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13.09.2017
aerokurier

Elektrifizierte Visionen (Teil 2)

Lange: Ich muss das mal sagen, weil es so viele Vorhersagen zum Elektroflug gibt, die dann nicht eintreffen. Das macht den Elektroflug, obwohl er die technologischen Möglichkeiten hätte, unglaubwürdig. Und die Möglichkeiten sind immens, im Grunde könnte ein Großteil der General Aviation elektrisch abgewickelt werden, wenn die Flugzeuge entsprechend konstruiert werden und es die Kunden annehmen.

Herr Anton, Ihre Gegenrede?

Anton: Airbus geht nicht nur höher, weiter, schneller. Stichwort: Projekt CityAirbus. Ein reines Batteriegerät mit acht Propellern, ein redundanter Quadrocopter, der ein paar Menschen über eine kurze Strecke transportieren kann. Ich stimme Axel Lange zu, ich gehöre ja auch zu denen, die meinen, ein gutes L/D ist für den Elektroflug wichtig. Und ich glaube auch, dass wir Veränderungen erleben werden in der Art, wie die Verkehre geschnitten sind. Heute haben wir ein Mittelstreckenflugzeug, das Strecken von 500 bis 5000 Kilometer bedient und dabei 200 Passagiere transportiert. Diese eierlegende Wollmilchsau wird wahrscheinlich differenziert in mehrere Flugzeuge: eins für längere Strecken, das vielleicht weiterhin schnell und konventionell fliegt, und eins für Kurzstrecken, das sich in Richtung Elektroflug entwickelt mit dem Versuch, die 0.86 Mach zu erreichen. Dabei wird man aber lernen, dass es klüger ist, auf der Polare etwas nach vorn zu rutschen. Dann entsteht vielleicht ein Flugzeug, das nur noch 50 oder 100 Menschen über 500 bis 1000 Kilometer transportiert.

Das klingt schon nach präzisen Zukunftsszenarien …

Anton: Die Zukunft ist nicht präzise beschreibbar. Als ich ein Kind war, fand ich Dampfloks faszinierend, mein Vater aber erklärte mir, dass das später alles Elektroloks sein würden. So ist es nur zum Teil gekommen. Mancher moderne Schnellzug erreicht nur deshalb 400 km/h, weil da eben keine Lok mehr vorgespannt ist, sondern weil die Antriebe über die Wagen verteilt sind. Wir hatten also zusätzlich zur Elektrifizierung eine Disruption in der Art, wie der Zug gebaut wird. Und ich stimme meinen Vorrednern zu in der Einschätzung, dass sich die Flugzeuge mit dem Elektroantrieb verändern werden.

Mit dem Problem der längeren Flugzeiten und höheren Kosten …

Anton: Nicht unbedingt. Man wird einsehen, dass autonomes Fliegen und elektrische Antriebe sich zwar nicht bedingen, in Kombination die Entwicklung aber enorm beschleunigen werden. Einfach, weil dann die Geschwindigkeit nicht mehr so wichtig ist. Wenn ich die Crew nicht mehr für vier Umläufe bezahlen muss, spielt es auch keine Rolle, wenn der Umlauf länger dauert. Dann kann ich es mir leisten, mit 0.6 Mach zu fliegen.

Die Hybridantriebe mit der Entkoppelung von Energie- und Schuberzeugung scheinen die Brückentechnologie zum reinen Elektroflug zu sein. 

Anton: Korrekt, denn beides kann unabhängig voneinander besser auf größtmögliche Effizienz hin optimiert werden. Zweiter Schritt ist die Verteilung der Antriebe bzw. deren Anordnung dort, wo sie am effizientesten wirken können. Ein Beispiel ist hier der e-Genius der Universität Stuttgart.

Dem Verbrenner wird die Luft weit oben zu dünn. Wie schlägt sich der Elektromotor unter den Bedingungen in großer Höhe?

