Im Pkw-Bereich scheint das Rennen fast schon gelaufen. Elektroautos mit Batteriespeicher sind dabei, sich durchzusetzen. Doch was die Lösung für Kleinfahrzeuge ist, kann längst nicht auf andere Verkehrsträger übertragen werden. Für Lkws, Schiffsverkehr und den Luftverkehr ist noch offen, wohin energietechnisch die Reise geht.

Besonders interessant ist hier die Luftfahrt, wo das Verhältnis von Gewicht und zur Verfügung stehender Energie besonders wichtig ist. Heute verfügbare Batterietechnik ist noch zu schwer, um für den Passagier- oder Cargoverkehr eine gute Perspektive bieten zu können.

Die große Alternative ist emissionsfrei – also nicht aus Erdgas – hergestellter Wasserstoff, der in der Industrie ohnehin in vielfältiger Weise eingesetzt werden soll. Hier besteht die Möglichkeit, den Wasserstoff – ähnlich wie in einer Gasturbine – direkt zu verbrennen oder ihn mittels einer Brennstoffzelle, die einen Elektromotor antreibt, technisch aufwendiger, dafür aber mit höherem Wirkungsgrad zu nutzen. Bis eine derartige Lösung abhebt, könnte als Übergang zudem auch noch Kerosin, das nicht fossil, sondern aus biogenen Quellen erzeugt wird, zum Einsatz kommen.

Herausforderung Wasserstoff

Die Forschung an klimaschonenden Antrieben im Luftfahrtbereich nimmt zumindest langsam Fahrt auf. "Anwendungspotenziale von Wasserstoff für den österreichischen Luftfahrtsektor" heißt beispielsweise einer der Schwerpunkte in der letzten Ausschreibung des Forschungsförderungsprogramms Take Off der Förderagentur FFG, das mit Mitteln des Klimaschutzministeriums finanziert wird.

Ein Projekt, das schon vor dieser Schwerpunktsetzung einen Fokus auf Wasserstoffbrennstoffzellen in der Luftfahrt legte, ist "ElectriFly", das bereits in der Take-Off-Ausschreibung 2019 gefördert wurde. Hier arbeiten Mario Gruber vom Institut Luftfahrt der FH Joanneum und seine Kollegen daran, die "technologischen und regulatorischen Herausforderung bei der Verwendung von Wasserstoff" besser verstehen zu lernen. Gleichzeitig wird das Projekt, im Zuge dessen eine – noch nicht flugfähige – Demonstrationsanlage gebaut wurde, in der Lehre verwendet.

Spezielle Steuerungstechnik

In dem Aufbau wurde eine kommerziell verfügbare Brennstoffzelle in Kombination mit einem Wasserstofftank und einem Elektromotor genutzt. Dabei war eine entsprechende Steuerungstechnik zu etablieren, erklärt Gruber: Druckregelventile und Sensorik zur Überwachung der Wasserstoffzufuhr; Wandler- und Kondensatortechnik auf der elektrischen Seite, um die auftretenden Lasten gut bedienen zu können; ein elektronisches Monitoring des Systems, das Leistungswerte per Computer verfolgen lässt. Das Energiesystem wurde gemeinsam mit dem Projektpartner Austrian Institut of Technology (AIT) entwickelt.

Das Sondierungsprojekt ist aber nicht darauf ausgerichtet, einsetzbare Technik zu entwickeln, sondern die richtigen Fragen für eine weitere Forschung im Bereich Energiemanagement, Skalierbarkeit, Sicherheit sowie Zulassungs- und Zertifizierungserfordernisse abzuleiten. In einem Folgeprojekt könnte es dann an den Bau einer wasserstoffgetriebenen Drohne gehen, die auch tatsächlich abhebt.

Neue Materialien

Anders als bei kommerziell verfügbaren Brennstoffzellen-Drohnen soll auch hier die Forschung an neuen Materialien und Sicherheitskonzepten im Vordergrund stehen. Für Gruber ist etwa die ökologische Verträglichkeit und biologische Abbaubarkeit der eingesetzten Leichtbau-Compositmaterialien ein Thema.

Auch wenn die batteriebetriebene Luftfahrt vielleicht noch weiter in der Zukunft liegt als die Wasserstoffkonzepte, gibt es aber auch hier bereits durchaus Entwicklungsarbeiten. Im Rahmen des EU-Projekts "Imothep" wird etwa auf die Forschung an einer auf die Luftfahrt spezialisierten Batterietechnik – vorerst für Hybridantriebe – vorangetrieben.

In einem weiteren Projekt mit Namen "Solifly", an dem wie bei Imothep auch das AIT mit an Bord ist, werden spezielle multifunktionale Bauteile für diese nächste Generation von Flugzeugen entwickelt. Sie sollen strukturelle Funktionen in Flugzeugen übernehmen und etwa Teil der Tragekonstruktion sein, gleichzeitig aber auch Festspeicher-Batterietechnik integrieren – die Flugzeugstruktur soll also zur Batterie werden. (Alois Pumhösel, 21.3.2021)