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Wie Wasserstoff die Luftfahrt revolutionieren könnte

Womit werden Flugzeuge in Zukunft angetrieben? Die Luftfahrt-Branche wartet auf nichts weniger als eine Revolution. Die braucht sie dringend, um klimaneutral zu werden. Die derzeit gängigen Alternativen zu Kerosin sind Strom und Wasserstoff. Warum Elektro-Flugzeuge nur bedingt als Alternativen taugen, hat uns Luftfahrt-Experte Tobias Grosche vergangene Woche erklärt. Aber was ist mit Wasserstoff? Der Aviation-Professor an der Hochschule Worms erörtert im Gespräch mit Business Insider die beiden Möglichkeiten, Wasserstoff für den Flugzeugvortrieb zu nutzen.

Zum einen kann man Wasserstoff zusammen mit Luft im Triebwerk verbrennen. Dabei entstehe laut Grosche kein CO2, sondern nur Wasserdampf und andere Verbrennungsgase in minimaler Menge. Zum anderen könne man Wasserstoff in Elektrizität umwandeln. Dafür brauche man eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff und Sauerstoff dafür nutzt, Strom zu erzeugen. Das Flugzeug wäre in der Folge leiser und es gäbe keine Kondensstreifen. Allerdings sei diese Technologie teuer und die Brennstoffzelle würde für zusätzliches Gewicht sorgen.

Wasserstoff braucht mehr Platz als Kerosin – aber woher nehmen?
Grundsätzlich sieht Tobias Grosche für beide Konzepte noch technische Hürden. Die eine Herausforderung betrifft die Infrastruktur am Boden; also die Tanks, Leitungen und die Art und Weise der Flugzeugbetankung – alles im Moment noch nicht eingestellt auf Wasserstoff. Die andere ist eine Frage des Designs: Wie kann, wie muss ein Flugzeug aussehen, das Wasserstoff benutzt?

„Es wird am Ende eine Frage des Platzes sein“, so Grosche. „Mit dem herkömmlichen Design des Flugzeugs wird es nicht klappen, denn Wasserstoff braucht mehr Volumen als Benzin und muss deshalb entweder komprimiert oder auf unter minus 200 Grad gekühlt werden.“ Grosche vermutet, dass man den Wasserstoff in kugel- oder zylinderförmigen Tanks mitnehmen muss. Die passen entweder in den Rumpf eines Flugzeuges (was Kapazität entweder von Passagieren oder Fracht reduzierte) – oder das Flugzeug muss anders designt werden. Nimmt man den Wasserstoff im Rumpf mit, so wie Airbus das mit einem der Flugzeuge aus der Wasserstoff-Konzeptreihe „ZEROe“ plant, wäre die Kapazität der Flugzeuge begrenzt. Außerdem wären die Reichweiten von Langstrecken-Flugzeugen mit herkömmlichen Antrieben wie dem Airbus A350 oder einer Boeing 747 nicht realisierbar.

Flugzeugbauer, Airlines, Flughäfen: Alle arbeiten gerade an Konzepten für eine Wasserstoff-Infrastruktur
Während Boeing sich bislang noch nicht zu einer Technologie bekannt hat, setzt Airbus mit seinem Konzept „ZEROe“ klar auf Wasserstoff – zumindest in der Theorie, so Grosche. „Beide Flugzeugbauer setzen vor allen Dingen darauf, die bestehenden Flugzeuge immer effizienter zu machen.“ Auch die Airlines wissen, dass sie sich nicht bis zu einer möglichen Fertigstellung eines Wasserstoff-Flugzeugs 2035 zurücklehnen können. Deshalb setzt die Branche bis dahin in erster Linie auf den Einsatz von nachhaltigen Kraftstoffen.

Die mögliche Umstellung auf Wasserstoff bringt ganz neue Geschäftsfelder mit sich. Wasserstoff erfordert eine andere Infrastruktur als fossile Kraftstoffe. Tobias Grosche weist zum Beispiel auf das amerikanische Unternehmen „Universal Hydrogen“ hin, das Wasserstoff in einem Behälter liefern kann, der ähnlich wie ein Frachtcontainer in Flugzeuge eingebaut werden kann.

