Als erstes viersitziges Passagierflugzeug soll die HY4 im Sommer 2016 mit einem elektrischen Antrieb, der seine Energie hauptsächlich aus einer Wasserstoff-Brennstoffzelle bezieht, zum Erstflug starten. Ein Modell der HY4 stellt das DLR-Institut für Technische Thermodynamik gemeinsam mit seinen Forschungs- und Entwicklungspartnern Hydrogenics, Pipistrel, H2FLY, der Universität Ulm und dem Flughafen Stuttgartauf der Hannover Messe am Gemeinschaftsstand für Wasserstoff, Brennstoffzellen und Batterien vor.

Antriebsstrang erfolgreich im Labor getestet
Der Antriebsstrang der HY4 besteht aus einem Wasserstoffspeicher, einer Niedertemperatur-Wasserstoffbrennstoffzelle und einer Hochleistungsbatterie. Die Brennstoffzelle wandelt die Energie des Treibstoffs Wasserstoff direkt in elektrische Energie um. Als einziges Abfallprodukt entsteht dabei sauberes Wasser. Mit dem so gewonnenen Strom treibt der Elektromotor den Propeller des Flugzeugs an. Wird der für die Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt, die Strom aus erneuerbaren Energie nutzt, so fliegt die HY4 komplett emissionsfrei.

In den letzten Monaten hat das DLR-Forscherteam den Antriebsstrang bereits erfolgreich im Labor getestet. Um abzuheben, muss der Antrieb für den Zeitraum von drei Minuten zuverlässig eine maximale Startleistung erbringen. Diese wurde bereits für mehr als zehn Minuten nachgewiesen. Das Zusammenspiel der Brennstoffzelle mit der Hochleistungsbatterie, die als Puffer und zusätzliches Sicherheitssystem verwendet wird, konnte in vereinfachter Form ebenfalls bereits im Labor nachgewiesen werden. Damit steht der Weg offen, eine erste Version dieses Antriebssystems in das viersitzige Passagierflugzeug HY4 einzubauen.

Hohe Effizienz und niedrige lokale Emissionen
Die Realisierung des hybriden Antriebskonzepts der Forschungsplattform HY4 ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg, die Vision des elektrischen Fliegens auch im Passagierverkehr Wirklichkeit werden zu lassen. Gleichzeitig ist sie ein Beispiel für die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Energie- und Luftfahrtforschern innerhalb des DLR. "Hybride Antriebe versprechen hohe Effizienz bei gleichzeitig niedrigen lokalen Emissionen und könnten unseren Überlegungen nach bald in der Lage sein, Passagiere sicher auf Kurzstrecken zu transportieren. Langfristig sind auch Flugzeuge mit grösseren Kapazitäten denkbar. Das DLR ist für diese Herausforderungen sehr gut gerüstet", so der DLR-Luftfahrtvorstand Prof. Rolf Henke.

Der HY4-Projektleiter Prof. Josef Kallo fügte hinzu: "Basierend auf den Erfahrungen aus früheren Projekten, konnten wir auch für die HY4 die Modularität des Antriebs erfolgreich bestätigen. Die Förderung dieser Technologie im Rahmen des ersten Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie NIP hat sich ausgezahlt."

Synergieeffekte: Elektromobilität in der Luft und am Boden
"Elektrisch angetriebene Passagierflugzeuge könnten das entscheidende Verbindungsstück darstellen, um dynamische, emissionsfreie und vernetzte Mobilitätskonzepte von morgen zu realisieren", beschreibt Prof. André Thess, Leiter des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik. "Gleichzeitig rechnen wir mit vorteilhaften Synergieeffekten mit der bodengebundenen Elektromobilität." Die zunehmende weltweite Industrialisierung und Technisierung wird den Bedarf an flexiblen Verkehrsträgern weiter steigern. Zudem erfordert die Entstehung grosser Bevölkerungszentren und Mega-Städten neue, effiziente, emissionsfreie und vernetzte Verkehrsträger –innerhalb dieser Ballungszentren wie in der Aussenanbindung.

Vor dem Hintergrund dieser globalen Entwicklung hat sich die Europäische Union als Ziel gesetzt, das Reisen innerhalb der Mitgliedsstaaten zu vereinfachen, zu vernetzten und zu beschleunigen. So formuliert das Forschungsnetzwerk ACARE (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe) in den ACARE2050-Zielen die Vision, die Reisezeiten innerhalb Europas von Tür zu Tür auf vier Stunden zu verkürzen und eine nahtlose Verbindung von Verkehrsträgern zu realisieren. Dabei sollen sowohl infrastrukturschwache Gebiete wie auch dynamische Ballungsräume berücksichtig werden.

Die HY4-Projektpartner
Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik verantwortet die Gesamtintegration des Antriebsstrangs sowie die Qualifizierung der elektrochemischen Komponenten für den Einsatz in der Luftfahrt. Betrieben wird die Forschungsplattform HY4 wird von der DLR-Ausgründung H2FLY. Die HY4 basiert auf einem effizienten batterie-elektrischem Flugzeugkonzept der Firma Pipistrel. Die Brennstoffzellenstacks stammen von der Firma Hydrogenics, das elektrische Antriebskonzept, die leistungselektronischen Bauteile für die Hybridisierungseinheit und die Optimierung des Antriebsmotors werden am Institut für Energiewandlung und -speicherung der Universität Ulm erforscht. Der Flughafen Stuttgart unterstützt das Projekt als Heimatflughafen.

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Text: DLR-Institut für Technische Thermodynamik