In Deutschland wurden im Jahr 2019 circa 2 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid (CO₂) durch nationale Flüge und 30 Millionen Tonnen CO₂ durch die internationale Luftfahrt emittiert [ICCT20a]. Weltweit ist die Luftfahrt für circa 2,5 Prozent des anthropogenen, also durch den Menschen verursachten, CO₂-Ausstoßes verantwortlich [Lee21]. Bei der Reduktion der Treibhausgasemissionen im Luftverkehr spielen neben beispielsweise der Verkehrsverlagerung, der Optimierung von Flugrouten sowie dem Flugroutenmanagement (Vermeiden von Umwegen und Warteschleifen) auch nachhaltige Energieträger eine wichtige Rolle [UBA19t]. Mit Blick auf den Einsatz alternativer Technologien und Kraftstoffe ist eine differenzierte Betrachtung verschiedener Flugsegmente (hinsichtlich zurückgelegter Entfernungen) wichtig: Flüge mit Strecken von über 1.500 Kilometern machen lediglich 25 Prozent aller Flüge im europäischen Luftraum aus, verursachen aber über 75 Prozent aller CO₂-Emissionen. Flüge mit Entfernungen unter 500 bis 600 Kilometern machen einen Anteil von 30 Prozent aller Flüge aus, haben jedoch nur einen Anteil von 4,3 Prozent an den CO₂-Emissionen. Flüge mit dazwischenliegenden Entfernungen machen circa 20 Prozent der gesamten Flugverkehrsemissionen aus [EUCO20]

Nachhaltige synthetische und Biokraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAF) können bereits kurzfristig als sogenannte Drop-in-Kraftstoffe alternative Kraftstoffe, die mit herkömmlichen kompatibel und austauschbar sind eingesetzt werden, da keine Änderungen am Triebwerk notwendig sind. Durch deren Einsatz können die CO₂-Emissionen bereits heute um mehr als 50 Prozent reduziert werden, jedoch erschweren geringe Produktionskapazitäten und hohe Herstellungskosten die Einführung und den wirtschaftlichen Einsatz. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der CO₂-Emissionen sind durch den Einsatz von klimaneutralem (verflüssigtem) Wasserstoff möglich. Dieser hat einen Kostenvorteil (durch weniger Umwandlungsstufen) gegenüber synthetischen Kraftstoffen und kann neben SAF perspektivisch eine wichtige Rolle spielen. Allerdings erschwert die geringere Energiedichte des Wasserstoffs den Einsatz auf der längeren Mittel- und Langstrecke, auf der zukünftig SAF zum Einsatz kommen müssen [NWR21]. Aus heutiger Sicht eignet sich ein Wasserstoffantrieb demnach für Regional-, Kurz- und gegebenenfalls Mittelstreckenflugzeuge. Für einen breiten Einsatz von Wasserstoffflugzeugen müssen aber noch technische sowie wirtschaftliche Herausforderungen gelöst werden. Dazu gehört zum Beispiel die Steigerung der Gesamteffizienz durch leichtere Tanks und leistungsfähigere Brennstoffzellen, die Speicherung und Verteilung von flüssigem Wasserstoff (Liquid H₂) im Flugzeug, der Entwicklung von geeigneten Triebwerken und der Ausbau einer entsprechenden Infrastruktur. Weiterhin muss die Wasserstoffversorgung in die Energieinfrastruktur eingebunden werden. Zudem sind die Zulassungsverfahren von Wasserstoffflugzeugen in der Luftfahrt aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen und dem möglichen Tangieren internationaler Abkommen besonders langwierig [NWR21] [BREG20a].

Derzeit forschen viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen an mit Wasserstoff betriebenen Flugzeugen. Als erstes (britisch-amerikanisches) Unternehmen hat Zeroavia bereits im Jahr 2020 einen ersten Testflug mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellenflugzeug absolviert. Ziel des Unternehmens ist es, bis zum Jahr 2024 Flugzeuge mit Wasserstoffantrieb für bis zu 20 Passagiere und mit einer Reichweite über 1.000 Kilometer auf den Markt zu bringen. Auch der größte europäische Flugzeugbauer Airbus hat im Jahr 2020 erste Konzepte für wasserstoffbetriebene Flugzeuge vorgestellt. Sie reichen über Entwürfe von Propellermaschinen bis zu Maschinen mit Düsenantrieb und Wing-Body-Flugzeugen, bei denen Flügel und Rumpf ineinander übergehen und sollen als Prototyp bis zum Jahr 2035 fertiggestellt sein. Die geplanten Reichweiten belaufen sich auf bis zu 3.700 Kilometer [Göbb21].
Eine generelle Einschätzung bezüglich des kommerziellen Einsatzes wasserstoffbasierter Regionalflugzeuge macht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) [DLR22]. Dieses forscht im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts 328H2-FC an einem Antrieb mit Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie. Nach Einschätzung des DLR ist ein kommerzieller Betrieb bis 2030 möglich.