Fischer: Luftkompressoren Brennstoffzelle fürs Fliegen ohne CO2-Emissionen

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Die beiden Hightech-Unternehmen Fischer und PowerCell, global führend bei Technologie für Brennstoffzellen, kooperieren beim Entwickeln leistungsfähiger, effizienter, robuster und zuverlässiger Systeme für die Luftfahrt. Letztere soll damit künftig CO₂-neutral werden.

Die Luftfahrtindustrie ist laut der Organisation «Our World in Data» für etwa 2,5 Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich, wobei der Anteil noch höher ist, wenn andere nicht CO₂-haltige Emissionen, die das Klima beeinflussen, einbezogen werden. Nach Angaben der EU-Kommission machten die direkten Emissionen des Luftverkehrs im Jahr 2017 3,8 Prozent der gesamten CO₂-Emissionen in der EU aus. Damit ist der Luftverkehr nach dem Stras­senverkehr die zweitgrösste Quelle von Treibhausgasemissionen im Verkehr. Gemäss dem Green Deal der EU müssen die Verkehrsemissionen bis zum Jahr 2050 um 90 Prozent (im Vergleich zu 1990) sinken, und auch der Luftverkehr muss zur Klimaneutralität beitragen. Flugzeuge mit Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieb sind daher von entscheidender Bedeutung, damit die Luftfahrtindustrie ihre Treibhausgasemissionen reduzieren und ihre Auswirkungen auf das Klima minimieren kann.

Mit Wasserstoff emissionsfrei

Wasserstoff und Brennstoffzellen finden immer grössere Verbreitung, und die Zahl der kommerziellen Anwendungen nimmt stetig zu. Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen ist eine der Schlüsseltechnologien zur Verminderung des Bedarfs an fossilen Brennstoffen. Erneuerbarer Wasserstoff kann in seiner reinen Form als komprimierter oder verflüssigter Wasserstoff oder über einen Träger wie Elektrobrennstoffe wie E-Methanol oder E-Ammoniak verwendet werden. Daraus ergeben sich jeweils Vor- und Nachteile. PowerCell und Fischer arbeiten an der Entwicklung von Brennstoffzellensystemen, die mit jeder dieser Wasserstoff-Alternativen arbeiten können. Die Möglichkeit, die Brennstoffzellen mit zukünftigen erneuerbaren Brennstoffen zu betreiben, ist ein Vorteil für gross angelegte Implementierungen. Mit industriell gefertigten Produkten wie dem Brennstoffzellensystem, das 100 kW leistet, einem leistungsdichten und zuverlässigen Brennstoffzellenstapel sowie mit umfangreicher technischer Erfahrung haben die Experten bei PowerCell bewiesen, dass ihre Produkte und Technologien eine mit Wasserstoff angetriebene Luftfahrt ermöglichen.

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Hightech aus der Schweiz

Auf Wasserstoff basierende elektrische Antriebe sind entscheidend für die Verringerung der Klimaauswirkungen der Luftfahrtindustrie. Derzeit investieren traditionelle, etablierte Hersteller und auch jüngst entstandene, innovative Unternehmen in Brennstoffzellensysteme für emissionsfreie Flugzeuge. Im Gegensatz zu vielen anderen Branchen, zum Beispiel Erzeugung erneuerbarer Energien und Elektroautos, war es für die Luftfahrtindustrie eine Herausforderung, Lösungen zu finden, die die CO₂-Emissionen reduzieren. Daher tragen die Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme von PowerCell, die mit Schweizer Hightech-Luftkompressoren von Fischer arbeiten, entscheidend dazu bei, in der schwierig zu beherrschenden Branche Luftfahrt Emissionen zu vermeiden. Die Fischer Fuel Cell Compressor AG ist Entwicklungspartner für das Kathodensubsystem.

Mit ihrer hohen spezifischen Energie erweisen sich auf Wasserstoff basierende Elektroantriebe als besonders effizient. Sie sind zudem skalierbar, zuverlässig und verfügen über eine hohe Leistungsdichte. So können sie die strengen Forderungen der Luftfahrtindustrie erfüllen. In Verbindung mit hocheffizienten Luftkompressoren der Fischer Fuel Cell Compressor AG arbeitet der Hersteller PowerCell Group derzeit an rund 20 Projekten in der Luftfahrt­industrie, die von Machbarkeitsstudien und Labortests bis hin zu Testflügen und der Industrialisierung des Antriebsstrangs reichen.

Erste Tests auf Mittelstreckenflugzeug

Im Jahr 2022 unterzeichnete die PowerCell Group einen Vertrag mit dem Flugzeughersteller ZeroAvia über Serienlieferungen von Brennstoffzellenstacks mit einem potenziellen Wert von bis zu 1,51 Milliarden SEK. ZeroAvia will zunächst ein Flugzeug mit 19 Sitzen und einer Reichweite von 55 Landmeilen (300 Seemeilen) verwirklichen. Geplant ist, später grössere Flugzeuge zu entwickeln. Am 19. Januar 2023 absolvierte das bisher entwickelte Elektroflugzeug Dornier 228 erfolgreich den ersten Flug. Am 19. Juli gab ZeroAvia den Abschluss der ersten Flugtestkampagne des Prototyps ZA 600 am Flughafen Cotswold in Grossbritannien bekannt. Das mit Kompressoren der Fischer Fuel Cell Compressor AG ausgerüstete Flugzeug flog insgesamt 23 min. Es flog bis 5000 ft hoch und bei knapp 0 °C bis 30 °C Umgebungstemperatur. Es erreichte die in der Fluggenehmigung von der CAA zugelassene Höchstgeschwindigkeit. Entscheidend ist, dass das Brennstoffzellen-Stromversorgungssystem und das elektrische Antriebssystem in allen Testphasen die Erwartungen übertroffen haben. Der auf Wasserstoff und Luft gegründete Elektroantrieb hat die Leistung des konventionellen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Triebwerks (angeordnet auf der gegenüberliegenden Tragfläche) erreicht. Für die Piloten war es sogar möglich, allein mit dem Elektroantrieb zu fliegen. Dieser erzeugte ausreichend Schub, um das Flugzeug auf Höhe zu halten.

Versuchsflugzeug überzeugt

In weiteren Projekten zur emissionsfreien Luftfahrt arbeitet der Hersteller PowerCell Group unter anderem mit dem deutschen Unternehmen H2FLY zusammen. Seit etwa 10 Jahren entwickeln letztere unterschiedliche wasserstoff-elektrische Antriebsstränge für die Luftfahrt. Das bisher entwickelte Flugzeug HY4, das flüssigen Wasserstoff als Treibstoff verwendet, absolvierte im Jahr 2023 erfolgreich mehrere Testflüge. Der längste davon dauerte mehr als drei Stunden. Auch in dessen Antriebssystem mit Brennstoffzellen arbeiten Kompressoren von Fischer in Herzogenbuchsee. (kmu) SMM

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