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Luftfahrt "Elektrisch fliegen ist machbar"

Der Luftfahrtriese Airbus will erstmals ein Elektro-Kleinflugzeug in Serie produzieren. Doch Forscher haben noch kühnere Pläne – in Zukunft sollen auch Passagiermaschinen mit sauberem Strom abheben.

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Elektroauto der Lüfte: Die E-Fan genannte Neuheit von Luftfahrtkonzern Airbus. Quelle: Airbus S.A.S.

Schnittig wie ein Segelflieger, schnell wie ein Sportwagen: Das Propellerflugzeug, das am Freitag am Flughafen von Bordeaux erstmals abhebt, dürfte schon rein äußerlich vielen Sportfliegern gefallen. Doch die wahre Sensation verbirgt sich in seinem Innern: 120 Batteriezellen, versteckt in den Flügeln, treiben das Kleinflugzeug an. Ein Elektroauto der Lüfte.

Mit seiner E-Fan genannten Neuheit will der europäische Luftfahrtkonzern Airbus eine bahnbrechende Innovation auf den Markt bringen: Erstmals soll eine Maschine mit zwei Triebwerken völlig elektrisch in die Lüfte gehen. Ab 2017 werde der Viersitzer zu kaufen sein, sagt Jean Botti, Technikvorstand bei Airbus, und zwar zu einem „wettbewerbsfähigen Preis“. 

Kilowatt statt Kerosin: Die Idee verfolgen auch andere Hersteller von Kleinflugzeugen, etwa Electric Aircraft aus den USA, Pipistrel aus Slowenien oder Yuneec aus China. Sie haben einen gemeinsamen Traum: Flugzeuge sollen keine Abgase mehr ausstoßen und flüsterleise durch die Luft gleiten. Und vielleicht sind sie damit sogar die Pioniere eines Paradigmenwechsels in der Luftfahrt.

Denn inzwischen halten es Fachleute für möglich, dass künftig auch große Passagiermaschinen batteriebetrieben in die Luft gehen. Nicht morgen, aber in 20 Jahren. Und das wäre ein gewaltiger technischer Durchbruch für eine Branche, die wegen ihrer Luftschadstoff-Emissionen immer stärker unter Druck gerät und ohnehin vom Öl loskommen muss.

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    Die Akkus reichen für eine Stunde lang fliegen. Quelle: Airbus S.A.S.

    Fliegen mit Strom aus Wind und Sonne – kann das gehen? Im Kleinen ja, das hat Airbus nun bewiesen. Der sieben Meter lange E-Fan nutzt zwei elektrische Rotoren zum Antrieb, zusammen liefern sie 60 Kilowatt Leistung, etwa weniger als der Motor eines Nissan Leaf. Die Kapazität der Lithium-Polymer-Akkus reicht aus, um bis zu eine Stunde lang in der Luft zu bleiben. Dabei  wird der E-Fan bis zu 220 Kilometer pro Stunde schnell.

    18 Monate lang haben Airbus-Ingenieure still und heimlich an dem Elektro-Flieger gearbeitet. Eine verbesserte Aerodynamik gleicht das hohe Gewicht der Batterien aus, die den Flieger herabziehen, ein Antrieb im Vorderrad spart beim Start Energie. Besonderer Clou: Im Hangar lassen sich die leeren Akkus schnell gegen volle austauschen.

    Zielgruppe für den E-Fan sind Flugschulen. Denn er ist so leise, dass er auch Sonntags auf Flugplätzen in der Nähe von Wohnsiedlungen starten kann, ohne jemanden zu stören. Doch für Airbus ist die Maschine nicht nur ein neues Geschäft – sondern ein Technologie-Projekt. „Das ist der Beginn einer langen Reise“, hofft Technik-Chef Botti. „Eines Tages werden wir elektrische Linienflugzeuge bauen.“

    Kurzstrecke per E-Flieger

    Spitzengeschwindigkeit bis zu 220 Km/h Quelle: Airbus S.A.S.

    Daran glaubt auch Askin Isikveren. „Elektrisch fliegen ist machbar“, sagt der Luftfahrtingenieur, der den Forschungsbereich Visionäre Flugzeugkonzepte bei Bauhaus Luftfahrt leitet. Die 50 Mitarbeiter starke Forschungseinrichtung in München entwickelt Pläne für die Luftfahrt der Zukunft – und hat für ein visionäres Konzept eines elektrischen Verkehrsflugzeugs gerade den Publikumspreis des GreenTec-Awards gewonnen, einen Umwelttechnologiepreis, den WirtschaftsWoche Green präsentiert.

