Universal Hydrogen hebt ab mit der größten Wasserstoff-Brennstoffzelle, die jemals geflogen ist

Als Universal Ein Flugzeug der Marke Wasserstoff, das mit der größten Wasserstoff-Brennstoffzelle ausgestattet ist, die jemals ein Flugzeug angetrieben hat, absolvierte seinen ersten Testflug im Osten Washingtons. Mitbegründer und CEO Paul Eremenko erklärte den Moment zum Beginn eines „neuen goldenen Zeitalters der Luftfahrt“.

Der 15-minütige Testflug eines modifizierten Dash-8-Flugzeugs war kurz, aber er zeigte, dass Wasserstoff als Treibstoff für Kurzstrecken-Passagierflugzeuge brauchbar sein könnte. Das heißt, wenn Universal Hydrogen – und andere in der aufstrebenden Welt des Wasserstoffflugs – die technischen und regulatorischen Fortschritte erzielen können, die erforderlich sind, um es zu einem Mainstream-Produkt zu machen.

Dash-8, ein Grundnahrungsmittel auf Regionalflughäfen, transportieren normalerweise bis zu 50 Passagiere auf kurzen Strecken. Die Dash-8, die am Donnerstag beim Testflug vom Grant County International Airport in Moses Lake eingesetzt wurde, hatte eine deutlich andere Ladung. Das Universal Hydrogen-Testflugzeug mit dem Spitznamen Lightning McClean hatte nur zwei Piloten, einen Ingenieur und viel Technik an Bord, darunter einen Elektromotor und eine Wasserstoff-Brennstoffzelle, die von zwei anderen Startups geliefert wurden.

Der abgespeckte Innenraum enthielt zwei Racks mit Elektronik und Sensoren sowie zwei große Wasserstofftanks mit 30 kg Kraftstoff. Unter der rechten Tragfläche des Flugzeugs wurde ein Elektromotor von magniX von der neuen Wasserstoff-Brennstoffzelle von Plug Power angetrieben. Dieses System verwandelt Wasserstoff in Strom und Wasser – ein emissionsfreies Kraftwerk, von dem Eremenko glaubt, dass es die Zukunft der Luftfahrt darstellt.

Die Brennstoffzelle war während des gesamten Fluges in Betrieb, erzeugte bis zu 800 kW Strom und erzeugte nichts als Wasserdampf und ein Lächeln auf den Gesichtern einer Menge von Ingenieuren und Investoren von Universal Hydrogen.

„Wir denken, dass es eine ziemlich monumentale Leistung ist“, sagte Eremenko. „Es hält uns auf Kurs, das wahrscheinlich erste zertifizierte Wasserstoffflugzeug im Passagierdienst zu haben.“

Der Luftverkehr trägt derzeit etwa 2,5 % zu den globalen CO2-Emissionen bei und wird voraussichtlich jährlich um 4 % wachsen.

Benutze immer noch Flugbenzin

Der Testflug, der ein Erfolg war, bedeutet nicht, dass eine völlig kohlenstofffreie Luftfahrt vor der Tür steht.

Unter dem anderen Flügel des Dash-8 lief ein Standard-Turboprop-Triebwerk von Pratt und Whitney (beachten Sie den Unterschied auf dem Foto oben) mit etwa doppelt so viel Leistung wie die Brennstoffzellenseite. Diese Redundanz trug dazu bei, einen Weg mit der FAA zu ebnen, die Anfang Februar ein experimentelles spezielles Lufttüchtigkeitszertifikat für die Dash-8-Tests ausstellte.

Einer der Testpiloten, Michael Bockler, sagte gegenüber Tech, dass das Flugzeug „wie eine normale Dash-8 flog, mit nur einem leichten Gieren“. Er bemerkte, dass das Flugzeug an einem Punkt im Horizontalflug fast ausschließlich mit Brennstoffzellenantrieb flog, wobei der Turboprop-Motor gedrosselt war.

