ZEROe: Will Airbus’s zero-carbon airplane take off?

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(CNN) – Es sieht aus wie ein Raumschiff, wird mit Treibstoff betrieben, den Experten bis vor einigen Jahren als “verrückt” bezeichneten, und hat das Zeichenbrett kaum verlassen, aber in den Augen eines der weltweit führenden Flugzeughersteller ist es zweifellos die Zukunft.

Nicht einmal die ferne Zukunft. Airbus hofft, dass wir in nur 15 Jahren mit einem seiner radikal neuen Designs in den Himmel fliegen und die Tage der Verschmutzung durch Triebwerke und der Flugbeschämung weit hinter uns lassen.

Das Mischflügelflugzeug gehört zu einer Vielzahl von umweltfreundlichen Modellen mit Wasserstoffantrieb, die Airbus kürzlich im Rahmen seiner Ambitionen vorgestellt hat, die Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie voranzutreiben.

Es ist ein kühner Plan, der vor wenigen Monaten vielleicht phantasievoll erschien, als die Nachfrage nach Flugreisen mit fossilen Brennstoffen weiter anstieg, offenbar immun gegen wachsende Umweltbedenken.

Aber die Ankunft von Covid-19 und seine Auswirkungen auf die Luftfahrt hätten versehentlich einen Flugweg frei machen können, um die Technologie zu überdenken, mit der die Welt in die Luft gebracht werden kann.

Airbus hat sein neues Programm ZEROe getauft. Die offenbarten Entwürfe sind keine Prototypen, sondern ein Ausgangspunkt, um die Technologie zu erkunden, die für den Bau der ersten klimaneutralen Verkehrsflugzeuge erforderlich ist.

“Wie können Sie möglicherweise aus der Pandemie hervorgehen, wobei die Klimaneutralität ein zentraler Faktor für die langfristige Wettbewerbsfähigkeit ist?” Grazia Vittadini, Chief Technology Officer von Airbus, fragte rhetorisch während eines Briefings über die neuen Pläne.

“Es wäre unmöglich, dies nicht zu tun. Schon lange vor der Krise ist es eine anerkannte und gemeinsame Ansicht geworden, dass der Schutz des Klimas und der Schutz unserer Umwelt wichtige unverzichtbare Faktoren sind, auf denen wir die Zukunft des Fliegens aufbauen müssen”, sagte sie.

Warum Wasserstoff?

Der Plan von Airbus, ein emissionsfreies Passagierflugzeug bis 2035 auf den Markt zu bringen, bedeutet, dass 2025 mit der Planung eines technischen Kurses begonnen werden muss. Tatsächlich müssen mehrere Kurse geplant werden.

Das liegt daran, dass keine einzelne Technologie den Energiebedarf decken kann, um das gesamte Spektrum der Flugzeugtypen zu befeuern – von fliegenden Taxis bis hin zu Kurz-, Mittel- und Langstreckenflugzeugen.

Die Spezifikationen der drei neuen Konzeptebenen.

Airbus

Während sich Airbus in letzter Zeit mehr auf die elektrische Luftfahrt für kleine Flugzeuge konzentriert hat, hat sich Airbus nun auf Wasserstoff als Kandidat für die Lösung der CO2-Probleme der Luftfahrt konzentriert.

“Unsere Erfahrung mit Batterien zeigt, dass sich die Batterietechnologie nicht in dem von uns gewünschten Tempo bewegt”, sagt Glenn Llewellyn, Vice President für emissionsfreie Flugzeuge bei Airbus. “Hier kommt Wasserstoff ins Spiel, er hat mehrere tausend Mal mehr Energie pro Kilogramm als Batterien heute haben könnten.”

Laut Llewellyn hat Airbus bereits begonnen, mit Fluggesellschaften, Energieunternehmen und Flughäfen über Wasserstoff zu sprechen, weil “diese Art von Veränderung wirklich ein Team zwischen der Branche und der Luftfahrtindustrie erfordert, um dies zu erreichen.”

Wasserstoff wurde von Wissenschaftlern lange Zeit als lebensfähiger Kraftstoff angesehen, aber bis jetzt hatte er wenig praktische Unterstützung.

Vielleicht ist jetzt, da die Batterien es nicht ganz abschneiden, die Zeit für Wasserstoff gekommen.

