggesellschaften Asiens setzt stark auf Wasserstoff.

Mitte November kündigte Japan Airlines eine Reihe von Verträgen mit globalen Herstellern von wasserstoffelektrischen Flugzeugen und Triebwerken an, um die Machbarkeit des Fluges emissionsfreier Passagierflugzeuge zu prüfen.

Zu diesen zukunftsorientierten Herstellern gehören große Namen in der Wasserstoffbranche, darunter das deutsche Unternehmen H2Fly, das kalifornische Unternehmen Universal Hydrogen und das britisch-amerikanische Unternehmen ZeroAvia. Alle drei haben in diesem Jahr erfolgreich wasserstoffbetriebene Flugzeuge geflogen.

Die Technologie nutzt eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, um Strom zu erzeugen und Elektromotoren anzutreiben, oder Wasserstoff kann verbrannt werden, um Motoren anzutreiben.

In beiden Fällen könnten vorhandene Triebwerke auf den Betrieb mit Wasserstoff als Treibstoff umgerüstet werden, und die Flüge wären kohlenstofffrei, solange „grüner“ Wasserstoff verwendet würde oder Wasserstoff aus erneuerbarer Energie hergestellt würde.

Eine August-Studie der Internationaler Rat für sauberen Transporteine US-amerikanische gemeinnützige Denkfabrik, stellte fest, dass Wasserstoffbrennstoffzellen, die grünen flüssigen Wasserstoff verwenden, die Treibhausgasemissionen um 88 % reduzieren könnten.

Ein wachsender Markt

Da sich Wasserstoff als beliebte Lösung erweist und sich die Regierungen der Welt dazu verpflichten, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen, sind alle neuen Partner von Japan Airlines bestrebt, vom wachsenden Wasserstoffmarkt zu profitieren.

Im März flog Universal Hydrogen das weltweit erste wasserstoffbetriebene Regionalflugzeug – eine ATR 72 Turboprop mit dem Spitznamen Lightning McClean, die aus Sicherheitsgründen nur mit Wasserstoff in einem Triebwerk betrieben wurde.

Der Erfolg ist Teil der Entwicklung des ATR 72-Umrüstsatzes durch das Unternehmen, für den es 250 Bestellungen erhalten hat. Die Bausätze würden es den Betreibern ermöglichen, vorhandene Kerosin-verbrennende Flugzeugmotoren mit Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieben auszustatten.

ZeroAvia, ein Konkurrent, verfolgt ein ähnliches Unterfangen mit dem wasserstoffelektrischen Motor, den das Unternehmen für Passagierflugzeuge baut, und bezeichnet Wasserstoffkraftstoff als „die einzig praktikable, skalierbare Lösung für die emissionsfreie Luftfahrt“.

Mit der Unterstützung von Bill Gates, Amazon und Shell hofft ZeroAvia, bis 2040 Antriebsstränge zu entwickeln, die Flugzeuge mit neun bis über 200 Personen an Bord antreiben können.

Das Unternehmen führte im Januar seinen ersten wasserstoffelektrischen Flug mit einem 19-sitzigen Turboprop durch.

Unterdessen führte H2Fly im September mit seinem viersitzigen Demonstrationsflugzeug HY4 den weltweit ersten bemannten Flüssigwasserstoffflug durch. Das Unternehmen sagte, es wolle sich bald an regionale Fluggesellschaften anpassen.

Auch andere Flugzeughersteller wie Airbus und Embraer bauen im Rahmen ihrer Dekarbonisierungsbemühungen wasserstoffbetriebene Flugzeuge.

Wasserstoffantriebe sind noch nicht stark genug, um große Flugzeuge anzutreiben

Vorerst dürften die kleinen Propellerflugzeuge weiterhin die beliebte Option für wasserstoffbetriebene Triebwerke bleiben, da die derzeitige Technologie nicht stark genug ist, um die mittleren und großen Verkehrsflugzeuge anzutreiben, aus denen die meisten Passagierflugzeuge der Welt bestehen, so der Internationale Rat Sauberer Transport.

Für Japan Airlines stellt dies jedoch wahrscheinlich kein Problem dar, da die neuen Partnerschaften auf den Einsatz von Wasserstoffflugzeugen auf kurzen, regionalen Strecken rund um Japan abzielen.