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    Der Ce-Liner, so der Name des imaginären Fliegers, könnte laut Einschätzung der Forscher im Jahr 2035 voll elektrisch abheben – sofern bis dahin leistungsfähigere Batterien entwickelt werden. Mit Platz für 189 Passagiere entspricht er der Boeing 737. Die geplante Reichweite: 1660 Kilometer. Das reicht laut Entwickler Isikveren für sämtliche Kurzstrecken, die den Großteil der Verbindungen weltweit ausmachen: „Der Ce-Liner könnte 79 Prozent aller Flüge abdecken.“

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      Der Vorteil für den Klimaschutz wäre enorm. Mehr als 230 Milliarden Liter Kerosin verfeuert die Luftfahrt jedes Jahr – und sorgt damit für zwei Prozent der CO2-Emissionen. Bis 2050 soll die europäische Luftfahrt laut EU-Zielsetzung ihren Kohlendioxid-Ausstoß  um 75 Prozent reduzieren, die Stickoxid-Emissionen um 90 Prozent und den Lärm um 65 Prozent. Das geht nur mit radikal neuen Technologien – etwa dem Elektro-Flieger.

      Das sind die Flugzeuge der Zukunft
      FanWingDas Bild zeigt die Computerillustration eines "FanWing"-Flugzeugs. Das neue Fluggerät ist eine Mischung aus Hubschrauber und Flugzeug. Es wird von großen Ventilatoren angetrieben, die gewaltige Luftmassen unter die Tragflächen befördern. E ist leise, sparsam und braucht nur eine extrem kurze Startbahn. Quelle: dpa
      VolocopterEnde 2013 hob der Volocopter erstmals zu seinem Jungfernflug ab. Der unbemannte Elektro-Senkrechtstarter wird von Elektromotoren angetrieben und per Joy-Stick oder Autopilot gesteuert. Statt eines Propellers, wie beim einem Helikopter, ist er mit mehreren ausgestattet. Langfristig sollen in dem Fluggerät zwei Personen transportiert werden können. Quelle: dpa
      Clip-AirFliegen geht schneller als Zugfahren. Doch ehe ein Reisender im Flieger sitzt und die Reise wirklich losgeht, vergehen Stunden in Warteschlagen und vor dem Boarding. Dass das Fliegen genau so komfortabel wird, wie das Zugfahren, ist das Ziel eines Schweizer Forscherteams. Dazu haben sie eine Art Luft-Lok an der einzelne Passagier- oder Logistik-Wagen angehängt werden können. Der "Überflügel" enthält den Motor, das Cockpit, den Treibstoff und auch das Ausfahrgestell zur Landung. Und die einzelnen Wagen könnten die Reisenden theoretisch überall besteigen. Zum Beispiel auch an einem Bahnhof. Quelle: Screenshot
      Flug-Floh Quelle: PR
      So könnte das Passagierflugzeug der Zukunft aussehen: Das Konzept für den Nurflügler wurde im Rahmen des EU-Projekts NACRE (New Aircraft Concepts Research) entwickelt. Quelle: PR
      Solar ImpulseDas Schweizer Solarflugzeug Solar Impulse ist das aktuelle Projekt des Schweizer Luftfahrtpioniers Bertrand Piccard. Das Flugzeug zieht seine Energie ausschließlich aus Sonnenenergie. Dafür sin Solar-Paneele auf den Flügeln angebracht. Um zu zeigen, dass das Projekt funktioniert, plant der Schweizer zwischen April und Juni 2014 eine Erdumrundung. Quelle: dpa
      Spike AerospaceReise für Reiche: Ein Startup aus Boston entwickelt derzeit den Überschall-Privatjet Spike Aerospace. Damit soll die Flugzeit von New York nach London nur noch drei Stunden dauern. Die gigantischen Panorama-Fenster bestehen aus Displays auf denen das, was draußen vorbei zieht, übertragen wird. Wer schlafen möchte, kann die Bildschirme abdunkeln. Angeblich sollen die Flieger bereits 2018 an den Start gehen. Quelle: Screenshot

      Flugzeuge würden damit so leise, dass sie problemlos auch nachts starten und landen könnten, ohne Anwohner zu belästigen. Die Kosten für den Stromverbrauch der effizienten Elektroflugzeuge lägen laut einer jüngsten Studie der US-Weltraumbehörde Nasa zehnmal geringer als für die vergleichbare Menge Kerosin. Rechnet man die höheren Baukosten für das Flugzeug und die Kosten für den Akku ein, könnte Fliegen im Jahr 2035 laut Berechnungen von Bauhaus Luftfahrt genauso viel kosten wie heute. Fossile Flieger dagegen dürften erheblicher teurer werden – weil die Kerosin-Preise und Schadstoffabgaben steigen.

