Elektrische Flugzeuge und Privatjets

Welche Elektroflugzeuge gibt es heute und in Zukunft? Welche Lösungen gibt es zum Schutz der Umwelt?

In Zeiten der Umweltkrise entwickelt sich der Transportsektor ständig weiter, um weniger umweltschädliche Lösungen zu finden. Nach Elektroautos und -booten sind nun auch Flugzeuge und Privatjets an der Reihe, mit umweltfreundlicheren Energien betrieben zu werden. Im Jahr 2016 beendete Solar Impulse 2 seine Weltumrundung nach zwei Jahren Flug mit Solarenergie. Heute steht die elektrische Energie im Mittelpunkt aller Debatten.

Die Elektrizität tauchte in der Luftfahrt bereits 1881 auf, als die Brüder Tissandier ein Luftschiffmodell mit einem elektrisch angetriebenen Propeller vorstellten. Elektrische Flugzeuge wurden ab dem Ende des Ersten Weltkriegs entwickelt, jedoch ohne großen Erfolg; sie waren nicht leistungsstark genug.

Ein Jahrhundert später bauen Luftfahrtgiganten und Visionäre wie Elon Musk die Flugzeuge der Zukunft. Es sind größtenteils elektrisch betriebene Flugzeuge, die aber auch neue Technologien einsetzen und uns dazu anregen, über die Luftfahrt anders zu denken.

Elektrische Flugzeuge von heute

Da ein Elektromotor kleiner ist als ein mit Kerosin betriebener Motor, haben die neu entstehenden Flugzeuge teilweise revolutionäre Designs.

• DerAlpha Electro des slowenischen Herstellers Pipistrel verfügt über einen Elektromotor, der viermal leichter als ein herkömmlicher Motor ist und dabei nur halb so laut ist. Es ist das einzige Elektroflugzeug der Welt, das derzeit in Serie produziert wird und seit 2017 auf dem Markt ist. Seine Lithium-Polymer-Batterien können innerhalb von 45 Minuten aufgeladen werden und bieten eine Reichweite von 50 Minuten. Das zweisitzige Flugzeug wird für die Ausbildung von Piloten verwendet.

• Das Elektroflugzeug Bristell Energic hat seinen ersten Flug im Jahr 2019 erfolgreich absolviert. Sein elektrisches Antriebssystem wurde von H55, einem Spin-off von Solar Impulse, entwickelt. Seine Reichweite liegt bei etwa einer Stunde, wodurch es auch für Flugschulen zur Pilotenausbildung geeignet ist.

• Alice ist ein 100 % elektrisches Flugzeug des israelischen Startups Eviation, das 2019 auf der Paris Air Show vorgestellt wird. Es verspricht den Transport von neun Passagieren und zwei Besatzungsmitgliedern bei 450 km/h und soll 2022 fliegen. Seine Reichweite beträgt 1000 Kilometer, sodass er Strecken wie Paris-Nizza oder London-Genf zurücklegen kann. Es verfügt über einen Magnix-Elektromotor und eine Batterie, die derzeit 60 % seines Gesamtgewichts ausmacht. Nach einer Explosion im Flug im Januar 2020 befindet sich der Prototyp derzeit in der Endphase der Fertigstellung.

• City Airbus ist ein fliegendes Taxi mit vier Sitzen, das aus einer Zusammenarbeit zwischen Airbus, der RATP und der ADP-Gruppe hervorgegangen ist. Es ist ein vollständig elektrisch betriebenes, lärmarmes Hybridflugzeug, das senkrecht starten und landen kann. Es ist für den Stadtverkehr zwischen Innenstädten und Flughäfen gedacht und könnte bis zu den Olympischen Spielen 2024 fertig sein. Lilium entwickelt auch eine hochmoderne Taxi-Drohne. Darüber hinaus arbeiten andere Unternehmen wie Uber an Prototypen von eVTOL-Flugzeugen (electric vertical take-off and landing).

• Airbus, der 2014 mit der Entwicklung desE-Fan begonnen hatte, zog sich 2017 aus dem Projekt zurück und entwickelte stattdessen denE-Fan X, der aufHybridisierung setzt. Bei dieser Technologie wird ein Verbrennungsmotor, der einen sehr hohen Wirkungsgrad hat, mit einem Elektromotor gekoppelt. In Zusammenarbeit mit Rolls-Royce und Siemens will Airbus das erste Hybrid-Passagierflugzeug im Jahr 2021 fliegen.

• Darüber hinaus arbeitet die NASA an elektrischen Kurzstreckenflugzeugen. Die erste Version des Mod IV, die X-57, wurde Anfang 2020 vorgestellt. Die endgültige Version wird vierzehn Motoren, zwei große Propeller an den Enden und sechs kleine Propeller haben, die an seinen Flügeln befestigt sind und nur zum Starten und Landen dienen. Es wird mit einer Geschwindigkeit von 276 km/h fliegen und eine Höhe von 4200 Metern erreichen können.

