Das Portal für Offshore-Windenergie

Thema Faszination und Technik

23. Feb. 17

Der Solarflieger SolarImpulse II umrundete im vergangenen Jahr die Welt.

Elektrisch über den Wolken

Fliegen ist extrem klimaschädlich. Höchste Zeit, dass der Flugverkehr vom Kerosin loskommt. Die Hoffnung: elektrisch betriebene E-Flieger. Erste Schritte in Richtung emissionsfreier Flugverkehr sind bereits gemacht.

Der Solarflieger SolarImpulse II umrundete im vergangenen Jahr die Welt.

Von Daniela Becker

Der Traum vom Fliegen ist fast so alt wie die Menschheit. Fliegen verspricht Freiheit, ermöglicht das schnelle Reisen an entfernte Orte und lässt den riesigen Globus etwas näher zusammenrücken. Leider bringt der moderne Luftverkehr auch riesige Umweltprobleme mit sich. Beim Verbrennen von Kerosin entstehen klimaschädliche Abgase. Sie bestehen überwiegend aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickoxiden.

Die Auswirkungen dieser Stoffe sind zudem in Flughöhe rund dreimal größer als am Boden und vergrößern so den Treibhauseffekt entsprechend. Die von Flugzeugen erzeugten Kondensstreifen und Schleierwolken verstärken das Aufheizen der Atmosphäre zusätzlich, weil sie die Rückstrahlung der Wärme vom Erdboden in den Weltraum vermindern. Der Gesamtanteil des Flugverkehrs an der globalen Erwärmung beträgt nach Schätzung von Experten etwa fünf Prozent.

Allerhöchste Zeit also, dass der Flugverkehr von den fossilen Treibstoffen loskommt. Die EU hat sich zum Ziel gesetzt bis 2050 im Vergleich zum Jahr 2000 den CO2-Ausstoß im Flugverkehr um 75 Prozent, die NOx-Emissionen um 90 Prozent und den Lärmpegel um 65 Prozent reduzieren.

Strom statt Kerosin

Unter Hochdruck wird an grünen Alternativen zum Kerosin geforscht. Neben Bio-Treibstoffen liegt die Hoffnung auf der Elektrifizierung des Luftverkehrs. Ähnlich wie E-Autos auf den Straßen sollen schon bald E-Flugzeuge den Flugverkehr klimafreundlich gestalten.

Dass die Vision vom grünen Fliegen nicht utopisch ist, haben im vergangenen Jahr André Borschberg und Bertrand Piccard bewiesen. Mit dem Ultraleichtflieger „Solar Impulse 2“ gelang ihnen eine Weltumrundung ohne einen Tropfen Benzin. Von einem großen Passagierflugzeug ist dieser Solarflieger freilich noch sehr weit entfernt. Aber an verschiedenen Orten der Welt wird unter Hochdruck an elektrisch betriebenen Flugzeugen geforscht. Zum Beispiel bei der amerikanischen US-Bundesbehörde für Raumfahrt und Flugwissenschaft NASA.

Bildmontage des geplanten E-Fliegers der NASA

NASA forscht an neuen Antrieben

Mit dem so genannten X-57-Projekt will die NASA den Elektroantrieb für die Luftfahrt einen entscheidenden Schritt voran zu bringen. Mithilfe eines neuen Tragflächendesigns und eines Elektroantriebs soll das Flugzeug mit Namen „Maxwell” fünfmal so energieeffizient wie ein herkömmliches kleines Propellerflugzeug sein, bis zu 40 Prozent geringere Betriebskosten haben und fast lautlose Flüge ermöglich. Bislang existiert die Idee aber nur auf dem Papier. Bis die Erkenntnisse aus dem Experiment auf die zivile Luftfahrt übertragen werden können, wird es also noch einige Jahre dauern.

Der Flugzeugbauer Airbus scheint bereits deutlich weiter. Bereits 2014 absolvierte das vollelektrische zweimotorige Flugzeug E-Fan erfolgreich den ersten Testflug, ein Jahr später überquerte Testpilot Didier Esteyne damit den Ärmelkanal. Der Zweisitzer legte die Strecke von der englischen Küste ins französische Calais in 37 Minuten zurück – ohne dabei nur ein einziges Gramm klimaaktive Gase auszustoßen. Mit nur 500 Kilogramm – ohne Passagiere und Gepäck – ist der E-Fan ein echtes Leichtgewicht. Die Motoren beziehen ihren Strom aus Lithium-Ionen-Batterien, die in den Flügeln untergebracht sind.