“Vor achtzehn Monaten, als die Leute über Wasserstoff in der Luft- und Raumfahrtindustrie sprachen, dachten die Leute, Sie wären etwas verrückt”, sagt Iain Gray, Direktor für Luft- und Raumfahrt an der Cranfield University, gegenüber CNN Travel.

“Aber jetzt ist Wasserstoff zu etwas geworden, das jeder als eine sehr bedeutende Lösung für die Null-Kohlenstoff-Probleme ansieht”, sagt Gray. Cranfield hat ZeroAvia unterstützt – ein Startup, das von der britischen Regierung einen Zuschuss in Höhe von 2,7 Mio. GBP (3,3 Mio. USD) für die Entwicklung emissionsfreier Luftfahrttechnologien erhalten hat. Damit wurde der weltweit erste Flug eines kommerziellen Flugzeugs mit Wasserstoffbrennstoffzellen am Flughafen Cranfield durchgeführt im September.

Alle für Einen und Einer für Alle

ZEROe Airbus emissionsfreies Konzeptflugzeug

Airbus hat dieses Rendering des Turbofan-Konzepts veröffentlicht.

Airbus

Das Drei-ZEROe-Konzeptprogramm umfasst einen 120-200-Passagier-Turbofan mit einer Reichweite von mehr als 2.000 Seemeilen, der transkontinent arbeiten kann und von einem modifizierten Gasturbinentriebwerk angetrieben wird, das mit Wasserstoff betrieben wird. Der flüssige Wasserstoff wird über Tanks hinter dem hinteren Druckschott gespeichert und verteilt.

Dann gibt es ein Flugzeug mit 100 Passagieren, das ein Turboprop-Triebwerk verwendet, das durch Wasserstoffverbrennung in modifizierten Gasturbinentriebwerken angetrieben wird. Es könnte mehr als 1.000 Seemeilen zurücklegen, was es zu einer geeigneten Option für Kurzstreckenfahrten macht.

Das eigentliche Gesprächsstoffstück des Trios – oben in diesem Artikel abgebildet – hat jedoch einen “Blended-Wing-Körper”, bei dem die Flügel mit dem Rumpf des Flugzeugs verschmelzen, um eine stark stromlinienförmige Form wie ” fliegender Flügel “. Diese Option teilt ihre Luftfahrt-DNA mit dem MAVERIC-Demonstrationsflugzeug von Airbus, das im vergangenen Jahr Flugtests unterzogen wurde, um die energiesparenden Vorteile dieses futuristischen Flugzeuglayouts zu untersuchen.

Das gemischte Wasserstoffflugzeug von Airbus sieht aus wie etwas aus Star Trek und kann bis zu 200 Passagiere befördern. Seine einzigartige Konfiguration würde den Passagieren eine radikal neue Art der Innenausstattung der Kabine ermöglichen und gleichzeitig ausreichend Platz für die Speicherung von Wasserstoff bieten.

Der europäische Flugzeughersteller hat ein neues gebogenes Design veröffentlicht, das verspricht, den Kraftstoffverbrauch um bis zu 20% zu senken.

Wie ein Wasserstoffflugzeug funktioniert

Wasserstoff kann auf verschiedene Arten zum Antrieb von Flugzeugen verwendet werden: Er kann direkt durch modifizierte Gasturbinen verbrannt werden; es kann mit Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden; und Wasserstoff in Kombination mit CO2 kann zur Herstellung von synthetischem Kerosin verwendet werden.

“Für uns ist es besonders wichtig, die ersten beiden dieser drei Elemente zu kombinieren – die direkte Verbrennung von Wasserstoff durch modifizierte Gasturbinen mit einem eingebetteten Elektromotor, der von Brennstoffzellen angetrieben wird”, sagt Vittadini von Airbus.

“Um diesen Weg zu beschleunigen, haben wir bereits einen emissionsfreien Demonstrator in der Pipeline, der von grundlegender Bedeutung sein wird, insbesondere für Risikominderungskonzepte wie das Auftanken eines solchen Flugzeugs und die sichere Speicherung und Verteilung von Wasserstoff an Bord eines Flugzeugs.” Sie fügt hinzu.

Könnten vorhandene Düsentriebwerke mit Wasserstoff betrieben werden?

