Erstflug mit Brennstoffzelle

Knatterflieger mit Flüsterantrieb

Abheben mit Wasserstoff: Angetrieben allein von der Energie einer Brennstoffzelle ist ein Flugzeug zum Jungfernflug in Hamburg gestartet. Forscher wollen damit demonstrieren, dass sich die Technik auch für den Einsatz in der Luftfahrt eignet.

Ganz lautlos arbeitet die Brennstoffzelle. Nur gelegentlich zischt sie für Bruchteile einer Sekunde - dann wird die Mischung aus Wasserstoff, Wasserdampf und Luft abgelassen, die sich mit der Zeit an der Anode sammelt und den Dauerbetrieb behindern würde.

Der zischende weiße Behälter in aerodynamisch günstiger Tropfenform hängt unter dem Flügel eines Segelflugzeugs. Antares DLR H2 heißt der Flieger, der in wenigen Minuten zum offiziellen Erstflug auf dem Flughafen Hamburg-Fuhlsbüttel abheben wird. Es ist der weltweit erste öffentliche Flug eines allein von Brennstoffzellen angetriebenen Flugzeugs - und deshalb schickt Hamburgs Erster Bürgermeister Ole von Beust persönlich einige Grußworte vornweg: "Das fast so wie beim ersten Flug von Jurij Gagarin ins All", sagt er augenzwinkernd.

"Die Brennstoffzelle ist hervorragend gelaufen"

Der Premierenflug am Dienstagmittag dauert nur wenige Minuten. Auf der großen Startbahn kämpft sich das umgebaute Segelflugzeug gegen böigen Wind an, hebt ab und schraubt sich dann langsam in etwa hundert Meter Höhe. Obwohl die Brennstoffzellen selbst lautlos arbeiten, knattert die Maschine. Den elektrisch angetriebenen Propeller lautlos zu machen, daran würden selbst die besten Ingenieure der Welt scheitern. Zwei Ehrenrunden über der versammelten Presse und den Gästen - dann ist der Flug auch schon wieder vorbei.

"Die Brennstoffzelle ist hervorragend gelaufen und hat genügend Schub geliefert", sagt Uwe Müller-Steinhagen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) nach dem Flug im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Unter seiner Leitung wurde Antares DLR H2 am DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart gebaut.

Anfang 2008 fasste das DLR den Beschluss zum Bau des Brennstoffzellenflugzeugs. Der Segler mit 20 Metern Spannweite stammt von der Zweibrücker Firma Lange Aviation. Normalerweise baut das Unternehmen das Modell Antares als Elektrosegler mit Akku-Antrieb, über 50 Stück wurden bereits ausgeliefert. Zwei stabförmige Lithium-Ionen-Akkus in den beiden Flügeln treiben dann den über dem Rumpf montierten Elektropropeller an. Der Umrüstung des Motorseglers auf Brennstoffzellantrieb war deshalb relativ einfach.

Allerdings mussten die Flügel verstärkt werden, um darunter zwei Außenbehälter zu befestigen. In dem rechten Behälter befindet sich der Tank für bis zu 4,9 Kilogramm Wasserstoff, im linken steckt die Brennstoffzelle, die aus Wasserstoff und Sauerstoff Strom und Wasserdampf produziert. Das gesamte System wiegt rund 160 Kilogramm.

Die Anpassung der Brennstoffzelle an den Betrieb in einem Flugzeug war die größte Herausforderung. "Wir sind an die Grenze des Machbaren gegangen, unter anderem beim Gewicht", sagt Müller-Steinhagen. "Die Anforderungen an die Brennstoffzelle gehen über jene Bedingungen hinaus, für die sie eigentlich gebaut ist. Im Flug treten Vibrationen auf, die Temperaturen sind niedrig." Man habe die Brennstoffzellen, die in Kleinserie von BASF produziert würden, unter anderem in einer Zentrifuge getestet und die Elektronik angepasst.

"Uns sind auch mehrere Brennstoffzellen kaputt gegangen", erzählt der Direktor des Stuttgarter DLR-Instituts. Einmal habe eine Hummel ein Nest im Wasserstoffabfluss gebaut, als das Flugzeug im Freien gestanden habe. Beim nächsten Start sei das Antriebssystem kaputt gewesen.

Einsatz zur zuverlässigen Bordstromversorgung

Um abheben zu können, muss das System eine Leistung von 20 Kilowatt erreichen. Im Flug genügen 10 KW. Nach DLR-Angaben erreicht Antares bei fünf Stunden Flugzeit eine Reichweite von 750 Kilometern. Drei Jahre lang soll der Wasserstoffflieger nun in Hamburg getestet werden. Den DLR-Technikern geht es bei dem Projekt in erster Linie darum, die Flugtauglichkeit der Brennstoffzelltechnik zu demonstrieren.

Antares sei "eine Symbiose des Traums vom Fliegen und des Traums von sauberer Energie", sagte DLR-Vorstandsvorsitzender Johann-Dietrich Wörner vor dem Jungfernflug. Als primäre Energiequelle kommt die Brennstoffzelle jedoch in absehbarer Zukunft nicht in Frage - das ist auch den DLR-Experten klar. Dazu ist die Technik nicht nur zu schwer, sondern auch noch nicht weit genug entwickelt.

Trotzdem glauben die Wissenschaftler, dass Brennstoffzellen schon bald in herkömmlichen Verkehrflugzeugen anzutreffen sind - als zuverlässige Bordstromversorgung. Nicht nur, wenn die Maschine am Boden steht, sondern auch auf längeren Flügen. Die Luftqualität an Flughäfen würde sich so deutlich verbessern. Zudem könnte das in den Zellen produzierte Wasser im Flugzeug in Toiletten und Waschbecken genutzt werden. Auf einem Transatlantikflug kämen Hunderte Liter reinsten Wassers zusammen.

Das DLR testet eine Brennstoffzelle, baugleich zu der in Antares, bereits in einem Airbus A320. Darin übernimmt das System die Notstromversorgung der Hydraulikpumpen. Im nächsten Schritt soll der gesamte Bordstrom damit produziert werden.

Der erste öffentliche Flug am Dienstag in Hamburg ist für den DLR-Experten Müller-Steinhagen in erster Linie "ein Signal für einen Technologiewandel in der Luftfahrt". Im September seien Rekordflüge mit Antares geplant, kündigt er an. Und es gebe noch einige spannende Ideen für den Wasserstoffzellen-Flieger, "die ich aber noch nicht verraten möchte".