Sauber abheben – der neue Traum der Menschheit

Seit Menschen wissen, dass sie das Klima negativ beeinflussen, fliegen sie mit zunehmend schlechtem Gewissen – Stichwort: Flugscham. Grund genug für uns, das Fliegen und die Entwicklung von klimaneutralen Alternativen zu kerosinbetriebenen Flugzeugen unter die Lupe zu nehmen.

Endlich klimaneutral fliegen – was für eine schöne Vorstellung! In Zeiten von Corona umso mehr, denn unsere Welt ist gefühlt kleiner geworden: Wir sind viel mehr zuhause, gehen seltener ins Büro – und Reisen? Die haben wir zumeist auf die Zeit nach der Pandemie verschoben. Umso lauter lockt der Ruf der weiten Welt: fremde Länder, fremde Sitten, große Abenteuer – wir kommen!

Je weiter wir fliegen, desto belastender für das Klima

Dass ein Flug nach Asien, Australien oder an die Westküste der USA klimaschädlich ist, ist nichts Neues. Aber wusstest Du, dass Langstreckenflüge über 4.000 Kilometer zwar nur 6,2 Prozent der Abflüge in Europa ausmachen, aber für knapp 52 Prozent des CO2-Ausstoßes verantwortlich sind? Weitere 23,2 Prozent entfielen 2020 auf Mittelstrecken zwischen 1.500 und 4.000 Kilometer, die 19,6 Prozent der Starts ausmachten. Kurze Flüge unter 500 Kilometer machen aktuell gut 30 Prozent der Abflüge aus, sind aber nur für 4,3 Prozent der Emissionen verantwortlich (Quelle: Eurocontrol). Insgesamt verursacht die Luftfahrt 2,5 Prozent der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen. Ein Anteil, der bis 2050 vermutlich um das Dreifache steigen wird. Umso dringender sind Anstrengungen gefordert, die Emissionen auf Langstreckenflügen zu verringern.

Sind Fliegen und Klimaschutz miteinander vereinbar? Elektrisch – ja!

Sehr vielversprechend ist die Entwicklung von Elektroflugzeugen: Elektrische Antriebsmotoren könnten nicht nur die direkten CO2-Emissionen eliminieren, sondern zudem die Treibstoffkosten um bis zu 90 Prozent, die Wartungskosten um bis zu 50 Prozent und den Lärm um fast 70 Prozent senken, berichtete das Wissenschaftsmagazin „Spektrum“ Ende 2020. Zu den Unternehmen, die an Elektrofliegern arbeiten, gehören u. a. Airbus, Ampaire, MagniX und Eviation. Sie alle haben bereits Testflugzeuge gebaut, die für Privat-, Firmen- und Pendlerflüge bestimmt sind. Was auf kurzen Strecken funktioniert, ist Experten zufolge aber noch keine Lösung für die Langstrecke.

Flugtaxi, bitte!

Foto: © Lilium

Zwischen 2017 und 2019 flossen bereits rund 250 Mio. Dollar an Start-ups aus der elektrischen Luftfahrt. Aktuell sind etwa 170 Projekte für Elektroflugzeuge im Gang – vor allem für Privat-, Geschäfts- und Nahverkehrsflüge. Bereits „erwachsen“ ist die deutsche Lilium GmbH mit Sitz in München. Sie ist der Weltmarktführer im Bereich des regionalen elektrischen Luftverkehrs und hat gerade die Entwicklung des elektrisch angetriebenen, senkrecht startenden und landenden 7-Sitzers Lilium Jet bekanntgegeben: Mit einer erwarteten Reisegeschwindigkeit von 282 km/h auf rund 3.000 Metern Flughöhe und einer Reichweite von mehr als 250 Kilometern einschließlich Reserven ist der Jet das Ergebnis einer fünfjährigen Technologieentwicklung.

Frag‘ einen Triebwerksexperten: Fliegen wir bald nur noch elektrisch?

Dr. Jörg Sieber, Leiter Innovationsmanagement beim führenden deutschen Triebwerkshersteller MTU Aero Ingenieurs sagt, dass der Weg von Elektroflugzeugen in die kommerzielle Passagierflugfahrt noch lang sei: Die Batterien müssten fünf- bis zehnfach leistungsfähiger und die Infrastruktur an den Flughäfen an das elektrische Fliegen angepasst werden. Größere Chancen räumt er dem hybrid-elektrischen Fliegen ein, wobei ein Teil des Antriebs elektrisch erfolgt, der zweite Teil kann eine Gasturbine oder eine Brennstoffzelle sein. Ähnlich sehen dies die Forscher*innen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Hier rechnet man damit, dass angesichts der technologischen Entwicklung der Speichertechnik elektrische bzw. hybrid-elektrische Flugzeuge in der kommerziell relevanten Größe für 50 bis 70 Passagiere und mit mindestens 1.000 Kilometern Reichweite in den 2040er Jahren abheben werden. Aktuell identifiziert, bewertet und validiert das DLR alle Schlüsseltechnologien – von möglichen Energieträgern über Antriebstechnologien und Design-Konzepte bis hin zu Betriebsmodellen – und forscht im Rahmen diverser Projekte.