Da bereits erfolgreich nachgewiesen wurde, dass nachhaltiger Flugkraftstoff in bestehende Düsentriebwerke eingesetzt werden kann, stellt sich nun die Frage, ob Wasserstoff auch ein “Drop-in” -Treibstoff sein könnte.

Dies hat sich Rolls-Royce (das nicht mit dem ZEROe-Programm verbunden ist) angesehen, nachdem er seine Trent-Motoren in der Vergangenheit erfolgreich mit einem Wasserstoff / Kerosin-Gemisch getestet hat.

“Die Umstellung auf 100% Wasserstoff würde eine Anpassung an das derzeitige Gasturbinendesign erfordern”, sagt Alan Newby, Direktor für Luft- und Raumfahrttechnologie und zukünftige Programme bei Rolls-Royce Civil Aerospace, gegenüber CNN Travel.

Newby erklärt aber auch, dass die größte Herausforderung darin besteht, die Flammentemperatur und -stabilität im Verbrennungssystem zu steuern. Dann stellt sich die Frage nach der Anpassung des Kraftstoffzufuhr- und -managementsystems, insbesondere für flüssigen Wasserstoff. Eine weitere Einschränkung ist, dass ein Kilo Wasserstoff die dreifache Energie von Kerosin hat, aber was noch wichtiger ist, es nimmt das Fünffache des Volumens ein.

“Die Antwort lautet also: Ja, es ist möglich, aber es müsste ein großer Fokus darauf gelegt werden, diese Elemente des aktuellen Motorkonzepts neu zu gestalten, die Gasturbine als komplettes Tank-zu-Abgas-System zu betrachten und eine Ganzheitlicherer Ansatz auf Gesamtebene “, sagt Newby.

ZEROe Airbus emissionsfreies Konzeptflugzeug

Dies ist die ZEROe Turboprop-Konzeptebene.

Airbus

Wie diese Konzepte die kommerzielle Luftfahrt verändern könnten

Die Enthüllung der Airbus-Konzepte symbolisiert einen Meilenstein in Bezug auf die Einführung von Wasserstoff in der zivilen Luft- und Raumfahrt auf der obersten Ebene der Industrie.

Zwar gibt es zahlreiche Anstrengungen mit kleineren Flugzeugen und Drohnen, die Wasserstoff und Wasserstoffbrennstoffzellen verwenden. Die Ankündigung von Airbus bedeutet jedoch eine wichtige strategische Verschiebung für die kommerzielle Luftfahrt, bei der Wasserstoff in den 2030er Jahren und darüber hinaus zur Norm für Kurz- und Mittelstreckenflüge werden könnte.

“Aber es macht keinen Sinn, ein Wasserstoffflugzeug anzusprechen, wenn Sie sich nicht das System ansehen, in dem es betrieben wird”, warnt Gray.

Die Luftfahrt “muss das gesamte Null-Kohlenstoff-Problem auf ganzheitliche Weise angehen und dabei Flughäfen, Flugsicherung, Flugzeuge und Transporte von und zu Flughäfen betrachten”, erklärt er.

Glücklicherweise scheint der Dialog zwischen den Interessengruppen im Gange zu sein.

“Dies wird das Energie- und Luftfahrt-Ökosystem massiv verändern”, sagt Glenn Llewellyn von Airbus. “Wir haben bereits begonnen, mit Fluggesellschaften, Energieunternehmen und Flughäfen zusammenzuarbeiten, da diese Art von Veränderung wirklich ein branchen- und branchenübergreifendes Teaming erfordert, um dies zu erreichen.”

Diese Notwendigkeit eines ganzheitlichen Ansatzes passt perfekt zu dem Bestreben der Flughafenbetreiber, ihren eigenen CO2-Fußabdruck zu verringern – Wasserstoff könnte viele Aspekte der Flughafeninfrastruktur antreiben.

Zum Beispiel führte der Memphis International Airport im Jahr 2015 eine zweijährige Demonstration der weltweit ersten emissionsfreien Bodenunterstützungsausrüstung mit Wasserstoffbrennstoffzellenantrieb durch, bei der über 175.000 Gallonen Dieselkraftstoff und 1.700 Tonnen CO2 eingespart wurden.

In einer separaten Initiative am Flughafen Toulouse-Blagnac wird eine Wasserstoffproduktions- und -verteilungsstation zur Betankung von wasserstoffbetriebenen Bussen installiert.

