Konzeptstudie für ökoeffizientes Fliegen

Während der nächsten vier Jahre entwickeln Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein Konzept für nachhaltigen Luftverkehr. Im Fokus stehen Antriebskonzepte für Kurzstreckenflugzeuge mit erheblich geringeren Umwelt- und Lärmemissionen. Batterien, Brennstoffzellen und Wasserstoff sind dabei zentrale Elemente. Genauso werden die Auswirkungen auf das gesamte Öko- und Luftfahrtsystem – also auf Flughäfen, Airlines sowie die Flugsicherung und Atmosphäre – untersucht.

Wie müsste die «Elektromobilität der Luftfahrt» beschaffen sein, um die Emissionen durch den Flugverkehr drastisch zu senken? Wie können Flugzeuge mit alternativen Antrieben zugleich ökologisch und wirtschaftlich sein? Welchen Einfluss haben solche neuartige Flugzeuge auf das ganze System, beispielsweise auf Flughäfen oder Wartungshallen? Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) will innerhalb der nächsten vier Jahre Antworten darauf finden.

Projekt «EXACT» 

Seit Beginn 2020 arbeiten 45 Wissenschaftler aus 20 DLR-Instituten gemeinsam im Projekt Exploration of Electric Aircraft Concepts and Technologies (EXACT) zur Entwicklung neuer Technologiebausteine für ein ökoeffizientes Verkehrsflugzeug. Bis 2040 sollen die erforderlichen Technologien für ein solches Luftfahrzeug mit mindestens 70 Sitzplätzen und einer Reichweite von 2000 km einsatzreif sein. Hierfür werden in einem ersten Schritt unterschiedliche hybrid-elektrische Antriebskonzepte und Flugzeugkonfigurationen untersucht. Die Wechselwirkungen mit der Flughafeninfrastruktur werden genauso betrachtet. Es gilt auch zu herauszufinden, wie sich neuartige Antriebe auf die Atmosphäre und somit auf das Klima auswirken.

«In unserem 45-köpfigen Team bündeln wir unsere Kompetenzen aus den unterschiedlichen Forschungsbereichen. So erreichen wir sowohl die nötige thematische Breite als auch die wissenschaftliche Tiefe», sagt Dr. Johannes Hartmann vom DLR-Institut für Systemarchitekturen der Luftfahrt, der das Projekt federführend leitet.

Digitaler Entwurfsprozess

Die Forscher verfügen über Daten aus dem ganzen Lebenszyklus eines Flugzeugs – vom Entwurf über die Produktion bis zum Betrieb und der späteren Entsorgung. Daraus können sie Wissen für den Flugzeugentwurf ableiten. Die Emissionen des künftigen Flugzeugs dürfen das Klima nicht negativ beeinflussen und es muss dabei gleichzeitig wirtschaftlich zu betreiben sein. Der Entwurfsprozess wird deshalb ganzheitlich betrachtet und auf diese Ziele ausgerichtet. Die Produktions-, Betriebs- und der Wartungsplanung fliessen von Beginn weg in den Entwurf mit ein. In der Vergangenheit wurden Flugzeuge hauptsächlich kostengetrieben entwickelt. Ihre Klimawirkung wurde jeweils erst im Nachgang analysiert. Die Wissenschaftler drehen diesen Prozess erstmals um und wählen damit einen «revolutionären Ansatz».

Klimafreundliche Antriebskonzepte

Die Antriebstechnologien sind für Flugzeuge mit verbesserter Klimabilanz unabdingbar. Das Projektteam untersucht deshalb, welche Antriebskonzepte für Kurzstreckenflugzeuge geeignet wären, um Umweltinteressen und Wirtschaftlichkeit zu vereinen. Durch Batterie, Brennstoffzellen oder Wasserstoff angetriebene Flugzeuge bieten das Potenzial, diese Anforderungen in Einklang zu bringen.

Das im Projekt erarbeitete Wissen soll das Zusammenspiel hybrider Energiekonzepte mit Hilfe von Simulationsmodellen und Pilotanwendungen in einer grösseren Leistungsklasse bewerten und einsetzbar machen.

Luftverkehr 2040

Neuartige Flugzeuge werden das gesamte Luftfahrtsystem beeinflussen. Ein mit Wasserstoff betanktes Flugzeug würde spezielle Betankungssysteme benötigen, Batteriesysteme müssten geladen, gelagert und recycelt werden können etc. Welche Anforderungen die vorhandene Infrastruktur für den Betrieb eines neuen Flugzeugs stellt, gehört deshalb ebenfalls zu den Abklärungen. Ein erstes ganzheitliches Konzept für den umweltkompatiblen Luftverkehr soll in vier Jahren stehen. Flugzeugingenieure, Atmosphärenforscher und Elektrotechniker arbeiten gemeinsam daran, geeignete Modelle aufzustellen und Lösungen zu erarbeiten.


DLR-Magazin, ausführlicherer Bericht (Web)

Hyperloop – neues «Fliegen» auf Kurzstrecken? (Blog)

Die Luftfahrt «auf den Boden bringen» (Blog)

Kerosin aus Sonnenlicht, Wasser und CO2 (Blog)

Zukunft des Verbrenners ist elektrisch, Klimaneutrale Antriebs- und Heizsysteme (Artikel, bulletin.ch)

Solarflugzeug testet elektrische Flächenendantriebe, Einfachere Steuerung von Flugzeugen (Artikel, bulletin.ch)

 

Veranstaltungshinweise

 

Text+Bildquelle: DLR

 

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