Elektrisch Fliegen mit Wasserstoff und Brennstoffzelle

Foto-Credit: DLR (CC-BY 3.0)

So spielt Wasserstoff aus erneuerbaren Energien laut DLR im klimaverträglichen Luftverkehr von morgen eine wichtige Rolle: Antriebssysteme und Energiespeicher auf Basis von Brennstoffzellen arbeiten emissionsfrei. Mit der Hy4 hat die DLR-Ausgründung H2Fly das erste viersitzige Passagierflugzeug mit wasserstoffelektrischem Antrieb zum Fliegen gebracht und im Dezember 2020 die Zulassung für den europaweiten Testbetrieb erhalten.

Im Forschungsprojekt BALIS geht das DLR noch einen Schritt weiter und arbeitet an Antriebssystemen im Megawatt-Bereich für Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge bis 50 Passagiere. Übliche Brennstoffzellenantriebe leisten rund 100 bis 200 Kilowatt, die sich jedoch nicht beliebig zu einer höheren Gesamtleistung kombinieren lassen. Hier wollen die Forscher*innen neue Ansätze und Komponenten mit optimierten Stromdichten und Spannungen entwickeln.

Bei allen Forschungen hat das DLR den Flugverkehr ganzheitlich im Blick: Können alternative Antriebe gleichzeitig ökologisch und wirtschaftlich sein? Welche Infrastruktur muss neu geschaffen werden, welche lässt sich weiter nutzen? Wie verändern sich die Abläufe an Flughäfen? Erklärtes Ziel ist es, bis zum Jahr 2040 die erforderlichen Komponenten für ein Luftfahrzeug mit mindestens 70 Sitzen und einer Reichweite von 2.000 Kilometern zur Einsatzreife zu bringen.

Airbus will das erste emissionsfreie Verkehrsflugzeug bis 2035 entwickeln

In dieser Animation enthüllt der weltweit größte Flugzeugbauer seine drei emissionsfreien Konzeptflugzeuge ZEROe: Turbofan-, Turboprop- und Mischflügelkörperkonfigurationen – allesamt Wasserstoff-Hybridflugzeuge.

Aus Science-Fiction wird Wissenschaft: Antrieb mittels Elektrizität und Ionenwind

Neben dem Elektroantrieb nach dem Jetmuster entstehen aber auch neue Flugzeugtypen – zum Beispiel solche ohne bewegliche Teile, die zum Antrieb Elektrizität und Ionenwind nutzen. Ein solches Flugzeug hält sich dank eines elektrischen Triebwerks, das durch die Bewegung geladener Teilchen Vortrieb erzeugt, in der Luft – und kommt folglich ohne bewegliche Teile aus. Ein solcher Antrieb galt lange Zeit eher als Science-Fiction denn als harte Wissenschaft. 2018 gelang es dem Luft- und Raumfahrtingenieur Steven Barret am Massachusetts Institute of Technology, das erste Flugzeug mit einem solchen Antrieb zum Fliegen zu bringen. Sein Team veröffentlichte die Forschungsergebnisse im Fachmagazin „Nature“ – und die Kollegen staunten über „etwas wirklich Einzigartiges“. Im Video erklärt Steven Barret seine Idee selbst.

Ion drive: The first flight

Sicher ist: Bis 2050 sollen die CO2-Emissionen (verglichen mit den Werten von 2000) um 75 Prozent sinken, der Geräuschpegel soll um 65 Prozent zurückgehen und der Stickoxidausstoß sogar um 90 Prozent. Denn so lauten die Vorgaben der von EU-Kommission und Luft- und Raumfahrtindustrie gemeinsam erarbeiteten Forschungs- und Innovationsstrategie „Flightpath 2050“ zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luftfahrtindustrie. Außerdem muss der Luftverkehr sowohl in puncto Klimawirkung mit den Pariser Klimazielen als auch in Hinblick auf Luftqualität und Lärmemission mit lokalen Anforderungen in Einklang gebracht werden.

Wie haben sich Pandemie und Klimawandel auf Dein Flugverhalten ausgewirkt? Die Pandemie zwingt uns aktuell, weniger zu fliegen. Aber möchtest Du vielleicht auch gar nicht mehr so viel fliegen – aus Flugscham? Oder nutzt du die Möglichkeit, deine Flugemissionen zu kompensieren? Wir freuen uns auf den Dialog mit Dir!