Wasserstoffbrennstoffzellen hatten es schwer, als Energiequelle für bodengebundene Elektrofahrzeuge Fuß zu fassen, aber es beginnt sich nach der emissionsfreien Antriebstechnik umzusehen. Alaka'i Technologies, ein neues Startup-Unternehmen für Lufttaxis, hat diese Woche ein mit flüssigem Wasserstoff betriebenes Elektroflugzeug für fünf Passagiere vorgestellt, von dem behauptet wird, dass es effizienter und leistungsfähiger ist als das batteriebetriebene Flugzeug, das viele, viele Wettbewerber entwickeln.
Das in Massachusetts ansässige Unternehmen für "fliegende Autos", das von Veteranen der NASA, Raytheon, Airbus, Boeing und dem Verteidigungsministerium geführt wurde, enthüllte in den Büros von Skai in Los Angeles ein Modell des Sechsrotor-Flugzeugs BMW Designworks, mit dem das Flugzeugdesign zusammengearbeitet hat. Laut Alaka'i kann das Endprodukt bis zu vier Stunden fliegen und 400 Meilen mit einer einzelnen Ladung Kraftstoff zurücklegen, die an einer Wasserstofftankstelle in 10 Minuten wieder aufgefüllt werden kann. Es hat einen funktionsfähigen, maßstabsgetreuen Prototyp gebaut, der seinen ersten Flug "unmittelbar" machen wird, sagt ein Sprecher.
Es wird nicht das erste Flugzeug mit Brennstoffzellenantrieb sein. Boeing hat dies 2008 möglich gemacht. Aber es wäre das erste seiner Art. Die kastenförmige Konfiguration von Skai sieht nicht so aerodynamisch aus wie Prototypen von Lilium, Bell und, ja, Boeing. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt nur 118 Meilen pro Stunde, während andere EVTOL-Konzepte (Electric, Vertical Take Off und Landing) Geschwindigkeiten von über 150 Meilen pro Stunde versprechen. Der Skai ist eher auf Effizienz ausgelegt, die mehr zählt als die Höchstgeschwindigkeit, wenn es darum geht, täglich Dutzende von kurzen Hops zu machen. "Unser Ziel war es, es einfach zu halten, und wir haben uns darauf konzentriert, ein bestimmtes Missionsprofil zu erstellen, das sich über einen ganzen Tag wiederholen lässt", sagt der erfahrene NASA-Ingenieur Bruce Holmes, der im Board of Directors von Alaka'i tätig ist.
Das Argument für Brennstoffzellen läuft auf die Energiedichte hinaus: Ein Pfund komprimierter Wasserstoff enthält mehr als 200-mal mehr Energie als ein Pfund Batterie, sagt Alaka'i-Gründer Brian Morrison. Dies bedeutet, dass der Skai die Geschwindigkeits-, Reichweiten- und Nutzlastanforderungen erfüllen kann, von denen Alaka'i glaubt, dass sie ihn wettbewerbsfähig machen und gleichzeitig viel Gewicht sparen - eine Top-Überlegung für alles, was fliegt. Obwohl das Unternehmen keine Details zum Energiesystem preisgibt, gibt es Hinweise darauf, dass es und sein (ebenfalls nicht veröffentlichter) Brennstoffzellenanbieter mit der Technologie, die diese Leistung ermöglicht, "Durchbrüche" erzielt haben.
Wasserstoffbrennstoffzellen können die Betriebszeiten von Fahrzeugsystemen nachweislich erheblich verlängern, wobei bestimmte kleine unbemannte Flugzeuge mit Batterien von 30 auf 45 Minuten Laufzeit auf mehr als zwei bis vier Stunden mit Brennstoffzellen ansteigen, sagt die Chemikalie Thomas Valdez Ingenieur bei Teledyne Energy Systems. Und sie bieten einen Sicherheitsvorteil, indem sie das Risiko eines thermischen Durchgehens eliminieren. Selbst ein durchstochener Tank ist keine große Sache: „Unter Druck stehender Wasserstoff würde sich sehr schnell in der Luft auflösen, sodass er sich nicht so ansammelt oder entzündet wie herkömmliche Kraftstoffe“, sagt Valdez.
Natürlich bleiben für Skai wie bei allen Startups von Lufttaxis noch viele Herausforderungen offen. Zuallererst muss sichergestellt werden, dass die FAA-Zertifizierung rechtzeitig erfolgt, was für ein neues Antriebssystem in einem neuen Flugzeugtyp nicht garantiert ist. Holmes glaubt, dass ein einfaches Design helfen wird. „Wir haben im Vergleich zu herkömmlichen Flugzeugen deutlich weniger Teile und die Hälfte der Anforderungen, die von der FAA geprüft werden müssen“, sagt er. Der Skai hat keinen Heckrotor und ein ballistischer Fallschirm bedeutet, dass er nicht auf Autorotation angewiesen ist, um sicher zu landen, wenn der Strom ausfällt. Die sechs Rotoren, die zusammen 450 PS erzeugen, sitzen in einer festen Position, anstatt zwischen vertikalem und horizontalem Flug zu schwenken.
Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, plant Alaka'i, den Flugtaxi-Service frühzeitig zu überspringen und sich stattdessen auf Rettungsdienste, Such- und Rettungseinsätze und das Ziehen von Fracht zu konzentrieren, Rollen, die nicht die gleichen Zertifizierungsstandards erfordern wie Passagierflüge. Die äußerst optimistische Einschätzung von Holmes: Die Zertifizierung wird nur wenige Monate dauern (und bis Ende 2020 erfolgen), anstatt der üblichen fünf bis zehn Jahre.
Wasserstoff hat natürlich einen Nachteil, nämlich die Tatsache, dass es nicht viel davon gibt. Ein Mangel an Tankinfrastruktur hat Wasserstoff-Bodenfahrzeuge behindert, aber Flugzeuge können eine leichtere Zeit haben. Anstatt sich auf Tankstellen an jeder Ecke zu verlassen, können Flugzeuge zentralere Tankstellen haben, die von Tanklastwagen versorgt werden.
Ein weiteres mögliches Hindernis könnten Hardwarekosten sein. „Wasserstoffbrennstoffzellen werden seit geraumer Zeit in Raumfahrzeugen eingesetzt. Sie sind bewährte Technologie “, sagt Charles Eastlake, emeritierter Professor für Luft- und Raumfahrttechnik an der Embry-Riddle Aeronautical University. "Der Show-Stopper ist teuer." Ein Elektroflugzeugprojekt, das die Universität im Jahr 2011 durchgeführt hatte, beinhaltete eine Brennstoffzelle, die auf dem freien Markt 250.000 US-Dollar gekostet hätte, um einen relativ kleinen 40-PS-Elektromotor anzutreiben. Obwohl sich die Technologie seitdem verbessert hat und die Kosten sinken, dürfte dies nicht so viel sein, da die meisten F & E-Kosten für Batterien aufgewendet wurden, sagt Eastlake. 1