„Die JAL-Gruppe betreibt bereits 50 Regionalflugzeuge, die in absehbarer Zukunft für die wasserstoffelektrische Antriebstechnologie relevant sein werden“, sagte James Peck, Chief Customer Officer von ZeroAvia, in einer Pressemitteilung.

Der regionale Partner der Fluggesellschaft, Japan Air Commuter, betreibt bereits eine kleine Flotte von ATR 72-Flugzeugen, sodass sich die Investition in Universal Hydrogen dank der Umrüstsätze für den Turboprop als lukrativ erweisen könnte.

Die Verwendung von Wasserstoff in diesen kleineren Flugzeugen hat jedoch auch einen Nachteil.

Da Wasserstoff leicht ist und aufgrund des im Vergleich zu Kerosin enormen Volumenbedarfs viel Lagerraum benötigt, opfern diese kleineren Flugzeuge Reichweite und Nutzlastkapazität – und könnten für die Betreiber zu einer Kostenbelastung werden.

Das Reichweitenproblem könnte jedoch durch die Verwendung von flüssigem Wasserstoff anstelle von gasförmigem Wasserstoff behoben werden, wie der jüngste Flug von H2Fly zeigt. Nach Angaben des Unternehmens legte der H2Y-Flug im September mit flüssigem Wasserstoff 932 Meilen zurück, mit gasförmigem Wasserstoff jedoch nur 466 Meilen.

„Batterieelektrische und wasserstoffelektrische Antriebssysteme werden es uns in den kommenden Jahren ermöglichen, Flugzeuge zu bauen, die leiser sind und mittel- bis lange Flugreisen emissionsfrei ermöglichen“, sagte Universal Hydrogen.

Die Debatte zwischen „grünem“ und „blauem“ Wasserstoff

Zusätzlich zu den Reichweiten- und Kapazitätsproblemen stoßen Wasserstoffmotoren auf Widerstand von Umweltschützern, die befürchten, dass die Wasserstoffproduktion die Krise bei fossilen Brennstoffen weiter verschärfen wird.

Im Oktober kündigte die Biden-Regierung eine Finanzierung in Höhe von 7 Milliarden US-Dollar für die Schaffung „sauberer“ Wasserstoffzentren an, von denen zwei Drittel für die Herstellung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse – den Prozess der Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Wasser – vorgesehen waren.

Dies lässt jedoch Platz für den sogenannten „blauen“ Wasserstoff, der durch eine Kombination aus Erdgas und Kohlenstoffabscheidung und -speicherung entsteht.

Der Prozess gilt als CO2-neutral, aber Umweltschützer sagen, dass die Verbrennung von Erdgas zwangsläufig zu übermäßigen Methanemissionen führt – einem im Vergleich zu CO2 viel stärkeren Treibhausgas, das jedoch nicht so lange in der Atmosphäre verbleibt.

Entsprechend der WeltbankMehr als 98 % des weltweiten Wasserstoffs werden aus Erdgas oder Kohle hergestellt – das heißt, nur ein kleiner Teil ist wirklich emissionsfreier grüner Wasserstoff. „Grauer“ Wasserstoff – derselbe wie blau abzüglich der Kohlenstoffbindung – kommt am häufigsten vor.

„Es braucht viel Energie, um das Kohlendioxid einzufangen, und die entsteht durch die Verbrennung von noch mehr Erdgas“, sagte Robert Howarth, Professor für Ökologie und Umweltbiologie an der Cornell University, im Oktober gegenüber Catherine Boudreau von Business Insider. „Deshalb ist es für mich keine Überraschung, dass die Öl- und Gasindustrie die Idee des blauen Wasserstoffs mag.“

Allerdings sagte Brian Korgel, Direktor des Energy Institute an der University of Texas in Austin, gegenüber BI, dass die Unternehmen, die um die Finanzierung von Wasserstoff-Hubs wetteifern, strenge Kriterien erfüllen müssten.

„Es gibt einige Sicherheitsvorkehrungen“, sagte Korgel. „Diese Projekte müssen Emissionsstandards erfüllen, und es ist nicht zum Vorteil der Unternehmen, sich hinter die Kulissen zu begeben, weil sie die Fördergelder nicht erhalten, die mit der Zeit immer höher werden.“

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