Ökologie der Lüfte

Vom Aussehen her erinnert die Maschine an jene Fluggeräte, die vor über 100 Jahren die Anfänge der Luftfahrtgeschichte markieren: Eine Riesen-Tragfläche, zwölf Meter lang, gegen die sich der freischwebende Pilotensitz darunter eher winzig ausnimmt. Vorne dreht sich ein Propeller; hinter dem Sitz fällt eine große stählerne Fasche auf; dazwischen freischwebende Kabel und Schläuche. Das Ganze erinnert eher an ein Rieseninsekt denn an ein Flugzeug. Dennoch markiert dieser Ultraleicht-Flieger des französischen Herstellers Helite eine Weltneuheit.

"Das Besondere daran ist: Der hat einen Elektromotor. Und das noch besondere: Dieser Elektromotor wird gespeist von drei Brennstoffzellen. Und diese Brennstoffzellen erzeugen den Strom, den der Elektromotor benötigt, mit Wasserstoff",

erklärt der Luftfahrt-Experte Willi Tacke aus Murnau, der im Auftrag der Messe Friedrichshafen die "e-light-Show" auf der "Aero" organisiert hat. Weltweit, so Tacke, gebe es nur drei flugtaugliche Projekte, bei denen der Antrieb mit elektrischer Energie aus Brennstoffzellen gespeist wird. Der französische Helite-Ultraleicht-Flieger erscheint aber technologisch am weitesten entwickelt. Tacke:

"Das Besondere hier daran ist Folgendes: In der Fliegerei muss alles ja besonders leicht sein, weil ich mit dem Ganzen ja in die Luft will. Wenn es aber besonders leicht sein soll, kann ich mir nicht leisten, noch allzu viel Gewicht für die Pufferung für die Batterien von dem Strom aufzuwenden. Und dieses Flugzeug hier ist das erste weltweit, wo de Strom direkt von der Brennstoffzelle in den Elektromotor geht. Da heisst, wenn das einmal läuft, habe ich als Abgas nur noch Wasser. Und damit kann ich fliegen, wirklich sehr ökologisch."

Das klingt auf den ersten Blick einfacher, als es letztlich realisiert wurde. Alles in allem wiegt der Wasserstoff betriebene Ultraleicht-Flieger inklusive Brennstoffzelle und Pilot etwas weniger als 160 Kilogramm. Mit Batterien an Bord wäre ein solches 'Fliegengewicht' niemals erreichbar gewesen. Die Tücke besteht aber darin, dass die Brennstoffzelle nur in einem bestimmten Temperaturintervall ausreichend Strom liefert. Willi Tacke:

"Der Pilot fliegt mit einem Laptop, wo er gleichzeitig am Bildschirm die Überwachung der drei Zellen sehen kann. Weil das Problem an diesen Zellen ist: Wenn die Temperatur unterhalb von 60 Grad liegt, ist die Stromproduktion zu gering, also nicht optimal. Und wenn die Temperatur über 70 Grad liegt, schmilzt die Membran in den Zellen, und es kann kein Strom mehr produziert werden. Dieses ist zwar elektronisch überwacht. Aber es könnte natürlich passieren, dass es trotzdem überhitzt ist. Deshalb hat man eine spezielle elektronische Kühlung eingebaut."

Erste Flugversuche zeigen, dass der Wasserstoff-Ultralight gerade mal mit 550 Gramm Wasserstoff pro Flugstunde auskommt. Dass Wasserstoff als umweltfreundlicher Antrieb für Flugzeuge zunehmend interessanter wird, zeigen auch andere Aussteller auf der "Aero" So präsentiert die Universität Stuttgart ihr Projekt "Hydrogenius." Dabei speist Wasserstoff einen 60-Kilowatt starken Verbrennungsmotor, in dem kontrollierte Knallgas-Reaktionen ablaufen. Die Technische Universität Turin zeigt "Sky-Parks". Hierbei handelt es sich ebenfalls um einen brennstoffzellenbetriebenen Ultraleicht-Flieger, dessen Erstflug allerdings in diesem Jahr noch bevorsteht.

Das Stuttgarter Unternehmen "flight design" geht dagegen einen anderen Weg: Mit dem erstmals für die Luftfahrt konzipierten Hybridantrieb, also einer Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor, betritt das Unternehmen Neuland: Wie bei KFZ-Hybridsystemen dient der Elektromotor, der mit dem Propeller verbunden ist, in bestimmten Flugphasen als Generator, der elektrische Energie für eine Batterie erzeugt. Oliver Reinhardt von "flight design":

"In dem Moment, wo ich im Reiseflug bin und Überschussleistung aus dem Verbrennungsmotor habe, wird die Überschussleistung erst einmal dazu verwendet, um die Batterie wieder aufzuladen, beziehungsweise wenn ich in den Sinkflug gehe und den Propeller als Bremse verwende, kann ich diese Bremsleistung direkt wieder in die Batterien zurück speisen."

Umgekehrt lässt sich gerade in der energieaufwändigen Startphase der Elektromotor als Unterstützung für den Verbrennungsmotor zuschalten. Allerdings: Das System besteht aus dem eigentlichen Verbrennungsmotor, aus dem Elektromotor und aus den Batterien, allesamt gewichtsintensive Komponenten. Allerdings haben die Versuche der Stuttgarter Tüftler dennoch eine erfreuliche Bilanz für ihr System ergeben:

"Wir erreichen mit einem deutlich kleineren Verbrennungsmotor eine hohe Leistungsklasse für die Startleistung. Und wenn ich dann das gesamte installierte Gewicht betrachte im Flugzeug mit allen Nebeneffekten, die ich habe und der entsprechenden Menge an Kraftstoff, die ich mit herumschleppen muss, mit der entsprechenden Größe des Motors, der im Normalfall überdimensioniert für den Reiseflug ist, erhalte ich hier ein Antriebssystem, das vom Gewicht leicht unter dem der herkömmlichen Antriebe liegt bei gleicher Leistung."

Das heisst: Der Verbrennungsmotor fällt bei der Hybridlösung wesentlich kleiner und damit leichter aus, da die Leistungsspitzen herkömmlicher Flugzeugmotoren nur beim Starten abgefragt werden. Diese Leistungsspitzen deckt im Hybridsystem der Elektromotor ab. Die Folge: Durch den kleineren Verbrennungsmotor wiegt das Hybridsystem weniger als ein herkömmlicher Verbrennungsmotor gleicher Leistung. Damit, so Oliver Reinhardt auf der "Aero" in Friedrichshafen, könnten Hybridsysteme zukünftig auch in größeren Fliegern zur Anwendung kommen:

"Wenn es sich hier bewährt, dieses System, dann ist es durchaus denkbar, dass man es auch in größere Abfluggewichtsklassen hineinnimmt. Ich denke nicht, dass es ein System ist, das sich in Richtung Verkehrsflugzeuge entwickeln wird. Aber im Gesamtbereich General Aviation, also so sechs- bis achtsitzige Flugzeuge, kann das durchaus eine interessante Alternative sein."