Nicht nur das Aussehen der „fliegenden Brennstoffzelle“ HY 4 ist ungewöhnlich. Aus Gründen der optimalen Gewichtsverteilung haben seine Konstrukteure ihm drei Rümpfe gegeben. Im Mittelrumpf sitzt dabei die eigentliche Neuheit – der Brennstoffzellen-Antrieb. Die HY 4 ist das erste Passagierflugzeug der Welt, das von Brennstoffzellen angetrieben wird. Es startete am 29. September 2016 von Stuttgart aus zum Erstflug.
DLR liefert Antrieb per Brennstoffzelle
Gebaut haben das Flugzeug Forscher und Ingenieure am Stuttgarter Institut für Technische Hydrodynamik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Mit dieser Technologie rückt das abgas- und schadstofffreie Fliegen in den Bereich des Machbaren.
HY 4 nach dem Erstflug (von links nach rechts): Prof Georg Fundel, Geschäftsführer Flughafen Stuttgart, Prof André Thess, Leiter DLR-Institut für Technische Thermodynamik, Ivo Boscard, Geschäftsführer Pipistrol, Prof Josef Kallo, Projektleiter HY4 im DLR (#1)
Innovation im Profil
Die Brennstoffzelle ist das Herzstück von HY4 – der neuartige Antrieb im Mittelrumpf. (#5)
Die HY4 erinnert stark an einen Katamaran. Es bietet Platz für vier Personen. Je zwei sitzen zusammen in den beiden äußeren Rümpfen. Die Antriebsanlage mit Propeller, Getriebe und dem Brennstoffzellensystem ist in Zentralrumpf auf dem Mittelflügel untergebracht. „Der Katamaran eignet sich gut für die Gewichtsverteilung, weil wir auf dem Mittelflügel das meiste Gewicht aufbringen mussten“, sagt Professor Josef Kallo, der zuständige Projektleiter beim DLR-Institut für Technische Thermodynamik.
Start des Brennstoffzellen-Flugzeugs HY 4 am 26. September 2017. (#2)
Die Piloten finden, HY4 liegt satt in der Luft. (#7)
Flugzeug mit Brennstoffzelle „HY4“ beim Start. (#4)
Startvorbereitung an der HY4. (#6)
Der im Zentralrumpf eingebaute Antriebsstrang besteht aus der Brennstoffzelle selbst, einem Wasserstoffspeicher und einer Hochleistungsbatterie. Hinzu kommen ein 80 Kilowatt starker Elektromotor sowie Getriebe und Propeller.
Die Brennstoffzelle erzeugt Energie, indem sie Wasserstoff mit Sauerstoff reagieren lässt und so direkt in elektrische Energie umwandelt. Das Abfallprodukt ist schlichtes Wasser. Die Hochleistungsbatterie liefert zusätzliche Energie für den Start und für Steigflüge.
Trotz seines ungewöhnlichen Aussehens sind die Flugeigenschaften des Flugzeugs völlig unproblematisch. „Die Piloten sagen, es liegt satt in der Luft“, sagt Professor Kallo, „auch bei Landungen mit Seitenwinden ist es gut steuerbar.“ Nur der extrem leise Motor sei am Anfang etwas ungewohnt.
Nach der ersten Serie von Probeflügen kommt HY4 jedoch wieder in die Halle. Das Brennstoffzellen-System und der Antrieb werden demontiert und gewartet. Josef Kallo hofft, durch weitere Verbesserungen zwischen fünf und sieben Prozent mehr Leistung und eine höhere Spannung zu erreichen. Im Sommer oder im Herbst 2017 werden die nächsten Testflüge stattfinden.
„2018 würden wir gerne anfangen, längere Strecken zu fliegen und Erfahrungen mit neuen Komponenten zu sammeln“, so Kallo. Mit diesen Flügen würden sich die Forscher auch den Einsatzszenarien für zukünftige kommerzielle Brennstoffzellen-Flugzeuge nähern.
Potential von Flugzeugen mit Brennstoffzelle
Die HY 4-Konstruktion nutzt zwei handelsübliche Segelflugzeuge, während die eigentliche Innovation, der Antrieb, im Mittelrumpf sitzt. (#3)
Der Elektrosegler H2 ist das erste bemannte Flugzeug mit Brennstoffzelle der Welt, hier beim Start auf der ILA 2014 in Berlin. (#8)
Einsatzgebiete für Flugzeuge mit Brennstoffzelle sieht Kallo im Regionalluftverkehr. Sie könnten als 200 bis 250 Kilometer pro Stunde schnelle Lufttaxis für vier bis sechs Passagiere dienen. Diese Taxis verbinden kleine Flugplätze untereinander oder mit größeren Flughäfen und sorgen in schlecht erschlossenen Regionen für schnelle Verbindungen. Denkbar wären auch autonom fliegende Flugzeuge ohne Pilot, die man je nach Bedarf bestellen könnte.
Das zweite Szenario sieht größere Flugzeuge mit 19 bis 40 Plätzen vor, die Reichweiten zwischen 800 und 1000 Kilometern erreichen und zwischen 400 und 450 km/h schnell sind. Sie könnten zwischen Stuttgart und Friedrichshafen oder zwischen Hamburg und Hannover verkehren oder die Strecke Stuttgart-Leipzig-Stuttgart in drei Stunden bewältigen.
HY 4 wird weiter am Flughafen Stuttgart stationiert sein. Das Flugzeug soll für drei bis fünf Jahre fliegen, um Erfahrungen zu sammeln und den Antrieb weiter zu verbessern.
Die ersten Brennstoffzellen-Flugzeuge – Made in Germany
Röntgenbild der Drohne mit Brennstoffzelle HyFish, die 2007 erstmals flog und zeigte, daß diese Technologie Fluggeräte antreiben kann. (#9)
Das DLR arbeitet seit vielen Jahren daran, die Brennstoffzellen-Technologie als Antrieb nutzbar zu machen. 2007 flog zum ersten Mal ein Fluggerät, das diese Technologie nutzte – der „Hyfish“, ebenfalls am Institut für Technische Hydrodynamik entwickelt.
Nach heutigem Verständnis war „Hyfish“ eine Drohne. Mit ihm konnten die Forscher die Machbarkeit des Konzepts zeigen. Dann folgte H 2, ein Motorsegler, der 2009 in Hamburg erstmals startete und seitdem für verschiedene Forschungsvorhaben genutzt wird.
Das Flugzeug ist ein einsitziger Motorsegler vom Typ Antares 20E, den Antrieb lieferte Lange Aviation aus Rheinland-Pfalz. Es ist das erste bemannte Brennstoffzellen-Flugzeug der Welt.
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