Fliegen ist klimaschädlich, denn bei der Verbrennung von Kerosin wird viel CO2 freigesetzt. Eine umweltverträgliche Lösung kann es sein, Flugzeuge künftig mit nachhaltig erzeugtem Wasserstoff zu betreiben. Hierzu müssen geeignete Lieferketten aufgebaut werden. Wie das aussehen kann, erforscht ein Verbundprojekt, an dem die TU Hamburg beteiligt ist.
„Über den Wolken muss die Freiheit wohl grenzenlos sein“, sang der Liedermacher Reinhard Mey vor vielen Jahren. Inzwischen steht das Fliegen vor allem für einen hohen CO2-Ausstoß. Doch Forscherinnen und Forscher setzen vieles daran, die Luftfahrtbranche klimaneutral zu gestalten. Ein Ansatz ist es, anstatt fossilem Kerosin grünen Wasserstoff als Energieträger einzusetzen. Allerdings sind die aktuellen Kapazitäten Wasserstoff herzustellen, bislang noch gering und für die Produktion werden große Mengen an Strom benötigt. Eine Lösung für dieses Problem könnte es sein, den Strom in Offshore-Windparks auf dem Meer zu erzeugen. Die grüne Energie bildet die Grundlage, Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten. Denn nur, wenn der Wasserstoff aus regenerativen Energien hergestellt wird, kann seine Verwendung einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Ein vielversprechender Ansatz, der die Luftfahrtbranche aber vor große Herausforderungen stellt.
Das Verbundprojekt „HyNEAT – Hydrogen Supply Networks‘ Evolution for Air Transport“ forscht in den kommenden drei Jahren daran, die Netzwerke zur Bereitstellung des Wasserstoffs an Flughäfen zu planen. Im Fokus stehen dabei die kostengünstige Erzeugung und der Transport grünen Wasserstoffs, bei dem es sich um ein flüchtiges Gas handelt. Das erschwert die Planung der Liefernetzwerke. Für den Einsatz in der Luftfahrt muss der Wasserstoff verflüssigt werden, da er im flüssigen Zustand ein geringeres Volumen aufweist. Hierzu ist es erforderlich, ihn auf mindestens minus 250 Grad Celsius zu kühlen. Derzeit gibt es nur wenige solcher Verflüssigungsanlagen in Europa, unter anderem in Leuna in Sachsen-Anhalt. Für den Transport und die Lagerung muss der flüssige Wasserstoff außerdem gut isoliert werden, da sonst die Gefahr besteht, dass er verdampft.
Modelle für die Versorgung mit grünem Wasserstoff
An der TU Hamburg ist die Arbeitsgruppe Resilient and Sustainable Operations and Supply Chain Management von Professor Christian Thies am Projekt beteiligt und damit betraut, mathematische Optimierungsmodelle für das so genannte „Hydrogen Supply Chain Network Design Problem“ zu entwickeln. Hierzu werden die Energiesysteme und die Nachfrage analysiert und einzelne Komponenten modelliert. Schließlich werden die Ergebnisse zusammengeführt und mit Kollegen aus der Mathematik spezifische Lösungsverfahren für die komplexen Modelle entwickelt. Sie sollen beispielsweise berechnen, welche Größen die Pipelines haben müssen, durch die der Wasserstoff transportiert wird, oder wie viele LKW für den Transport eingesetzt werden müssen. „Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse erstellt unsere Arbeitsgruppe verschiedene Szenarien. Wir untersuchen sie und leiten daraus Handlungsempfehlungen für Politik und Wirtschaft ab, wie eine effiziente Bereitstellung von grünem Wasserstoff für die Luftfahrt aussehen kann“, sagt Prof. Thies. „Genauso notwendig, wie neue Antriebe und Flugzeugkonzepte zu entwickeln ist es, die entsprechende Wasserstoff-Infrastruktur aufzubauen. Die größte Herausforderung wird es sein, zu wettbewerbsfähigen Kosten zu kommen, die den Betrieb neuartiger wasserstoffbetriebener Flugzeuge ermöglichen“, führt der Experte für Lieferketten aus.
Im Projekt werden insgesamt drei Ebenen betrachtet und untersucht: Die Forschenden loten die globalen Wasserstoff-Potentiale für die Luftfahrt aus. Sie berechnen, ob sie im europäischen Energiesystem mit dem dazugehörigen Wirkungsbereich bis nach Afrika und dem Nahen Osten umsetzbar sind. Und schließlich beschreiben sie ihre Ergebnisse bis zur lokalen Ebene, um zu sehen, wie ein typischer Flughafen aussehen muss.
Das Verbundprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund drei Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind die Leibniz Universität Hannover, die Technische Universität Braunschweig, die Technische Universität Clausthal, die Technische Universität München, die Technische Universität Hamburg sowie ein Industriebeirat, in dem unter anderem Airbus, Deutsche Aircraft, Lufthansa, Linde, Siemens Energy und der Flughafen Hamburg vertreten sind.
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