„Bis beide Motoren mit Wasserstoff angetrieben werden, ist es immer noch nur eine Show“, sagte ein leitender Ingenieur, der die nachhaltige Luftfahrtindustrie berät. „Aber ich will nicht darüber spotten, denn wir brauchen diese Trittsteine ​​zum Lernen.“

Ein Teil des Problems heutiger Brennstoffzellen besteht darin, dass sie schwierig zu kühlen sind. Düsentriebwerke laufen viel heißer, geben aber den größten Teil dieser Wärme durch ihre Abgase ab. Da Brennstoffzellen eine elektrochemische Reaktion verwenden und nicht einfach nur Wasserstoff verbrennen, muss die Abwärme durch ein System aus Wärmetauschern und Lüftungsöffnungen abgeführt werden.

ZeroAvia, ein weiteres Startup, das Wasserstoff-Brennstoffzellen für die Luftfahrt entwickelt, stürzte seinen ersten fliegenden Prototypen im Jahr 2021 ab, nachdem es seine Brennstoffzelle mitten in der Luft abgeschaltet hatte, um sie abkühlen zu lassen, und konnte sie dann nicht mehr neu starten. ZeroAvia ist seitdem wieder mit einem hybriden Aufbau aus Wasserstoff und fossilen Brennstoffen, ähnlich dem von Universal Hydrogen, in die Luft gegangen, allerdings mit einem kleineren zweimotorigen Flugzeug.

Mark Cousin, CTO von Universal Hydrogen, sagte gegenüber Tech, dass seine Brennstoffzelle dank ihrer großen Luftkanäle den ganzen Tag ohne Überhitzung laufen könne.

Ein weiteres Problem für Brennstoffzellenflugzeuge ist die Speicherung des zum Fliegen benötigten Wasserstoffs. Selbst in seiner dichtesten, unterkühlten flüssigen Form enthält Wasserstoff nur etwa ein Viertel der Energie eines ähnlichen Volumens an Kerosin. Flügeltanks sind nur für kürzeste Flüge groß genug, sodass der Treibstoff im Rumpf gelagert werden muss. Der heutige 15-minütige Flug verbrauchte etwa 16 kg gasförmigen Wasserstoff – die Hälfte der Menge, die in zwei motorradgroßen Tanks im Passagierraum gespeichert ist. Universal Hydrogen plant, sein Testflugzeug noch in diesem Jahr auf den Betrieb mit flüssigem Wasserstoff umzustellen.

Module herstellen

Ein universelles Wasserstoffmodul. Bildnachweis: Markus Harris

Eremenko war 2020 Mitbegründer von Universal Hydrogen, und das Unternehmen sammelte 20,5 Millionen US-Dollar in einer Finanzierungsrunde der Serie A 2021 unter der Leitung von Playground Global. Die bisherige Finanzierung nähert sich 100 Millionen US-Dollar, einschließlich Investitionen von Airbus, General Electric, American Airlines, JetBlue und Toyota. Das Unternehmen hat seinen Hauptsitz in unmittelbarer Nähe von SpaceX in Hawthorne, Kalifornien, und eine technische Einrichtung in Toulouse, Frankreich.

Universal Hydrogen wird nun weitere Tests am Moses Lake durchführen. Das Unternehmen wird an zusätzlicher Softwareentwicklung arbeiten und das Flugzeug schließlich auf die Verwendung von flüssigem Wasserstoff umrüsten. Anfang nächsten Jahres wird das Flugzeug voraussichtlich ausgemustert – und die Brennstoffzelle wird zum Smithsonian Air and Space Museum in Washington, DC, transportiert.

Universal Hydrogen hofft, bereits 2025 mit der Auslieferung von Brennstoffzellen-Umrüstsätzen für Regionalflugzeuge wie die Dash-8 beginnen zu können. Das Unternehmen hat bereits fast 250 Nachrüstaufträge im Wert von mehr als 1 Milliarde US-Dollar von 16 Kunden, darunter Air New Zealand. John Thomas, CEO von Connect Airlines, die plant, die erste US-Fluggesellschaft zu sein, die die Technologie von Universal Hydrogen nutzt, sagte, die „Partnerschaft bietet der globalen Luftfahrtindustrie den schnellsten Weg zum emissionsfreien Betrieb“.