Selbst wenn Airbus 2035 tatsächlich sein erstes Wasserstoff-Flugzeug auf den Markt bringt, sagt Tobias Grosche, werde es noch lange dauern, bis Airlines ihre Flotten vollständig umgestellt haben. Denn: Ein Flugzeug habe eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren. Ob die Luftfahrt bis 2050 also wirklich CO2-neutral fliegen kann, bleibt nach wie vor ein Wettlauf gegen die Zeit. Außerdem weist Grosche darauf hin, dass Wasserstoff teuer und begrenzt ist – auch die ökonomische Perspektive ist für die Airlines, Stand heute, also noch herausfordernd. Quelle: ‚BusinessInsider‚.

Wie fliegen wir in 30 Jahren?

Flugzeuge sind ein fester Bestandteil der Reisebranche. Millionen Urlauber fliegen jährlich in den Urlaub, um ihre Lieblingsländer zu besuchen oder neue Destinationen zu entdecken. Umweltschonend ist das nicht gerade – deshalb forschen viele Wissenschaftler, wie Flugreisen nachhaltiger gestaltet werden können. Einer von ihnen ist Jens Friedrichs. Er ist Professor an der TU Braunschweig im Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen und Sprecher des Exzellenzcluster SE2A. Hinter diesem Namen verbirgt sich eine Gruppe von Wissenschaftlern der TU Braunschweig, der Leibniz-Universität Hannover und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Bei ihrer Forschung haben sie den Gesamtkontext im Blick. Sie fokussieren sich nicht nur auf die Form von Flugzeugen, sondern auch auf die Energiesysteme, und beschäftigen sich mit Fragen wie: Wie kann man die Energie für zukünftige Flugreisen speichern? Wie weit können Flugzeuge mit Batterien, synthetischen Kraftstoffen oder Wasserstoff fliegen? Und: Wie müssen beispielsweise die Routen und die Aerodynamik der Flugzeuge verändert werden, um mit nachhaltigen Kraftstoffen Energie zu sparen?

„Wir sind davon überzeugt, dass nachhaltige Luftfahrt nur geht, wenn man an allen Aspekten arbeitet. Ein reines Austauschen des Antriebs bei sonst unveränderten Rahmenbedingungen wird uns nicht dahin bringen, wo wir hinwollen“, sagt Friedrichs im Gespräch mit dem reisereporter. Batterien, Edelkerosin und Wasserstoff – sind das die Energieträger der Zukunft? Mit welchem Antrieb sind die Flugzeuge der Zukunft unterwegs? Ein Forschungsansatz des Exzellenzclusters beleuchtet die Alternativen zum klassischen Kerosin als Energieträger in Flugzeugen. Eine Erkenntnis: Batterien könnten für kleine Flugzeuge und kurze Strecken eine emissionsfreie Lösung sein, aber nicht für Langstreckenflüge mit einem Jumbojet – sagt der Experte. Warum ist das so?

„Die Leistungsanforderungen sind sehr groß und die Speicherkapazität einer Batterie vergleichsweise gering – das wissen wir schon aus dem Automobilbereich“, erklärt Friedrichs. Bei größeren Maschinen könnte daher eher Edelkerosin zum Einsatz kommen. Das ist ein synthetischer Antriebsstoff, der aus Kerosinersatzstoffen hergestellt wird, indem man Strom aus erneuerbaren Energien und CO2 verwendet und zusammenführt. Der Nachteil: Da beim Fliegen das bereits gebundene CO2 wieder ausgestoßen wird, ist das Edelkerosin zwar CO2-neutral, aber nicht klimaneutral. „Wenn es in zwölf Kilometern Höhe ausgestoßen wird, ist es in der Luft sehr viel schädlicher als am Boden“, so Friedrichs. Quelle: ‚Reisereporter‚.

Der Traum vom umweltfreundlichen Fliegen

Die italienische Professorin Sophie Armanini forscht an der Luft- und Raumfahrtfakultät in Ottobrunn unter anderem an neuen Antriebssystemen. Ihr Name klingt nach einem berühmten Modedesigner. Doch mit ihm hat Sophie Armanini nichts gemein, außer dass auch sie Italienerin ist. Die 30-Jährige ist seit 15. Oktober Professorin für e-Aviation, also elektrische Luftfahrt, an der Technischen Universität München. Sie gehört zu einem Team aus bisher vier Professoren der Fakultät für Luftfahrt, Raumfahrt und Geodäsie, die am Ludwig-Bölkow-Campus in Taufkirchen an der Grenze zu Ottobrunn arbeiten. Armanini wird an der Entwicklung neuartiger elektrischer und hybrider Flugsysteme forschen. Noch ist sie vor allem damit beschäftigt, zu planen und Partner zu kontaktieren. Ideen hat sie schon eine Menge.