Was Wasserstoff zu einem überzeugenden Kraftstoff für Flughäfen macht, ist die Tatsache, dass er sowohl vor Ort als auch aus den Abfällen des Flughafens hergestellt werden kann.

Das finnische Flughafenunternehmen Finavia bewertet unter anderem seine Praktikabilität.

“Wir prüfen, wie wir die Abfallströme auf den Flughäfen von Finavia nutzen können, einschließlich der Abfälle aus Glykol (der Flüssigkeit, die zum Enteisen von Flugzeugen verwendet wird), um Wasserstoff zu erzeugen”, sagt Henri Hansson, Senior Vice President für Infrastruktur und Nachhaltigkeit.

ZEROe Airbus emissionsfreies Konzeptflugzeug

Dieses Rendering zeigt die drei Fahrzeuge, die in Formation fliegen.

Airbus

Ein bedeutender Sprung in Richtung umweltfreundlicher Flugreisen

Ein gemeinsamer Treibstoff, den Fluggesellschaften und Flughäfen gleichermaßen nutzen können, ist ein absoluter Spielveränderer für die Branche.

Die Einführung von Wasserstoffflugzeugen und das Ausmaß ihres Umweltnutzens hängen vom Grad der Aufnahme in den kommenden Jahren ab. Vittadini von Airbus sagt: “Wir schätzen, dass es auf unserem Weg zur Dekarbonisierung der Luftfahrt um mehr als 50% beitragen wird.”

Es gibt jedoch noch viele technologische Hürden bei der Kommerzialisierung jeglicher Art von beträchtlichem Wasserstoffflugzeug.

Dies ist teilweise auf Gewichts- und Größenbeschränkungen zurückzuführen, sagt Newby, aber “auch darauf, dass die Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen der Branche sehr hoch sind, was das Erreichen sehr hoher technischer Reifegradbarrieren erfordert, insbesondere für Passagierbeförderungsdienste.”

Und wasserstoffbetriebene Luftfahrt ist keine Wunderwaffe, sagt er. Es wird eine Kombination verschiedener Lösungen erforderlich sein, darunter nachhaltige Flugkraftstoffe, elektrische, hybride und effizientere Gasturbinen, die verschiedene Missionen antreiben, um die Industrie beim Erreichen ihrer Emissionsziele zu unterstützen.

“In Bezug auf das Timing”, sagt Newby, “könnten kleine wasserstoffbetriebene Regionalflugzeuge möglicherweise noch vor Ende des Jahrzehnts verfügbar sein.”

Was dies für Flieger bedeutet

Bis sich Airbus für eine Konfiguration entschieden hat, ist es noch zu früh, um zu wissen, wie die Passagierkabine aussehen wird oder wie das Erlebnis an Bord aussehen wird.

Aber was zuverlässig vorhergesagt werden kann, ist, wie es sich vom Standpunkt der menschlichen Sensibilität aus anfühlen wird. Wasserstoff könnte das Gegenmittel gegen Flugbeschämung sein, wenn Airbus ZEROe in Gang bringen kann.

Die Einführung dieser Konzepte inmitten einer Pandemie könnte für Airbus sogar ein Geniestreich sein, da die Menschen nun Zeit hatten, über das Privileg einer erschwinglichen Luftfahrt nachzudenken und ihre Auswirkungen auf den Planeten anzuerkennen.

“Covid hat ironischerweise viele Menschen daran erinnert, wie die Welt aussieht, wenn sie keine Kondensstreifen sehen und keine großen Düsentriebwerke hören”, sagt Gray. “Fliegen an sich ist nicht das Problem; Kohlenstoff ist das Problem, das wir angehen wollen.”

“Das Fliegen hat Einzelpersonen auf der ganzen Welt großartige persönliche und berufliche Reisemöglichkeiten geboten. Daher muss der Schwerpunkt auf der Lösung der Emissionen und der Kohlenstoffprobleme liegen. Wasserstoff ist ein Spielwechsler, und die Industrie ist bereit dafür.”

Paul Sillers ist ein Luftfahrtjournalist, der sich auf Passagiererfahrung und zukünftige Flugreisetechnologie spezialisiert hat. Folgen Sie ihm bei @paulsillers

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