Image: Umweltfreundliche Antriebskonzepte für die LuftfahrtFERCHAUFERCHAUUmweltfreundliche Antriebskonzepte für die Luftfahrt | den-belitsky
TechnikElektrisch fliegen – ohne Batterie

Umwelt­freund­liche Antriebs­kon­zepte für die Luft­fahrt

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Christoph Hammerschmidt

Christoph Hammerschmidt

freier Journalist

Flugzeug­her­steller, Forschungs­in­sti­tute und Fluggesell­schaften arbeiten daran, die Zukunft der Luftfahrt umweltfreund­li­cher zu gestalten. Bei der Entwicklung neuer Techniken gehen Umweltschutz und Wirtschaft­lich­keit eine Verbindung ein.

19. Oktober 2018

Auf zwei bis acht Prozent wird der Anteil des Luftverkehrs am Klimawandel geschätzt. Der größte Teil davon entfällt auf den Ausstoß von Kohlendi­oxid aus den Triebwerken von Jets und Turboprops. Für die Fluggesell­schaften entsteht damit eine starke Motivation, den Treibstoff­ver­brauch ihrer Flugzeuge zu senken. Zum einen kostet der Treibstoff Geld; so hat beispiels­weise die Lufthansa im Geschäfts­jahr 2017 5,23 Milliarden Euro für Kerosin ausgegeben. Das treibt auch die Reisekosten für die Kunden und bremst deren Lust am Fliegen. Zum anderen sind Flugzeug­her­steller und -betreiber selbst daran interessiert, in der öffentli­chen Diskussion um den Klimawandel gut abzuschneiden. In dieser Gemengelage hat der Bundesver­band der Deutschen Luftverkehrs­wirt­schaft (BDL) schon 2009 einen Klimaschutz­plan mit durchaus ehrgeizigen Ziele aufgestellt: Ab 2020 soll der Zuwachs bei der Luftverkehr­stä­tig­keit CO2-neutral erfolgen; bis 2050 will man die CO2-Emissionen der Luftfahrt um 50 Prozent reduzieren – und zwar gegenüber dem Stand von 2005. Und das, obwohl sich abzeichnet, dass sich der Luftverkehr bis dahin verdoppeln wird. Alternative Antriebe sollen helfen, dieses Ziel zu erreichen.

Nicht nur Newcomer wollen elektrisch in die Luft

Zentraler Angriffs­punkt bei der Entwicklung sparsamerer Flugzeuge sind die Triebwerke. Die wichtigste Großbaustelle dabei ist deren Elektrifi­zie­rung. Diesem Ziel hat sich eine Vielzahl von Forschungs­pro­jekten und Unterneh­mens­grün­dungen verschrieben. Neben Startups mischen auch etablierte Größen der Luftfahrt wie Airbus und Boeing in diesem Technikfeld mit. Airbus hat bereits 2016 dazu die Division „Urban Air Mobility“ gegründet, die unter anderem die Entwicklung elektrisch angetrie­bener Flugzeuge vorantreiben soll. Wie das aussehen könnte, lässt ein gemeinsam mit dem Autobauer Audi und dem Designstudio Italdesign entwickeltes Konzept namens „Pop.Up.Next“ ahnen, das auf dem diesjährigen Genfer Autosalon das Licht erblickte. Angetrieben wird der Viersitzer – natürlich – elektrisch, Auf- und Vortrieb werden über vier Rotoren erzeugt. Schon zuvor hatte Airbus einen anderen Prototyp eines Quadrocop­ters namens Vahana in die Luft gehen lassen; entwickelt wurde Vahana von Airbus‘ Silicon-Valley-Ableger A3.

Batterief­lieger nur für den Stadtver­kehr

Doch diese Projekte zielen allesamt auf einen noch zu etablierenden urbanen Luftverkehr; für Mittel- und Langstre­cken­flug­zeuge mit größeren Passagier­zahlen reicht die Batterie­ka­pa­zität zurzeit nicht. Umgekehrt wären die für ein Großflug­zeug erforder­li­chen Batterien auf absehbare Zeit viel zu schwer; batterie­elek­trisch betriebene Passagier­flug­zeuge für mehr als nur den „Urban Airspace“ sind noch lange nicht in Sicht. Airbus-Wettbewerber Boeing forscht daher an der Verwendung von Wasserstoff-Brennstoff­zellen für Flugzeuge. Ein Film auf der Boeing-Website zeigt ein Flugmodell mit einem solchen Antrieb. Der benötigte Wasserstoff wird dabei durch Elektrolyse aus Solarstrom erzeugt.

Dieser Antrieb, so er einmal großtech­nisch eingesetzt werden kann, hat neben der lokalen Emissions­frei­heit noch weitere Vorteile: Weil ein solches Flugzeug deutlich weniger Lärm erzeugt, könnte es in niedrigeren Flughöhen operieren als heutige Jets. Das wiederum, so Boeing-Wissenschaft­lerin Nieves Lapenas in dem Film, würde kostengüns­ti­gere Zellkonstruk­tionen ermöglichen.

Energierück­ge­win­nung im Sinkflug

Einen Weg, den Elektroan­trieb in Linienma­schinen zu etablieren, sucht Airbus in einem Entwicklungs­pro­jekt gemeinsam mit dem Triebwerk­bauer Rolls-Royce und Siemens. Diesmal geht es tatsächlich um Airliner-Dimensionen: Als Testplatt­form nutzt das Konsortium einen vierstrah­ligen Kurz- und Mittelstre­cken-Jet vom Typ Avro RJ. Das Flugzeug, das je nach Bestuhlung und Modell Platz für bis zu 115 Passagiere bietet, ist auch unter dem Kosenamen „Jumbolino“ bekannt. Das Stichwort in diesem Zusammen­hang heißt Hybridan­trieb: Das Konzept des Projekts E-Fan X sieht einen elektrisch angetrie­benen Mantelpro­peller vor, dessen Energie von einer mit konstanter Geschwin­dig­keit und daher mit optimalem Wirkungs­grad laufenden Gasturbine erzeugt wird. „Ein solcher Antrieb kann auch „rekuperie­ren“: Ganz ähnlich einem Auto mit Hybridan­trieb, das beim Bremsen Energie zurückge­winnt, kann der Flieger im Sinkflug die Motoren auf Generator­be­trieb schalten und damit die Pufferbat­te­rien wieder aufladen,“ erklärt ein Siemens-Sprecher.

Das Konzept hat noch mehr Vorteile: Weil Energieer­zeu­gung und Vortrieb räumlich getrennt sind, bietet es Flugzeug­ent­wick­lern größere Freiheits­grade bei der konstruk­tiven Auslegung. Das ermöglicht auch neue aerodyna­mi­sche Konzepte, die ihrerseits eine Perspektive auf weitere Treibstof­f­e­in­spa­rungen eröffnen – etwa mit einem großzügig ummantelten Zentraltrieb­werk im Heck statt der aerodyna­misch ungünstigen Triebwerks­gon­deln unter den Tragflächen. Und elektrische Antriebe erfordern ja auch nicht unbedingt eine Gasturbine. „Künftig ist auch eine Brennstoff­zelle als bordeigene Energiequelle denkbar“, so der Siemens-Sprecher. Der Erstflug des E-Fan X ist für 2020 geplant.