Noch dieses Jahr will das Cleantech-Startup aus Kalifornien einen Prototypen seiner Turbo-Brennstoffzelle für die Luftfahrt zeigen.
Das kalifornische Cleantech-Unternehmen HyPort behauptet, eine neue, luftgekühlte Turbo-Brennstoffzelle entwickelt zu haben, die die Konkurrenz alt aussehen lässt. Konkret soll die Brennstoffzelle die dreifache Leistung und vierfache Lebensdauer gegenüber „normalen“ Brennstoffzellen bieten. Ziel der Kalifornier ist es, Transport-Drohnen, Flugtaxis (eVTOL) und Elektro-Flugzeuge mit der Technologie auf den Markt zu bringen.
Bislang nutzen die allermeisten Hersteller von eVTOL-Flugtaxis Lithium-Ionen-Batterien. Aber: Diese haben, gerade für energieintensive Senkrechtstarter, nachteiliges Gewicht und eine schreckliche Energiedichte. Viele Hersteller hoffen daher auf technologische Sprünge – ob sie rechtzeitig kommen werden?
Unwahrscheinlich ist das nicht, aber: Wasserstoff könnte in solchen Flugobjekten schneller ein Konkurrent werden als etwa im PKW-Sektor oder beim LKW. Selbst Nikola Motors braucht noch mindestens 3 Jahre für den lange angekündigten Truck mit Wasserstoff-Antrieb. Die höähere Energiedichte verspricht aber in der elektrifizierten Luftfahrt eine längere Flugdauer und rasches Nachtanken.
Neben Skai setzt nun auch Hyport auf Brennstoffzellen-Systeme in eVTOLs. Und zwar in Verbindung mit einer Brennstoffzelle, die viel bessere Leistungsdaten haben soll als bisherige Technologien. In einem technischen Whitepaper, das hier bei Einagabe einer E-Mailadresse angesehen werden kann, erklärt HyPort die eigene Technologie im Detail.
Die Energieerzeugung in einer Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Reaktion, bei der Wasser entsteht. Grundlegend treffen dabei Elektronen auf der zweiten Seite der Brennstoffzelle auf Protonen, und zwar in Gegenwart von Sauerstoff. Ergebnis ist reines Wasser, dass als einzige Abgas aus dem Prozess übrig bleibt.
HyPort hat seit 2018 eine Brennstoffzelle entwickelt, die als Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzelle beschrieben wird. Diese soll insbesondere für Transport-Drohnen in Industriegröße geeignet sein. Doch seit das Cleantech-Unternehmen ins Silicon Valley umsiedelte, entstanden größere und ehrgeizigere Pläne mit luftgekühlten Brennstoffzellen. Flüssiggekühlte Brennstoffzellen hingegen würden nur unnötig Ballast mit auf die Reise nehmen, so die Meinung der Gründer.
In der Entwicklung entstand eine luftgekühlte Turbo-Brennstoffzelle. Bei dieser Technologie wird die Leistung des Stacks erhöht, indem er in einen Luftkanal platziert wird, in dem unter Druck stehende, befeuchtete und thermisch stabilisierte Luft durch Ventilatoren umgewälzt wird. Die Kompression der Luft werde im Inneren durch ein Kompressionssystem auf etwa 3 bar gehalten, die Luft mit reduziertem Sauerstoffgehalt durch ein Regelventil geladen und durch frische Druckluft mit normalem Sauerstoffgehalt ersetzt.
Dieses Prinzip bringt zusätzlichen Sauerstoff auf die Kathodenseite des Stacks und ermöglicht in Kombination mit einer Hochtemperatur-PEM-Technologie, dreimal so viel Wasserstoff durch die Brennstoffzelle zu zwingen wie bei einer herrkömmlichen Konstruktion. Bedeutet: Die spezifische Leistung wird verdreifacht.
Revolutionäre Leistungs-Daten der HyPort-Brennstoffzelle
Betrachtet man das Brennstoffzellen-System von HyPort ganzheitlich, liefert es eine Leistung von 2.000 Watt pro Kilogramm Masse. Die besten, bislang erhältlichen, flüssiggekühlten Systeme schafften zwischen 150 und 800 Watt pro Kilogramm. Andere luftgekühlte Systeme kommen, den Angaben zufolge, auf ebenfalls maximal 800 Watt pro Kilogramm.
Aber nicht nur diese Daten überzeugen: Die Energiedichte des HyPort-Systems liegt nach deren Angabe bei 960 Wattstunden pro Kilogramm, auch das ein deutlicher Sprung im Vergleich zu anderen Technologien – ganz gleich, ob Lithium-Ionen-Batterien oder herkömmliche Brennstoffzellen.
Laut HyPort ergibt sich ein weiterer Vorteil des revolutionären Systems: Es kann „schmutzigen“ Wasserstoff verarbeiten, der lediglich zu 99 Prozent rein ist. Das spart Kosten im Vergleich zu einer Reinheit von 99,999 Prozent, die sonst häufig verlangt wird. Die Lebensdauer ist ebenfalls beeindruckend, sie wird auf 20.000 Stunden ohne Wartung ausgerichtet.
Partner bei Flugtaxis von HyPort sind bereits ZeroAvia und Bartini. Allerdings ist die Technologie bislang nur im Labormaßstab validiert worden. Noch dieses Jahr sollen kleine Prototypen entstehen (15 bis 20 Kilowatt), bevor dann 2022 ein System mit 150 bis 200 Kilowatt entstehen könnte. Dann wird sich zeigen, inwieweit das HyPort-System wirklich alle versprochenen Traumwerte halten kann.
Martin Ulrich Jendrischik, Jahrgang 1977, beschäftigt sich seit mehr als 15 Jahren als Journalist und Kommunikationsberater mit sauberen Technologien. 2009 gründete er Cleanthinking.de – Sauber in die Zukunft. Im Zentrum steht die Frage, wie Cleantech dazu beitragen kann, das Klimaproblem zu lösen. Die oft als sozial-ökologische Wandelprozesse beschriebenen Veränderungen begleitet der Autor und Diplom-Kaufmann Jendrischik intensiv. Als „Clean Planet Advocat“ bringt sich der gebürtige Heidelberger nicht nur in sozialen Netzwerken wie Twitter / X oder Linkedin und Facebook über die Cleanthinking-Kanäle ein.