Batterien müssen noch leistungsfähiger werden

Nun will Airbus im Südwesten Frankreichs eine Montagelinie für zunächst 100 E-Fans bauen. Ein erster Schritt in Richtung emissionsfreier Luftfahrt. „Die erforderliche Energie in Batterien zu speichern, ist die größte Herausforderung”, sagt Rainer von Wrede, Experte für Luftfahrt und Umwelt bei Airbus. Denn die heutigen Lithium-Ionen-Batterien haben nur einen Bruchteil der Energiedichte des konventionellen Flugzeugtreibstoffs Kerosin. „Und je größer das Flugzeug, desto größer die Herausforderung. Wenn wir etwa eine A320 mit den besten derzeit auf dem Markt verfügbaren Batterien bestücken, würde sie ohne Passagiere oder Treibstoff an Bord nur zehn Minuten fliegen“, sagt von Wrede.

„Wir sind überzeugt, dass Hybridantriebe bei Flugzeugen mit bis zu 100 Passagieren bis 2030 realistisch sind“, sagt Tom Enders, CEO von Airbus.

Das größte Problem der Pioniertechnologie ist ihre geringe Reichweite. Batterien müssen möglichst klein dimensioniert werden, damit die Startmasse nicht zu hoch wird. Ist das Flugzeug gelandet, müsste die Batterie schnell geladen werden können – auch das ist beim heutigen Stand der Technik noch nicht möglich. Airbus‘ Strategie ist es daher den Elektrifizierungsgrad bei großen Passagierflugzeugen kontinuierlich zu steigern. Den Anfang macht dabei die sekundäre Stromversorgung für Flugsteuerung und Klimaanlage.

Zwischenstufe Hybrid

2016 feierte ein weiterer Meilenstein der Airbus-Strategie zur Elektrifizierung der Lüfte Premiere. Beim E-Fan Plus wird die Energie von Verbrennungs- und Elektromotor kombiniert. Auf diese Weise lässt sich wie beim Hybridansatz beim Auto die Reichweite erhöhen und gleichzeitig Schadstoffausstoß und Lärmpegel senken. „Wir sind überzeugt, dass Hybridantriebe bei Flugzeugen mit bis zu 100 Passagieren bis 2030 realistisch sind“, sagt Tom Enders, CEO von Airbus.

Zur Entwicklung von hybrid-elektrischen Antriebssystemen hat Airbus eine Zusammenarbeit mit Siemens vereinbart. Der deutsche Technologiekonzern bringt in die Kooperation einen neuen leichtgewichtigten Elektromotor für Flugzeuge ein, der im vergangenen Sommer seinen Jungfernflug erfolgreich absolvierte.

Das Kunstflugzeug vom Typ

Bei einem Gewicht von nur 50 Kilogramm liefert der Motor nach Angaben von Siemens rund 260 Kilowatt elektrische Dauerleistung– fünfmal so viel wie vergleichbare Antriebe.

Auf Basis dieses Motors wollen Siemens und Airbus hybrid-elektrische Regionalflugzeuge entwickeln.

Für den Standort Ottobrunn bei München ist ein E-Aircraft System House geplant, in dem rund 200 Mitarbeiter beider Unternehmen gemeinsam daran arbeiten, weitere Prototypen für verschiedene Antriebssysteme zu entwickeln. Das alles in Leistungsklassen von einigen 100 Kilowatt bis hin zu zehn und mehr Megawatt, also für Flugzeuge mit bis zu 100 Sitzen für lokale Flüge bis hin zur klassischen Kurz- und Mittelstrecke, für Hubschrauber oder unbemannte Flugzeuge.

Ob schon bald Jumbo-Jets lautlos und nur mittel Strom aus erneuerbarer Energie betrieben am Himmel kreuzen? Noch klingt das fast wie ein schönes Märchen. Das hatte man allerdings vom Fliegen auch lange gedacht.

Larissa Dieckhoff
Artikel speichern gespeichert

Artikel zur Merkliste hinzugefügt