Schließlich gehören auch der chinesische RX1E von Liaoning General Aviation, das Hybridflugzeug von Zunum Aero oder das eVTOL von Cora zu den vielen Beispielen für Elektroflugzeuge, die sich noch in der Entwicklung befinden.

Die Herausforderung heute

Viele Regionalflüge wurden daher bereits mit Hilfe von Elektromotoren durchgeführt. Dabei handelt es sich jedoch in der Regel nur um kleine Flugzeuge auf kurzen Strecken. Die Herausforderung besteht heute darin, immer größere Flugzeuge über lange Strecken fliegen zu lassen.

Der Motor eines Flugzeugs wird mit kolossaler Energie versorgt, und die elektrischen Batterien reichen nicht aus. Ein Kilogramm Kerosin transportiert nämlich 48-mal mehr Energie als Batterien. Dieser Faktor kann mit einigen Fortschritten verringert werden, aber der Transport der Batterien macht das Flugzeug während der gesamten Reise auch schwerer, sodass mehr Antrieb erforderlich ist. Dies ist beim Kerosin nicht der Fall, das während des Fluges verbraucht wird.

Schließlich betrifft die elektrische Revolution nicht nur den Antrieb eines Flugzeugs, sondern ermöglicht es beispielsweise auch, die Räder des Flugzeugs mit Elektromotoren auszustatten. Diese Praxis, die als Electric Taxiing bezeichnet wird, reduziert den Kerosinverbrauch, die Emissionen und die Kosten, die mit der Rollphase des Flugzeugs verbunden sind.

Die Elektroflugzeuge der Zukunft

Zahlreiche Prototypen sind in Arbeit, die von großen Luftfahrtkonzernen und kleineren Start-ups finanziert werden. Eine Möglichkeit, mehr elektrische Batterien zu transportieren und länger zu fliegen, ist die Entwicklung von Flugzeugen mit leichteren Materialien. Im Jahr 2050 werden die Flugzeuge also ganz anders aussehen als die, die wir heute zu sehen gewohnt sind.

Einige Beispiele:

• Easyjet arbeitet mit dem amerikanischen Hersteller Wright Electric an einem 100 % elektrischen Flugzeug für 2030. Tests werden 2023 stattfinden; die Flüge, die weniger als eine Stunde dauern, sollen Strecken wie London-Amsterdam, Paris-Genf oder Lyon-Bordeaux abdecken. Der Wright 1 soll bis zu 186 Passagiere befördern.

• Transcend Air Vy 400, ein Hybridflugzeug zwischen einem Flugzeug und einem Hubschrauber, das eine Reisegeschwindigkeit von 650 km/h erreichen kann, wird ab 2024 in den USA erste kommerzielle Flüge anbieten.

• Laut Elon Musk stellt dasÜberschallflugzeug die Zukunft der Luftfahrt dar. Das Flugzeug des Herstellers Boom Supersonic soll 2020 und die X-59 der NASA 2021 in die Luft gehen. Aufgrund seiner Auswirkungen auf die Umwelt ist es jedoch unwahrscheinlich, dass es sich vorerst durchsetzen wird.

Biomimikry

Ein weiterer Innovationsprozess ist die Biomimikry ; das ist eine Technik, die darauf abzielt, sich von der Natur inspirieren zu lassen, um aktuelle Flugzeuge zu verbessern. Airbus hat zum Beispiel das Regionalflugzeug Bird of Prey aus den Flügeln von Adlern und Falken entworfen, da diese schnell und lange fliegen können. Es enthält auch verformbare Federn, die aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Es wird wahrscheinlich nie das Licht der Welt erblicken, aber es hat dazu beigetragen, neue Ideen zu entwickeln und die Luftfahrt anders zu denken.

Airbus stellte 2020 ein neues futuristisches Flugzeug vor, den Maverick, dessen dreieckige Struktur im Vergleich zu heutigen Single-Aisle-Flugzeugen bis zu 20 % Treibstoff einsparen könnte.

Außerdem arbeitet die NASA an einem neuartigen Flügel, der aus Tausenden von Teilen gebaut wird, die ineinandergreifen, sodass er während des Fluges seine Form ändern kann.