Anton: Die Temperatur ist vor allem für die Batterien relevant, insbesondere was die Taubildung angeht, wenn wir mit kalten Batterien in warme und feuchte Regionen kommen. Der Elektromotor kann gegen Witterungseinflüsse weitgehend unempfindlich konstruiert werden. Sicherheit gegen Blitzschlag und Schutz vor Höhenstrahlung sind auch Themen, insbesondere für die Leistungselektronik. Ansonsten: Der Elektromotor zieht durch, das Drehmoment ist nicht von Drehzahl oder Höhe abhängig.

Stemme: Die Kombination Elektroantrieb, Pufferbatterie und Verbrennungsmotor treibt sogar die Entwicklung der Kolbenmotoren voran. Hier auf der Messe wurde ein Achtzylinder-Diesel vorgestellt, der von Konstrukteuren aus der Autoindustrie exakt für die Anforderungen der Luftfahrt entwickelt wurde und der 50 Prozent weniger Treibstoff verbrauchen soll als herkömmliche Motoren. Das wäre natürlich eine perfekte Komponente für größere Hybridantriebe. Da schließt sich der Kreis zu Herrn Borschbergs Argument, dass man das System als Ganzes betrachten muss.

Das Wort Brennstoffzelle ist bereits gefallen, wie ist dieses Konzept als Energiequelle für Luftfahrtantriebe zu bewerten?

Lange: Wir haben für das DLR ein Flugzeug gebaut, das mit Batteriepower auf 200 Meter steigen und dort die Brennstoffzellen zuschalten und testen können sollte. Dann kam das DLR auf die Idee, sich einen Platz in der Luftfahrtgeschichte zu sichern, und hat uns beauftragt, das Flugzeug eigenstartfähig zu bauen. Das ist nicht nur technisch eine Herausforderung, sondern auch bürokratisch, wenn man Zulassungsbehörden davon überzeugen muss, dass das funktioniert. Wir haben einen Direkthybrid-Antrieb entwickelt, bei dem man im Startlauf innerhalb weniger Sekunden von Brennstoffzelle auf reinen Batteriebetrieb hätte umschalten können. Und da wir ein zugelassenes Batteriesystem hatten, haben die Behörden das akzeptiert. Im realen Betrieb hat das aufgrund falscher Datenbasis der Brennstoffzellenseite nicht funktioniert, und der Flug musste komplett als Brennstoffzellen-Flug durchgeführt werden. So war der Meilenstein der Luftfahrt auch da. Wir haben damals für das DLR verschiedene Systeme erprobt, und unser Eindruck war, dass man damit in der Großluftfahrt durchaus etwas machen kann, nicht aber in der GA. Die Brennstoffzellen müssen teilweise vier Stunden vorgeheizt und permanent überwacht werden. Der Vorteil für die GA könnte ihre hohe Effizienz mit rund 50 Prozent Energieausbeute sein. Da wird der Diesel blass dagegen!

Bleibt also der Fokus auf bessere Batterien, die momentan noch die Schwachstelle sind.

Anton: Aktuell dominieren deshalb bei Siemens die Hybridkonzepte mit Verbrenner und Generator. Ein Flugzeug für vier bis 100 Passagiere mit perspektivischem Einsatz in fünf bis 15 Jahren ist aktuell mit Batterien nicht möglich. Meine persönliche Sicht als Physiker Frank Anton ist leidenschaftlicher. Heute erreichen Batterien 220 bis 250 Wattstunden pro Kilogramm. Wenn der Daniel Düsentrieb kommt, der 1000 Wattstunden schafft, dann wären nahezu alle Flugzeuge elektrisch betreibbar. Bis vor drei Jahren sagten Experten, das ginge nicht. Die physikalisch-chemischen Grenzen liegen bei 7,5 bis 8 Kilowattstunden pro Kilogramm. Selbst wenn wir die 1 kWh erreichen, sind wir noch weit weg von diesen Grenzen. Ich höre jetzt schon hin und wieder 300, 400, 600 Wattstunden – mit neuen Bauarten wie Aluminium-Sauerstoff, Lithium-Sauerstoff, Lithium-Schwefel. Wenn also die Batterien kommen, auf die Frank Anton privat hofft, dann lässt Siemens sicher sofort etwas mehr vom Generator zu Hause. Grundsätzlich stimme ich Axel Lange bei seiner Einschätzung zur Brennstoffzelle zu. Aber auch da wieder: Falls diese Technik den großen Schritt macht, könnten wir sie integrieren. Unser Konzept ist offen.

