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Im Aufwind: Wie Elektroflugzeuge den Verkehr der Zukunft entlasten

Ob Auto- oder Luftverkehr: Fossile Brennstoffe sind immer noch Treibstoff Nummer eins. Inzwischen arbeiten Forscher in beiden Branchen an alternativen Antrieben. Wasserstoff- und Elektroflugzeuge könnten künftig den Regionalverkehr entlasten.

1.500 Kilometer Reichweite und bis zu 200 Stundenkilometer Höchstgeschwindigkeit: Das leistest das weltweit erste viersitzige Passagierflugzeug, das nur mit Brennstoffzellen und Batterien betrieben wird. Der Flieger HY4 mit einem Elektromotor von 80 Kilowatt hob im September 2016 erstmals ab. Das 1.500 Kilogramm schwere Flugzeug besteht aus zwei seitlich miteinander verbundenen Rümpfen. Der getankte Wasserstoff reagiert in einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle mit Sauerstoff. Dabei wird Energie direkt in Form von Elektronen und damit elektrischem Strom freigesetzt. Der elektrische Antrieb, der unter anderem von Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt wurde, treibt den Propeller an. HY4 fliegt komplett emissionsfrei, sofern der für die Brennstoffzelle benötigte Wasserstoff mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wird. Eine an Bord mitgeführte Lithium-Ionen-Batterie liefert zusätzlichen Strom während der Startphase und bei Steigflügen. „Es ist nur eine Frage der Zeit, bis vier- oder sogar sechssitzige Elektroflugzeuge als Air Taxis zum Einsatz kommen und eine flexible Alternative zu bestehenden Transportmitteln bieten“, sagt Josef Kallo, Projektleiter des HY4 am DLR. „Im nächsten Schritt geht es für uns jetzt darum, modulare Technologien zu entwickeln und zu testen. Bisher liegen die Reichweiten je nach Technologie zwischen 25 Minuten und fünf Stunden Flugzeit.“

Elektroflugzeuge optimal für Kurzstrecken geeignet

Gerade in lärmkritischen und verkehrsreichen Ballungsgebieten könnten Elektroflugzeuge ihre Stärken ausspielen. Im kleinen Leistungsbereich bis 200 Kilowatt sind die Antriebe aufgrund der niedrigen Umdrehungszahlen sehr leise. Außerdem haben Elektromotoren auch bei niedrigen Drehzahlen ein kräftiges Drehmoment und können mit einem entsprechend ausgelegten Propeller schnell beschleunigen. Damit heben sie auch auf kurzen Startbahnen ab und können Passagiere abseits der großen Luftfahrtdrehkreuze transportieren. „Wir denken soweit, dass wir mithilfe leiser und emissionsfreier Flugzeuge bis zu 40 Passagiere durch die Lüfte tragen. Damit könnten ländliche Gebiete wirtschaftlich besser angebunden werden – beispielsweise im Großraum Stuttgart, wo die Autobahnen häufig verstopft sind“, so Kallo. „Das Potenzial liegt besonders auf diesen kurzen Distanzen von bis zu 300 Kilometern.“ 

Das hat auch das Münchner Start-up Lilium erkannt. Es brachte im April 2017 das erste ausschließlich elektrisch angetriebene Flugzeug, den „Lilium Jet“, mit Vertical Take-Off and Landing (VTOL) an den Start. Nach dem geglückten Jungfernflug soll der zweisitzige Senkrechtstarter nun für fünf Insassen weiterentwickelt werden.

Vision Regionaljet für 100 Passagiere

Airbus und Siemens möchten bis 2030 sogar einen größeren hybrid-elektrischen Regionaljet in die Luft bringen. Er kann bis zu 100 Passagiere aufnehmen und hat eine Reichweite von rund 1.000 Kilometern. Bis es tatsächlich soweit ist, hat die Luftfahrt jedoch noch einige Herausforderungen zu meistern – vor allem was die Technik und Zulassungen angeht. Während Verbrennungsmotoren für die Fliegerei über Jahrzehnte angepasst wurden, gibt es bei Elektromotoren kaum Erfahrungswerte. Aspekte wie Isolation, elektromagnetische Wirkung oder thermisches Verhalten müssen erst noch ausgiebig erforscht werden. Nicht nur für die Hersteller, sondern auch für die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) und das Luftfahrtbundesamt (LBA) sind Elektromotoren Neuland. So gibt es bei Elektroantrieben bisher keine Regularien, auf welche die Instanzen bei neuen Zulassungsverfahren zurückgreifen könnten. 

Bei der Technik der Elektromotoren für Flugzeuge müssen Hersteller ebenfalls einige Besonderheiten beachten. „Was für die Automobilindustrie gilt, ist für die Luftfahrt umso entscheidender: Der Motor muss so leicht wie möglich sein – inklusive Leistungselektronik. In der Luft zählt jedes Gramm“, erläutert Kallo. „Außerdem benötigen größere Flugzeuge mehr als ein Megawatt an Leistung. Daher müssen wir in der Luftfahrt auch die Spannungen erhöhen. Die in der Automobilindustrie gängige Spannung von 800 Volt reicht in unserer Branche nicht aus.“  

Bis Lufttaxis und hybrid-elektrische Regionaljets im Luftverkehr zur Tagesordnung gehören, müssen Hersteller, Forscher und Ingenieure noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit leisten. Nichtsdestotrotz ist die Elektrifizierung der Luftfahrt im Aufwind und bietet hohes Potenzial, den Verkehr der Zukunft und die Energiewende positiv zu prägen.

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