Universal Hydrogen produziert nicht nur die Rasierer, sondern verkauft auch die Klingen.

Nahezu der gesamte heute verwendete Wasserstoff wird am Ort des Verbrauchs produziert. Das liegt nicht nur daran, dass Wasserstoff leicht ausläuft und herkömmliche Stahlbehälter beschädigen kann, sondern vor allem daran, dass er in seiner nützlichsten Form – einer kompakten Flüssigkeit – bei nur 20 Grad über dem absoluten Nullpunkt gehalten werden muss, was normalerweise eine teure Kühlung erfordert.

Der im Moses-Lake-Test verwendete Flüssigwasserstoff stammte von einem kommerziellen „grünen Wasserstoff“-Gaslieferanten – das heißt, er wurde mit erneuerbarer Energie hergestellt. Nur ein winziger Bruchteil des heute produzierten Wasserstoffs wird auf diese Weise hergestellt.

Wenn die Wasserstoffwirtschaft wirklich einen Einfluss auf die Klimakrise haben soll, muss grüner Wasserstoff viel einfacher – und billiger – zu produzieren, zu speichern und zu transportieren werden.

Eremenko hat Universal Hydrogen ursprünglich gegründet, um standardisierte Wasserstoffmodule zu entwickeln, die von Standard-Sattelzugmaschinen transportiert und für den sofortigen Einsatz einfach in Flugzeuge oder andere Fahrzeuge gesteckt werden können. Das aktuelle Design kann Wasserstoff bis zu 100 Stunden flüssig halten, und er hat sie oft mit der Bequemlichkeit von Nespresso-Geräten verglichen. Universal Hydrogen sagt, dass es für das kommende Jahrzehnt Kraftstoffserviceaufträge im Wert von über 2 Milliarden US-Dollar hat.

Prototyp-Module waren Dezember demonstriert, und das Unternehmen hofft, später in diesem Jahr den Grundstein für eine 630.000 Quadratmeter große Produktionsstätte für sie in Albuquerque, New Mexico, zu legen. Dieses fast 400-Millionen-Dollar-Projekt hängt vom Erfolg eines zuvor nicht gemeldeten Kreditantrags des US-Energieministeriums in Höhe von über 200 Millionen US-Dollar ab. Laut Eremenko hat der Antrag die erste Phase der Due Diligence innerhalb des DOE bestanden.

Eine lange Landebahn

Einige Experten sind skeptisch, ob Wasserstoff jemals einen bedeutenden Beitrag zu den Emissionen der Luftfahrt leisten wird. Bernard van Dijk, ein Luftfahrtwissenschaftler an der Hydrogen Science Coalition, schätzt die Einfachheit der Module von Universal Hydrogen, merkt aber an, dass sogar die NASA Probleme hat, Wasserstofflecks mit ihren Raketen zu kontrollieren. „Sie müssen die Kanister noch mit dem Flugzeug verbinden. Wie soll das alles sicher sein? Denn wenn es leckt und jemand ein Streichholz anzündet, ist das ein Rezept für eine Katastrophe“, sagt er. „Ich denke, sie unterschätzen auch den gesamten Zertifizierungsprozess für einen neuen Wasserstoff-Antriebsstrang.“

Selbst wenn diese Hindernisse überwunden sind, besteht das Problem, genügend grünen Wasserstoff mit erneuerbarem Strom zu einem Preis herzustellen, zu dem die Leute bereit sein werden, zu spielen. „Wenn Sie alle europäischen Flüge mit Wasserstoff durchführen wollen, bräuchten Sie 89.000 große Windkraftanlagen, um genügend Wasserstoff zu produzieren“, sagt van Dijk. „Sie würden eine Fläche abdecken, die etwa doppelt so groß ist wie die Niederlande.“

Aber Eremenko ist nach wie vor davon überzeugt, dass Universal Hydrogen und seine Partner es mit Hilfe einer Subvention von 3 US-Dollar pro Kilogramm für grünen Wasserstoff in Bidens Inflation Reduction Act zum Laufen bringen können. „Von all den Dingen, die mich nachts wach halten“, sagt er, „gehören die Kosten und die Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff nicht dazu.“