Die Rückkehr des Luftschiffs

Das Luftschiff könnte ein Comeback erleben. Diese anderthalb Jahrhunderte alte Erfindung entspricht in der Tat den Herausforderungen unseres Jahrhunderts. Modernisiert hätte es viele Vorteile: Es ist umweltfreundlich (verbraucht zehnmal weniger Energie als ein Flugzeug), kann abgelegene Gebiete ohne Infrastruktur erreichen und Lasten von mehreren hundert Tonnen transportieren. Das britische Unternehmen Varialift verfolgt das Ziel, eine Flotte von Luftschiffen für den schweren Frachttransport auf den Markt zu bringen. Derzeit werden drei Modelle an einem Standort in der Nähe von Châteaudun in Frankreich gebaut. Sie werden mit Helium angetrieben und verbrauchen bei gleicher Last nur 15 % des Treibstoffs, den ein Flugzeug benötigt.

Das französische Unternehmen Flying Whales plant außerdem, ab 2023 ein riesiges Luftschiff in Form eines Wals auf den Markt zu bringen, das so konstruiert sein soll, dass es fünfzig Mal weniger verbraucht und die Umwelt weniger belastet als ein Flugzeug. Die Luftschiffe sollen zunächst für den Transport von Holz aus unzugänglichen Gebieten eingesetzt werden.

Wird die Luftfahrt umweltfreundlicher werden?

Der internationale Wettbewerb beschleunigt die Entwicklung von Prototypen. Die Zulassung eines neuen Flugzeugtyps dauert jedoch Jahre, und einige Vorschriften stellen ein Hindernis dar.

Die meisten Länder entwickeln die Elektrifizierung ihrer Flugzeuge, was dazu beiträgt, die Emissionen zu senken. Norwegen möchte sogar, dass alle Inlandsflüge bis 2040 zu 100 % elektrisch betrieben werden.

Allerdings wird die Luftfahrt, wie Safran in seiner Pressemappe 2019 erklärt, nie zu 100 % elektrisch betrieben werden, insbesondere was Langstreckenflugzeuge betrifft. Zwar werden heute viele regionale Flüge ermöglicht, aber es würde eine echte technologische Revolution erfordern, damit Batterien die Leistung erbringen können, die Passagierflugzeuge benötigen. Der Bericht erklärt auch, dass es die Flüge von Linienflugzeugen über 1000 Kilometer sind, die leider für mehr als 80% der CO2-Emissionen verantwortlich sind. Außerdem müsse ein Weg gefunden werden, die Batterien zu recyceln. Es gibt jedoch auch andere Lösungen, die den Elektroantrieb ergänzen.

Welche umweltfreundlichen Lösungen gibt es?

• Solarenergie könnte Batterien ersetzen, um den Elektromotor anzutreiben. Der Einsitzer Solar Impulse 2 legte 42.000 Kilometer zurück und wurde dabei von 22.000 Solarzellen angetrieben. SolarStratos ist sein Nachfolger; dieser Schweizer Zweisitzer befindet sich derzeit in der Entwicklung.

• Ein „grüneres“ Flugzeug wird durch eine Kombination von Faktoren erreicht werden: verbrauchsärmere Verbrennungsmotoren, alternative Kraftstoffe, die Biokraftstoffe und synthetische Kraftstoffe kombinieren, etc. Biokraftstoffe werden bereits auf einigen Kurzstreckenflügen eingesetzt, doch ihr Einsatz erhöht gleichzeitig die Entwaldung.

• In Frankreich hilft die vorausschauende Wartung , Treibstoff zu sparen. So nutzt Air France ihre Software Prognos, um die Wartung ihrer Flugzeuge zu verfolgen. Gleichzeitig bietet das Clean-Tech-Unternehmen OpenAirlines aus Toulouse den Fluggesellschaften innovative Lösungen für ihr Treibstoffmanagement an. Mit ihrer Software SkyBreathe können sie bis zu 5 % Kerosin pro Flug einsparen.

• Ein weiterer interessanter Ansatz besteht darin, die Flügel von Flugzeugen zu verlängern, wodurch der Luftwiderstand verringert und somit der Verbrauch gesenkt werden kann. Der 777X von Boeing wird daher mit längeren Flügeln und klappbaren Enden gebaut, damit dies keine Probleme bereitet.

• DasWasserstoffflugzeug hingegen ist ein ehrgeiziges Projekt, das jedoch noch viele Jahre auf sich warten lassen wird. Bisher hat sich noch keine Industrie mit diesem Thema befasst, da ein Flugzeug mit Wasserstoffantrieb viermal größere Tanks als ein Flugzeug mit Kerosinantrieb und eine sehr große Menge an elektrischer Energie benötigen würde. Man müsste die gesamte Flugzeugarchitektur überdenken, um Passagiere befördern zu können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Luftfahrt der Zukunft vielgestaltig ist und verschiedene Technologien miteinander verbindet. Während sich elektrische Flugzeuge und Privatjets im Wandel und Wachstum befinden, sind umweltfreundliche Flugzeuge hingegen schwieriger zu konzipieren.

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