Herr Lange sprach das Thema „Zulassung und Behörden“ an. Wie innovationsfreundlich ist der Standort Deutschland?

Anton: Da stehen wir wirklich gut da. Wir haben eine enorme Unterstützung durch die EASA und das LBA. Wir spüren, dass die Behörden das Neue kommen sehen und gestalten wollen, man ist den Entwicklungen gegenüber sehr aufgeschlossen und positiv eingestellt.

Lange: So ist es. Wir sind in Deutschland ausgesprochen gut aufgehoben, weil die Abteilung, die die GA betreut, solche Trends frühzeitig erkennt, sie massiv fördert und dafür sorgt, dass das Verkehrsministerium entsprechende Studien in Auftrag gibt, sodass mit den Herstellern gemeinsam Bauvorschriften verfasst werden können. Da muss ich für die Kollegen vom LBA, die oft Schelte erhalten, wirklich mal eine Lanze brechen.

Borschberg: Dass der Elektroantrieb für Flugzeuge kommt, davon bin ich überzeugt. Aber wenn man sich die neuen Konzepte, insbesondere die VTOLs, anschaut – dafür braucht es eine neue Organisation der Lufträume, insbesondere, wenn die später wirklich mal in Städten eingesetzt werden sollen. Das betrifft dann nicht nur die EASA und das LBA, da sind viel mehr Behörden betroffen. Auch da muss es ein Umdenken geben.

An Konstrukteuren und Behörden scheitert es also nicht. Wie sieht es aber mit den Piloten aus? Die gelten ja auch als durchaus konservativ.

Borschberg: Fragen Sie einen Piloten, der ein Elektroflugzeug ausprobiert hat. Die sind sofort begeistert und überzeugt. Da sehe ich überhaupt kein Problem.

Der Daniel Düsentrieb kam bereits zur Sprache. Die GA lebt ja auch von vielen Tüftlern und Homebuildern, die interessante Fluggeräte bauen. Inwieweit können solche Enthusiasten mit Unterstützung der Großen rechnen?

Anton: Wir tun genau das. Alle unsere Flugzeugversuche laufen so, dass wir den Antriebsstrang zur Verfügung stellen und jemand anderes das Flugzeug. Aktuell sind das hauptsächlich kommerzielle Muster. Ich habe jüngst einen Vortrag bei der OUV gehalten, da wir sehr interessiert daran sind, die Technik im Experimentalbau in die Breite zu bringen. Natürlich müssen wir uns dabei fokussieren, denn jedes einzelne Projekt muss von unserer Seite aus zu 100 Prozent sicher sein. Dennoch ist die Szene interessant, denn da wird oft mit Designtraditionen gebrochen. Und ich denke, wenn die Elektroflugzeuge in 30 Jahren noch so aussehen wie unsere Flugzeuge von heute, dann haben wir versagt. Wer wird es voranbringen? Die Kitbauer! Wenn da jemand was Vernünftiges hat, mit dem reden wir sehr gerne.

Gibt es eines Tages die Möglichkeit, Klassiker wie eine Cessna oder gar eine Boeing Stearman auf Elektroantrieb umzurüsten?

Borschberg: Ich halte das für den falschen Ansatz. Besser ist es, ein Design passend zum Elektroantrieb zu entwickeln. Wir werden nur erfolgreich sein, wenn wir die richtige Struktur, die richtige Aerodynamik und das richtige Antriebskonzept kombinieren.

Wenn die kommerzielle Nutzung des Elektroantriebs wirklich kommt, woher würde die Energie kommen? Wind oder Solar?

Borschberg: Das wäre das Optimum. Aber wenn die Flugzeuge effizienter werden, braucht man erstmal weniger Energie. Ein Benzinmotor hat heute einen Wirkungsgrad von 30 bis 35 Prozent, ein Elektromotor dagegen von 90 Prozent. Damit gewinnt man schon viel. Ziel ist natürlich, die Energie durch erneuerbare Quellen bereitzustellen.

aerokurier Ausgabe 08/2017

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