Mission possible: Physikprofil am Institut für Flugzeug-Systemtechnik

Es ist wie mit dem Apfelbaum. Er produziert nicht nur Äpfel, sondern auch Sauerstoff, Holz und Laub. Genauso wie eine Projektwoche mit Schwerpunkt Brennstoffzelle am Gymnasium Grootmoor nicht nur Einblicke in einen Wasserstoffbus der Hamburger Hochbahn ermöglicht oder die Energiewende thematisiert. Die Elftklässler erleben auch, wie geografisch weit entfernt ein Forschungsinstitut von seiner eigentlichen Universität sein kann. Sie erfahren, wie ein Masterstudium Flugzeug-Systemtechnik aufgebaut ist. Oder dass eine Brennstoffzelle im Flugzeug nicht nur die elektrische Energieversorgung übernehmen soll.

Nähe zu Airbus

„Man hat sich in der Luftfahrt überlegt, dass man die eigentlichen Abfallprodukte der Brennstoffzelle im Flugzeug weiter nutzen möchte“, erklärt Enno Vredenborg. Er ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Flugzeug-Systemtechnik und promoviert über die Brennstoffzelle. Genau wie sein Kollege Jan Grymlas, der an diesem Vormittag als Studienfachberater der Technischen Universität Hamburg-Harburg neun Grootmoor-Schüler, drei Schülerinnen und ihren Geografielehrer Andreas Huser begrüßt. Weit weg vom Campus der TUHH und nah dran am Airbus-Werk in Finkenwerder: Eine lange Anreise mit Bahn, Fähre und Bus haben die Schüler hinter sich. Jetzt halten sie ein Modell des Langstreckenjets A350 in den Händen: Wie könnte der Wasserstoffkreislauf den Flugverkehr in Zukunft ökonomisch und ökologisch entlasten?

Viele Funktionen in einer Zelle

Das Wasser, das bei der Reaktion von Wasser- und Sauerstoff entsteht, nutzt man beispielsweise für die Spülung an Bord oder die Kühlung des Flugzeuges, so Vredenborg. „Weiterhin kann man die um den Sauerstoffanteil reduzierte Luft als Brandbekämpfungsmittel benutzen.“ Heye versucht, sich das vorzustellen. „Die meisten Flugzeuge fliegen ja auf über zehntausend Meter Höhe mit hoher Geschwindigkeit. Wie kommt man da an den Sauerstoff?“, fragt der 15-Jährige. „Auch in zwölf Kilometer Höhe liegt der Sauerstoffanteil bei 23 Prozent, nur haben wir einen sehr viel niedrigeren Druck“, erklärt der Wissenschaftler. Daher würde man die Brennstoffzelle wie die Klimaanlage im Flugzeug versorgen – mit Kompressoren, welche die Luft verdichten.

Absolut aktueller Forschungsfokus

Vredenborg spricht im Konjunktiv, weil die Brennstoffzelle im Flugzeug noch nicht „Stand der Technik“ ist. Aber die Idee ist kein Hirngespinst abgehobener Wissenschaftler. Es ist ein ganz konkretes Forschungsprojekt, an dem viele Universitäten, Forschungsinstitute und Unternehmen beteiligt sind. „Das genau ist das Spannende an unserer Arbeit“, sagt Jan Grymlas. „Wir arbeiten hier an einem absolut aktuellen Forschungsfokus, der –wenn wir erfolgreich sind – weit in die Zukunft tragen kann.“

Auftrieb durch virtuelle Welten

Damit die Brennstoffzelle in Zukunft mitfliegt, arbeiten die Wissenschaftler an modellbasierten Entwicklungsmethoden. Was das bedeutet, verdeutlicht der Diplomingenieur den Schülern im Simulationslabor: „In der virtuellen Welt lässt sich ein Brennstoffzellensystem sehr schnell aufbauen, durchrechnen und bewerten. Damit kann man nicht nur die sehr teuren Prototypen einsparen, sondern auch Fehlverhalten demonstrieren.“ Normalerweise geben die Wissenschaftler ihre Ergebnisse dann bei den Industriepartnern ab, die auch eigene Brennstoffzellenprüfstände unterhalten. Damit aber die Studenten auch selbst Tests durchführen können, gibt es in dem Institut einen Lehrprüfstand, den die Schüler abschließend einschalten und auswerten dürfen.

Von Brennstoffzellen und Apfelbäumen

„Das war sehr interessant und bisher unsere beste Exkursion“, lobt Johanna. Jannick ergänzt: „Wir haben neue Aspekte und eine Anwendung der Brennstoffzelle gesehen.“ Die Schüler hätten sich aber auch mehr Anschauung und weniger Informationsfülle gewünscht. „Wir sind ja gerade erst elfte Klasse“, betont Jannick. Für Institutsleiter Frank Thielecke ist das Lob und Ansporn zugleich: „Wir wollen frühzeitig zeigen, was man mit Physik alles machen kann“, sagt der Professor und wendet sich an seinen Mitarbeiter: „War auch die Rede von den Apfelbäumen?“ In einem Vortrag vor Parlamentariern hatte Jan Grymlas die verschiedenen Produkte eines Apfelbaums mit denen einer Brennstoffzelle verglichen, die außer Strom eben auch Wärme, Gas und Wasser produziert. „Das ist doch nun wirklich anschaulich“, so Thielecke.