      Doch es gibt ein Problem, und es ist das gleiche wie beim Elektroauto: Batterien sind noch zu groß und zu schwer, um eine akzeptable Reichweite zu garantieren. Im Ce-Liner müssten 14 Batterie-Container zum Einsatz kommen, die jeweils mehr als zwei Tonnen wiegen und bis zu 80 Prozent des Laderaums belegen. Und weil die Akkus so schwer sind, muss das Flugzeug umso leichter und effizienter werden.

      Die Bauhaus-Ingenieure schlagen darum eine völlig neue Bauweise vor: Den C-Wing, einen Flügel, der am Ende hochgefaltet ist. Er reduziert den Luftwiderstand Berechnungen zufolge um neun Prozent. Die Elektromotoren sollen aus Supraleitern bestehen, besonderen Materialien, die unterhalb einer bestimmten Temperatur keinen elektrischen Widerstand mehr haben. Per Stickstoff auf Minusgrade gekühlt, sollen die Motoren so den Strom besonders verlustarm in Vortrieb umwandeln und obendrein kleiner und leichter werden.

      Hybrid-Flieger als nächstes Ziel

      Der Bauhaus Luftfahrt Ce-Liner hat Platz für bis zu 220 Passagiere. Quelle: Bauhaus Luftfahrt e.V.

      Die Akkucontainer ließen sich an Flughäfen binnen weniger als 30 Minuten gegen geladene Akkus tauschen. Das Aufladen würde sehr lange dauern, denn es geht um eine gewaltige Menge Energie: Ein Flug verschlänge 38 Megawattstunden Strom – so viel, wie 13 große Windräder bei voller Leistung binnen einer Stunde produzieren.

      Die einzelnen Techniken des Ce-Liners seien schon heute machbar oder ließen sich bis 2035 entwickeln, glaubt Ingenieur Isikveren – mit einer großen Ungewissheit: Der Batterieleistung. Heutige Akkus, wie sie in Elektroautos eingesetzt werden, haben eine Energiedichte von 250 Wattstunden pro Kilogramm. Der Ce-Liner wird aber nur abheben, wenn Batterien mit 2000 Wattstunden entwickelt werden.

      Batterieforscher halten das für enorm schwierig, aber immerhin nicht für völlig abwegig. Elektronikunternehmen wie Samsung, LG oder Toyota entwickeln  Lithium-Magnesium-Akkus, die immerhin 400 Wattstunden erreichen. Lithium-Sulfur-Batterien, an denen weltweit Forscher arbeiten, haben eine noch höhere Energiedicht von 500 Wattstunden.

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        Lithium-Luft Akkus schließlich, die unter anderem in IBM- und Volkswagen-Laboren erforscht werden, könnten theoretisch 1000 Wattstunden schaffen – und manche Forscher glauben, dass mit der Technik sogar 2000 Wattstunden drin sind.

        Aufgrund ihrer leisen Elektromotoren könnten die Flugzeuge auch problemlos nachts starten. Quelle: Bauhaus Luftfahrt e.V.

        Es ist also wahrscheinlich, dass das Ce-Liner-Konzept bis 2035 nur in einer abgespeckten Version Wirklichkeit wird – also mit weniger Passagieren oder einer geringeren Reichweite. Eine weitere Möglichkeit: Der Bau eines Hydrid-Flugzeugs, quasi eines fliegenden Prius. Dessen Triebwerke sind elektrisch, doch der Strom kommt nicht allein aus Batterien, sondern auch aus einer Turbine, die im Heck des Flugzeugs aus Treibstoff Strom erzeugt.

        Ein solcher Hybride wäre nicht nur sehr leise, sondern könnte immerhin 15 Prozent weniger CO2 ausstoßen, schätzt Experte Isikveren. Denn die fossil betriebene Stromturbine kann stets gleichmäßig und im effizientesten Modus laufen. Außerdem könnten statt zwei großer Turbinen viele kleine elektrische Propeller das Flugzeug antrieben. Das würde eine aerodynamischere und leichtere Bauweise ermöglichen.

        Auch Airbus setzt auf den Hybrid-Flieger – und entwickelt am Standort Ottobrunn Techniken dazu. Der Luftfahrtkonzern hat bereits ein Hybrid-Konzept namens E-Thrust entworfen, eine imaginäre Maschine mit 90 Sitzplätzen und sechs Propellern, die beim Landeanflug sogar Strom zurück in die Batterien speisen.

        Forschung



        Wann der Flieger auf den Markt kommt, darauf will sich Airbus-Technikvorstand Botti nicht festlegen: „Ich hoffe, dass wir 2030 einen Prototypen haben werden.“ Das ist noch lange hin. Aber die Luftfahrt-Branche denkt seit jeher in langen Zeiträumen. Und seit langer Zeit scheint es, als begänne sie, ernsthaft über komplett neue Technologien nachdenken.

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