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Innovative Flugantriebe

Fliegen Flugzeuge bald elektrisch?

Bild: Phillip Hayer/Shutterstock.com

Ob Treibhausgase, Schadstoffe oder Lärm – die Gesellschaft erwartet, dass die Luftfahrtindustrie ihre Emissionen reduziert. Der VDI-Fachbeirat Luft- und Raumfahrttechnik sieht innovative Flugantriebe als zentralen Baustein zur Bewältigung dieser Aufgabe. Die Lösungsansätze sind vielfältig und reichen von Hybridantrieben über Batteriespeicher bis hin zu Brennstoffzellensystemen.

Diese Ansätze haben jedoch eine Gemeinsamkeit. Die Propulsoren werden elektrisch angetrieben. Dies bietet neue Chancen, zum Beispiel über verteilte Antriebe. Gänzlich neue Marktsegmente ergeben sich mit unbemannten Luftfahrzeugen als Passagier-Zubringer oder für den Gütertransport.

Warum sollten wir elektrisch fliegen?

Die Luftfahrt will und muss sich den Herausforderungen des Klimawandels stellen. Nach den Zielen im „Flightpath 2050“ der Europäischen Kommission sollen die CO2-Emissionen bis 2050 um 75 % im Vergleich zum Jahr 2000 gesenkt werden. Eine derart starke Reduktion der Emission kann vor dem Hintergrund des starken Wachstums des Flugverkehrs nur mit neuen Konzepten und elektrischen Antrieben gelingen. Herkömmliche Antriebe sind zwar mit den Jahren immer effizienter geworden und haben maßgeblich zur CO2-Einsparung beigetragen, das Ziel, vollständig klimaneutral zu fliegen, können sie jedoch nicht erfüllen. Dies gelingt nur mit einer Elektrifizierung der Luftfahrt. Die Entwicklung elektrischer Antriebe hat in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt. Über die Hälfte der Züge in Deutschland fahren elektrisch, E-Autos sind schon in beachtlicher Anzahl auf den Straßen unterwegs und erste Kleinflugzeuge können bereits elektrisch abheben. Daher spielen diese Antriebe in der Konzeptionierung zukünftiger Flugzeuge eine entscheidende Rolle.

Was sind elektrische Propulsoren?

Ein elektrischer Propulsor nutzt elektrische Energie aus Batterien, Brennstoffzellen oder auch Hybridsystemen zur Schuberzeugung für ein Luftfahrzeug. Hierzu treibt ein Elektromotor einen Propeller oder einen Fan an. Neben der Möglichkeit klimaschonend zu fliegen haben elektrische Propulsoren noch einen weiteren großen Vorteil: Im Gegensatz zu Gasturbinen haben Elektromotoren auch bei kleiner Baugröße einen guten Wirkungsgrad. Hierdurch ist es möglich, viele verteilte Elektromotoren mit kleinen Propellern synergetisch in die Flugzeugaerodynamik zu integrieren. Im Gegensatz dazu werden bei klassischen Triebwerken üblicherweise nur zwei je Flugzeug verbaut. Elektrische Propulsoren haben andererseits natürlich auch Nachteile: Ihre Leistungsdichte ist deutlich geringer als die von Gasturbinen und die Kühlung der Elektromotoren ist anspruchsvoll. Außerdem müssen für den massentauglichen Einsatz von Batterien, Brennstoffzellen und Hybriden noch viele Hürden überwunden werden.

Wo lohnt sich ein Elektroantrieb?

Elektrische Propulsoren sind nicht für alle Flugstrecken sinnvoll. Insbesondere auf der Langstrecke (über 3000 km) sind auch langfristig Gasturbinen die sinnvollste Antriebsart. Die Klimawirkung muss hier durch den Einsatz nachhaltiger Flugkraftstoffe reduziert werden. Im Regional- und Mittelstreckenverkehr sind elektrische Propulsoren jedoch die klimafreundlichste Art zu fliegen. Prototypen elektrischer Flugzeuge heben schon seit einigen Jahren ab, wie 2015 der Airbus E-Fan 1.0 bei der Ärmelkanal-Überquerung oder 2016 das Kunstflugzeug Extra 330LE mit Siemens-Elektromotor. Auch Lufttaxis, wie der CityAirbus mit Antrieb von Rolls-Royce, haben die technische Machbarkeit bereits bewiesen. Bis elektrische Antriebe in der Luftfahrt serienmäßig eingesetzt werden, wird es allerdings noch dauern. Technische Reife, Sicherheitsgewährleistung, Zertifizierung und Wirtschaftlichkeit werden Zeit in Anspruch nehmen. Airbus und das Bauhaus Luftfahrt rechnen damit, dass bis 2035 elektrische Flugzeuge die Marktreife erreicht haben. Bis diese flächendeckend eingesetzt werden, wird es auf Grund der langen Produktzyklen in der Luftfahrt aber noch bis nach 2050 dauern.

Autor*innen: Nerea Meinicke; Tim Wittmann

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Simon Jäckel
VDI-Fachbereich Luft- und Raumfahrttechnik
E-Mail-Adresse: jaeckel@vdi.de 

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