Rezirkulationsgebläse von Busch Vacuum Solutions unterstützt das erste Wasserstoffflugzeug der Schweiz

Nach Angaben des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt starteten im Jahr 2024 mehr als 36 Millionen Flüge, wodurch der Luftverkehr für etwa 2,1 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich war. Dies entspricht in etwa den gesamten jährlichen Emissionen eines Landes wie Deutschland. Um die Klimaauswirkungen der Luftfahrt zu verringern und den Luftverkehr in Zukunft deutlich umweltfreundlicher zu gestalten, braucht es neue Technologien. Und in der Erforschung genau dieser Technologien kommen Vakuumlösungen von Busch zum Einsatz.

Laut einem Bericht des Büros für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) sind kurzfristige Innovationen im Bereich nachhaltiger Kraftstoffe am sinnvollsten, da der Kraftstoffverbrauch der wichtigste Treiber für die Klimaauswirkungen der Luftfahrt ist.

Insbesondere Wasserstoff bietet großes Potenzial als sauberer Flugkraftstoff. In seinem Bericht weist das TAB jedoch auch darauf hin, dass die Speicherung von Wasserstoff in Flugzeugen eine technische Herausforderung darstellt, da hierfür große, isolierte Tanks mit einer Temperatur von minus 253 Grad Celsius benötigt werden. Diese Tanks bringen ein hohe Gewicht mit sich. Um diese und andere Herausforderungen zu meistern, bedarf es weiterer Forschung und technologischer Weiterentwicklung der heutigen Flugzeuge und Infrastrukturen.

Aufbauend auf diesem Innovationsgeist hat eine Gruppe Schweizer Studenten, organisiert im Verein Cellsius, ein kleines Flugzeug entwickelt, das ausschließlich mit Wasserstoff angetrieben wird. Cellsius ist eine 2022 gegründete gemeinnützige Organisation, die sich der Erforschung nachhaltiger Luftfahrt widmet. Hier können Studenten der ETH Zürich im letzten Jahr des Bachelor-Studiums ihr theoretisch erworbenes technisches Know-how auf das praktische Beispiel eines Flugzeugs anwenden.

In diesem Rahmen entwickelten sie die sogenannte H2-Sling: ein Flugzeug, das mit gasförmigem Wasserstoff angetrieben wird. Für die effiziente Rezirkulation des Wasserstoffs sorgt das Wasserstoff-Rezirkulationsgebläse MINK MH, welches Busch Vacuum Solutions der ETH Zürich spendete, um das Forschungsprojekt zu unterstützen und den technologischen Fortschritt voranzutreiben.

Das erste Wasserstoffflugzeug der Schweiz

Das Flugzeug selbst wird von einem Brennstoffzellensystem mit 100 Kilowatt angetrieben. In einer Brennstoffzelle kommt es aufgrund einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff zur Freisetzung von Elektrizität und Wärme. Die Zelle besteht aus zwei durch eine Elektrolytmembran getrennten Elektroden: einer Anode und einer Kathode. Die Membran ist für den Ionentransport zuständig.

Wasserstoff tritt auf der Anodenseite ein. Die Wasserstoffmoleküle werden in Protonen und Elektronen aufgespalten. Die Wasserstoffprotonen diffundieren durch die Membran zur Kathode, wo sie mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu Wasser reagieren und dabei Energie freisetzen. Diese Energie wird vom Elektromotor genutzt, um den Propeller des Flugzeugs anzutreiben.

Da Wasser das einzige Nebenprodukt der Reaktion ist, werden während des Flugs keine klimaschädlichen Treibhausgase in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Wasserstoff selbst wird in zwei Tanks unterhalb der Tragflächen des Flugzeugs gespeichert, die jeweils 2,6 Kilogramm fassen. Da Wasserstoff eine hohe Energiedichte hat, verleiht diese Menge dem Flugzeug eine Reichweite von 200 Kilometern, was etwa zwei Stunden Flugzeit entspricht. Die Vorstellung und erste öffentliche Präsentation des Flugzeugs fanden im Oktober 2025 statt. Nun wartet das Flugzeug auf seine Zertifizierung durch das Schweizer Bundesamt für Zivilluftfahrt, damit im Frühjahr 2026 der erste Testflug erfolgen kann. Das ultimative Ziel: ein Flug über die Alpen.

MINK MH von Busch sorgt für effiziente Rezirkulation

Damit die Brennstoffzelle zuverlässig funktioniert, muss die chemische Reaktion durch eine sorgfältig geregelte Zufuhr von Wasserstoff und Luft aufrechterhalten werden. Das Rezirkulationsgebläse MINK MH von Busch sorgt dafür, dass nicht reagierter Wasserstoff nicht verloren geht, sondern effizient wiederverwendet wird.

Und so funktioniert es: Aus den Hochdrucktanks unter den Tragflächen wird mehr Wasserstoff zugeführt, als tatsächlich benötigt wird, um eine stabile chemische Reaktion in der Brennstoffzelle sicherzustellen. Auf diese Weise wird eine lokale "Verarmung" verhindert - ein Effekt, der auftritt, wenn die Konzentration des Reaktionspartners in der Zelle so weit absinkt, dass der Reaktionszyklus letztlich zum Erliegen kommt.

Aufgrund der Überversorgung bleibt nach Ende der Reaktion Wasserstoff übrig. Würde dieser Rest nicht genutzt, wären noch größere Tanks erforderlich, um den für die Aufrechterhaltung der Reaktion erforderlichen Wasserstoff zu transportieren. Dies würde das Gewicht des Flugzeugs erhöhen und seine Leistung senken. Für eine maximale Flugzeit und Reichweite muss der nicht verwendete Wasserstoff daher zurückgeführt werden.

Speziell für Brennstoffzellen entwickeltes Rezirkulationsgebläse

Dazu muss das Reaktionsmittel vom Anodenauslass der Brennstoffzelle zurück zu ihrem Einlass geleitet werden. Hier kommt das MINK MH von Busch ins Spiel: Zwei klauenförmige Rotoren drehen sich gegenläufig im Kompressorgehäuse. Durch die Drehung dieser Klauenrotoren wird der Wasserstoff eingesaugt, verdichtet und anschließend zur Anode der Brennstoffzelle zurückgeführt, wo er sich mit frischem Wasserstoff aus dem Tank vermischt. So kann der Reaktionszyklus ohne Unterbrechung weiterlaufen. Durch die Wiederverwendung von nicht reagiertem Wasserstoff wird der Kraftstoffverbrauch minimiert und Ressourcen werden eingespart.

Das MINK MH ist ein TÜV-zertifiziertes Rezirkulationsgebläse, das speziell für den Einsatz in Brennstoffzellen entwickelt wurde. "Busch ist einer der wenigen Anbieter von Lösungen für Wasserstoff-Brennstoffzellen. Wir haben bereits sehr gute Erfahrungen mit der kleineren Version des MINK MH gemacht, die wir in einem Testzyklus installiert haben", erklärt Andres Neff, technischer Leiter des H2-Sling-Projekts. "In diesem Testsystem hat alles perfekt funktioniert, und das Gebläse ist sehr benutzerfreundlich. Daher waren wir sehr froh, dass wir die größere Gebläseversion für unser Projekt verwenden konnten."