SAvHAus – Ein Hub für klimafreundlichen Flugverkehr mit Wasserstofftechnologien

Ein Flugverkehr, der ohne Kerosin auskommt, braucht neue Energieträger und Antriebstechnologien. Eine wichtige Rolle kann dabei Wasserstoff spielen, der mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien und nachwachsenden Rohstoffen erzeugt wird. Für Drohnen sowie Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge werden Antriebskonzepte untersucht, bei denen Flüssigwasserstoff (LH2) in Brennstoffzellen eingesetzt wird. Für Langstreckenflüge werden dagegen auf absehbare Zeit flüssige Kraftstoffe benötigt. Hier bieten Sustainable Aviation Fuels (SAF), die unter Einsatz von erneuerbarem Wasserstoff und biobasierten Rohstoffen hergestellt werden, eine Perspektive.

Im Projekt Sustainable Aviation Hub with Australia (SAvHAus) arbeiten deutsche und australische Forschungspartner gemeinsam daran, die dafür benötigten Technologien weiterzuentwickeln. Ziel ist der Aufbau eines gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungs-Hubs (FuE-Hub) für nachhaltige Luftfahrt. Dort bündeln Forschungseinrichtungen ihre Kompetenzen zur Herstellung von Wasserstoff, leistungsfähigen Brennstoffzellen und neuartigen Flugkraftstoffen, die ohne fossile Energieträger auskommen.

Industrieunternehmen begleiten die Forschungsarbeiten. Dadurch sollen Forschungsergebnisse möglichst schnell in die Anwendung gelangen und neue Wertschöpfungs- und Lieferketten zwischen Australien und Deutschland vorbereitet werden.

Drei Forschungsfelder für eine nachhaltige Luftfahrt

Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf drei miteinander verbundene Technologiefelder:

Nachhaltige Flugkraftstoffe für die Langstrecke

Für Langstreckenflugzeuge entwickelt SAvHAus innovative Herstellungswege für Sustainable Aviation Fuels (SAF). Biomasse und erneuerbarer Wasserstoff sollen dabei möglichst effizient genutzt werden. Untersucht werden unter anderem Verfahren, bei denen Synthesegas beziehungsweise Ethanol als Ausgangsstoffe dienen.

Ein Schwerpunkt liegt auf einer möglichst hohen Kohlenstoff- und Wasserstoffeffizienz bei gleichzeitig geringem Wasserverbrauch. Dafür entwickeln die Forschenden aufeinander abgestimmte Prozesse für Gasreinigung, Reformierung und Hochtemperaturelektrolyse. Auch Nebenprodukte sollen wieder in den Herstellungsprozess zurückgeführt und als Synthesegas genutzt werden.

Eine zentrale Rolle spielt die Hochtemperaturelektrolyse mittels SOEC-Technologie. Sie soll dazu beitragen, Synthesegas auch bei wechselnden Zusammensetzungen der Ausgangsstoffe im jeweils erforderlichen Verhältnis für die anschließende Kraftstoffsynthese bereitzustellen.

Grüner Wasserstoff für Kurz- und Mittelstrecken

Ein zweites Forschungsfeld ist die alkalische Membranelektrolyse (AEM-Elektrolyse). Mit ihr lässt sich Wasserstoff unter Einsatz erneuerbarer Energien herstellen. Die Technologie bietet zudem das Potenzial, den Bedarf an knappen und kostspieligen Edelmetallen wie Iridium oder Platin zu reduzieren.

SAvHAus entwickelt dafür unter anderem angepasste Membranen, Katalysatoren und Zellkonfigurationen. Diese sollen insbesondere für einen dynamischen Betrieb mit schwankend verfügbarer Wind- und Sonnenenergie geeignet sein.

Zugleich untersuchen die Forschenden, wie sich die Elektrolyse robuster gegenüber Verunreinigungen im eingesetzten Wasser machen lässt. Damit sollen die Einsatzmöglichkeiten erweitert und die Lebensdauer der Elektrolyseure erhöht werden. Der so erzeugte erneuerbare Wasserstoff kann anschließend verflüssigt und für Flugzeuge auf Kurz- und Mittelstrecken eingesetzt werden.

Leistungsfähigere Brennstoffzellen für Flugzeuge

Für einen Flugzeugantrieb mit Flüssigwasserstoff sind Brennstoffzellen mit hoher Leistungsdichte erforderlich. SAvHAus erforscht deshalb neuartige Elektrodenstrukturen für sogenannte Medium-Temperature-PEM-Brennstoffzellen.

Mikrostrukturierte Grenzschichten zwischen Katalysatorschicht und Membran sollen höhere Leistungsdichten ermöglichen. Gleichzeitig sollen die Brennstoffzellen mit geringeren Anforderungen an die Befeuchtung und bei höheren Betriebstemperaturen arbeiten können. Damit soll die Technologie besser für den Einsatz in Drohnen sowie in Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen geeignet werden.

Forschung verbindet Australien und Deutschland

SAvHAus verbindet die Kompetenzen deutscher und australischer Forschungseinrichtungen entlang der Wertschöpfungskette einer wasserstoffbasierten Luftfahrt. Der gemeinsame FuE-Hub soll die Entwicklung neuer Technologien beschleunigen und den Transfer in industrielle Anwendungen unterstützen.