Umweltbewusst fliegen mit Energie aus Brennstoffzelle

Eine neue 25 kW-Brennstoffzelle von BASF Fuel Cells liefert die elektrische Energie für das "take off" des Leichtbau-Flugzeugs An tares. Es wird von einem Elektromotor und Propeller angetrieben. Die technische Basis bildet das Modell E20 mit 20 Meter Spannweite von Lange Aviation, Zweibrücken/Pfalz, die bereits über 30 Exemplare an Kunden in aller Welt auslieferte.

Ingenieure vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR testeten in Stuttgart vorab Brennstoffzellen verschiedener Hersteller für den Einsatz in der Luftfahrt. Keine Probleme gab es bisher mit der PEM-Brennstoffzelle (Proton Exchange Membran) von BASF Fuel Cells, die eine Betriebstemperatur von 180 Grad Celsius entwickelt und damit deutlich mehr als die bisherigen Niedertemperatur-Brennstoffzellen mit 60 bis 80 Grad. Der Propeller des Leichtbau-Motorflugzeugs Antares DLR-H2 drehte sich am 7. Juli 2009 wie gewohnt schnell beim offiziellen Erstflug mit Brennstoffzelle vor begeisterten Zuschauern auf dem Flughafen Hamburg.

Nun erfolgt der nächste Start auf dem Flughafen Stuttgart. DLR-Ingenieur Josef Kallo: "Wir sind sehr froh, dass der Erstflug so erfolgreich war. Diesmal soll der Pilot eine Stunde in der Luft bleiben! Und wir hoffen auf viele Zuschauer!" Der Testflug in Stuttgart beginnt unmittelbar neben der US-Air Base. Hier ist der angenommene Standort von Antares DLR-H2, dem weltweit ersten, bemannten Flugzeug mit Brennstoffzellen-Antrieb.

Zwar stellte im März 2008 der amerikanische Flugzeugbauer Boeing in Madrid den österreichischen Zweisitzer Dimona vor, dessen E-Motor von einer Brennstoffzelle und einer Batterie mit elektrischer Energie versorgt wurde. Doch Dimona konnte mit beiden Energiequellen nur eine Flughöhe von 1000 Meter erreichen. Das allererste Brennstoffzellen-Flugzeug besaßen die USA. Es war allerdings unbemannt, eine Art Drohne, und stürzte vor einigen Jahren aus etwa 7000 Meter Höhe ab.

Höhere Energienutzung

Den leistungsfähigen Antriebsstrang des Grundmodells Antares E20 mit Elektromotor und Batterie entwickelte der Schweizer Ingenieur Andrea Vezzini, Professor an der Fachhochschule Bern-Biel. Vezzini erhielt dafür den "Swiss Technology Award", den bedeutendsten Innovations-Preis der Schweizer Hochschulen und Universitäten. Der Energie-Ausnutzungsgrad beträgt 44 Prozent, herkömmliche Verbrennungs-Motoren können nur 18 bis 25 Prozent der Energie, die im Benzin oder Diesel schlummert, umsetzen. Weitere Projektpartner sind Lange Aviation, Airbus sowie der dänische Brennstoffzellen-Stack-Spezialist Serenergy. Für das Jahr 2012 erwartet Kallo die Serienreife. Dann soll Antares-DLR-H2 bei Lange Aviation in Produktion gehen.

Die bisherigen Flüge verliefen störungsfrei. Der einsitzige Motorsegler mit einem Startgewicht bis 1000 kg erreicht nach Mitteilung des DLR eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 170 km/h. Das Flugzeug hat eine Reichweite von 750 Kilometer und kann bis zu fünf Stunden in der Luft bleiben. Für den Betrieb mit Brennstoffzelle wurde Antares äußerlich verändert. Es erhielt unter anderem zwei Kunststoff-Behälter unter den beiden Tragflügeln.

Bei der Produktion der elektrischen Energie durch die Brennstoffzelle entstehen keine umweltschädlichen Abgase, sondern nur Abwärme und Wasser. Es handelt sich also um eine überaus umweltfreundliche Energie- und Antriebsquelle. Durch die direkte Kopplung der Brennstoffzelle mit dem Motor können Kosten und Wartungsaufwand minimiert werden, teilt das DLR mit.

Das Testflugzeug soll später auch mit Brennstoffzellen anderer Hersteller fliegen. Vorerst wird Antares DLR-H2 das einzige bemannte Flugzeug weltweit bleiben, das nur mit der Energie einer Brennstoffzelle aufsteigt. Darauf können die DLR-Ingenieure in Stuttgart stolz sein.

Ersatz für Lichtmaschine

Von der EU geförderte PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membran-BZs) sollen auch in Großraumflugzeugen Einzug halten. Freilich noch nicht zur Energielieferung für die großen Triebwerke an den Flügeln, sondern als Notstromaggregat. Gegenwärtig testen DLR-Ingenieure in Stuttgart Brennstoffzellen verschiedener Hersteller für den Einsatz im Rumpf von Großraumflugzeugen als Ersatz für das Notstromaggregat im Flugzeugheck.

Am DLR-Standort Stuttgart wurde eigens ein Neige-Prüfstand für Brennstoffzellen in Flugzeugen errichtet. Derzeit wird dort eine PEM-Brennstoffzelle der französischen Michelin in einem umgebauten Airbus erprobt. Ab 2011 soll eine vibrationsfreie und geräuscharme PEM-Brennstoffzelle die Bord- und Notstromversorgung des Airbus übernehmen und das Diesel-Notstrom-Aggregat ersetzen, das große Mengen umweltschädlicher Abgase emittiert.

Auch in Automobilen soll eine 5 kW-Brennstoffzelle die Stromversorgung übernehmen. Sie soll die vom Motor angetriebene, schwere und Kraftstoff verbrauchende Lichtmaschine ersetzen. Die DLR-Wissenschafter Hans Müller-Steinhagen und Josef Kallo erhielten für ihre Brennstoffzellen-Lösung im Flugzeugbau im September 2008 in Stuttgart gemeinsam mit Airbus Deutschland den "f-cell-Award in Silber."