Elektromobilität am Himmel

Flugzeuge ohne Kondensstreifen, leiser und emissionsfrei? Elektromobilität am Himmel soll zukünftig realisierbar sein. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht an alternativen Antrieben für Flugzeuge. Ziel ist es, den CO2-Ausstoß, durch elektrische Antriebe deutlich zu senken.//Von Asan Kanli und Gizem Dincer

Seit Anfang 2020 sind 45 Wissenschaftler*innen aus verschiedenen DLR-Instituten im Projekt Exploration of Electric Aircraft Concepts and Technologies (EXACT) involviert. Ziel von EXACT ist die Entwicklung eines ökoeffizienten Verkehrsflugzeuges.

Das DLR entwickelt einen elektrisch angetriebenen Flugzeugtyp mit Elektroantrieb, 70 Sitzplätzen und einer Reichweite von 2000 km. Aufgrund der geringen Reichweite soll dieser Flugzeugtyp hauptsächlich im regionalen Luftverkehr zum Einsatz kommen. Dr. Christoph Falter, der bei der Bauhaus Luftfahrt e.V. für Alternative Kraftstoffe, Energietechnologien und Leistungssysteme verantwortlich ist, erklärt den Zusammenhang zwischen Batterie und Reichweite: "Durch das Gewicht der Batterien sind die Flugzeuge in ihrer Reichweite und Sitzplatzkapazität stark limitiert." Im Vergleich dazu kann ein herkömmliches Mittelstreckenflugzeug der Airbusreihe A-318 bis zu 132 Passagiere befördern und legt eine Strecke von maximal 5700 Kilometern zurück.

Klimafreundlich abheben

Im Jahr 2018 lag der CO2-Ausstoß von kommerziellen Flugzeugen laut "The International Council on clean transportation" (icct) bei 918 Mio. Tonnen. Der CO2-Ausstoß soll in den nächsten 30 Jahren um 75 Prozent gesenkt werden, der luftfahrtbedingte Lärmpegel um 60 Prozent.

//Quelle: bdl.aero, CO2-Billanz mit und ohne Klimaschutzmaßnahmen

 

Schwierigkeiten bei der Entwicklung von E-Flugzeugen

Die Entwicklung von immer effizienteren, leichteren und kleineren Batterien stößt derzeit an ihre Grenzen. Lediglich die Membranoberflächen der Batterie können vergrößert und die Nutzfläche der Kapazität optimiert werden. Dr. Martin Hepperle, Experte für Transportflugzeuge am DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik erklärt, dass die langen Ladezyklen und die starke Belastung der Batterien die Hauptschwierigkeiten seien. Es müsse möglich sein, Batterien schneller aufzuladen oder gar auszutauschen. Deswegen sei der Einsatz nur bei Kurzstreckenflugzeugen möglich und kein richtiger Durchbruch abzusehen.
Bei Elektroflugzeugen müsse zudem die Infrastruktur erst geschaffen werden und dies dauere, sagt Christoph Falter. "Die Lösung ist eher ein Mix aus diversen Antrieben. Deshalb werden sicherlich erneuerbare Kraftstoffe eine größere Rolle spielen, weil es für den Kraftstoffantieb bereits eine Infrastruktur gibt.“ Außerdem ließen sich Langstrecken damit „gut bedienen“.

E-Fuel als klimafreundliche Kraftstoffalternative

Eine klimafreundliche Alternative zum Elektroantrieb ist E-Fuel, auch Powerfuel genannt. Dieser Kraftstoff wird mit Hilfe von erneuerbaren Energiequellen hergestellt. Hierbei wird grüner Strom genutzt, um CO2 und Chemikalien in einen Energieträger umzuwandeln. Das Verfahren ist jedoch sehr neu und kostspielig, weshalb E-Fuel noch nicht als Ersatz für Kerosin benutzt wird. Zudem entsteht in der Produktion ein hoher Wirkungsverlust, womit nach der Global Alliance Powerfuel (GAP) am Ende nur maximal 84 Prozent des eingesetzten Stromes im E-Fuel steckt. Die GAP fordert deshalb eine Internationale Beimischungsquote von E-Fuel zum Kerosin, um die Entwicklung und Verfahren von E-Fuel weiter auszubauen.

Batterie und Kerosin

Auch hybrid-elektrische Antriebskonzepte für Flugzeuge werden untersucht. Das Konzept vereint eine mit Kerosin betriebene Gasturbine, die einen elektrischen Generator antreibt. Ziel der Forschung ist es, den Kerosinanteil so gering wie möglich zu halten und die Reichweiter der Flugzeuge zu erhöhen.

Zur Zeit entwickeln Flugzeughersteller wie Airbus, Siemens und Rolls-Royce einen gemeinsamen Flugzeug-Prototypen mit drei Gasturbinen und einen Elektromotor. Künftig soll nach und nach jede Gasturbine durch einen Elektromotor ersetzt werden. Einige Unternehmen, wie Alpha Electro vom slowenischen Start-Up Pipistrel, legen Wert auf rein elektrisch betriebene Flugzeuge. Diese sollen aus erneuerbaren Energiequellen betankt werden und somit CO2-frei fliegen. Weitere Ziele sind die Reduktion umweltschädlicher Stoffe, wie Stickoxide und Feinstaub. Schon jetzt gibt es kleinere Flugzeuge mit Elektroantrieb wie die Cessna 208 Grand Caravan. Die von der US-Firma MagniX umgebaute Cessna legt eine Strecke bis zu 160 Kilometern zurück und hat 14 Sitzplätze.


// Quelle: Asan Kanli und Gizem Dincer, Innovationen Elektroflugzeug

 

Teaserbild: Emissionsfrei Fliegen von Pixabay, bearbeitet von Asan Kanli und Gizem Dincer

Die Autoren

Asan Kanli

Gizem Dincer

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