„Die Luftfahrt verbindet die Welt, es findet aber viel Luftverschmutzung statt“, sagt Armanini. Ihre Intention ist es daher, nachhaltige Ansätze zu finden, die gleichzeitig unkonventionell sind. Die Professorin will nicht nur Flugzeuge, sondern auch unbemannte Flugobjekte erforschen. „Es geht auch nicht nur darum, dass große Flugzeuge umweltfreundlicher werden, sondern um neue Antriebssysteme“, sagt die 30-Jährige. Daran findet sie besonders spannend, „dass man sich völlig neue Flugzeugdesigns überlegen kann“, sagt sie. So seien etwa kleine Flugobjekte vorstellbar, die nicht den einen Antrieb haben, sondern über viele kleinere Turbinen oder Propeller verfügen. Idee ist auch, neue Antriebe an kleinen Fliegern zu testen und daraus für größere Objekte zu lernen. Es war schon immer die Dynamik, die sie faszinierte, also die Frage, wie sich Körper unter Kräften bewegen und wie man sie dazu bringt. Da verwundert es nicht, dass sie von klein auf gerne geflogen ist und schon an einem Parabelflug teilgenommen hat, bei dem durch bestimmte Manöver Schwerelosigkeit erreicht wird. Armaninis Forschung könnte in vielen Feldern relevant werden. Die Professorin kann sich vorstellen, dass Drohnen umweltfreundlich Pakete liefern. Sie denkt auch an Roboter, die delikate Gegenden erforschen und dort Daten sammeln – etwa in Korallenriffen. Zudem glaubt sie, dass es nicht mehr allzu lange dauert, bis es Flugtaxis gibt.

Die Professorin will all das nicht als Einzelkämpferin vorantreiben. „Ich bin auf der Suche nach zwei Doktoranden“, sagt sie. Außerdem will sie sich für die Projekte – Priorität hat ein kleinerer unbemannter Elektroflieger – stets Partner suchen. Auch innerhalb der Universität und besonders der Fakultät setzt sie auf die Zusammenarbeit der verschiedenen Disziplinen. „Ich möchte gemeinsam mit meinen Kolleginnen und Kollegen zu einer nachhaltigeren Luftfahrt beitragen“, sagt sie. Das Interesse an unkonventionellen Lösungen im Zusammenhang mit Flugobjekten begleitet Armanini schon lange und so passt auch ihre Professur gut dazu. In ihrer Promotion an der Technischen Universität Delft in den Niederlanden hat sich die Italienerin unter anderem mit flatternden Flügeln beschäftigt, wobei sie sich von fliegenden Insekten inspirieren ließ. Sie forschte auch zu Luft-Wasser-Robotern, die ins Wasser eintauchen können, um Daten zu sammeln. „Ich habe mich schon mit vielen seltsamen Flugobjekten beschäftigt“, sagt sie. Wenn die Professorin erzählt, hört man eine weiche Sprachfärbung heraus. Manchmal benutzt sie den englischen statt den deutschen Begriff. Kein Wunder, hat sie doch nach dem Studium an der TU München und der Promotion in Delft die vergangenen Jahre in englischsprachigen Ländern geforscht, an der Cornell University in den USA und der Cranfield University in Großbritannien. Zuletzt beschäftigte sie sich am Imperial College London als wissenschaftliche Mitarbeiterin mit multimodaler, unbemannter Luftfahrtdynamik und -steuerung. Dort baute sie auch selbst kleine Drohnen. In diesen kleinen unbemannten Flugobjekten sieht die Professorin überhaupt große Chancen. Daher hofft sie, „dass sich das oft negative Bild ändert, auch durch neuere Forschung“, sagt sie. Quelle: ‚Süddeutsche Zeitung‚.

DG-1001E – Doppelsitzer mit FES

Das FES System etabliert sich im Sektor der einsitzigen Segelflugzeuge. Immer mehr Vereine und Privatpiloten schätzen die Vorzüge des einfachen Triebwerks. Ein Antrieb für jedermann, der auf Knopfdruck den Piloten wieder in sicherere Höhen befördert und in Sachen Bedienkomfort kaum zu schlagen ist. DG Flugzeugbau hat sich daher entschlossen, dieses Konzept auch für die DG-1001 anzubieten. Der bereits bekannte FES Antrieb von LZ Design wird modifiziert und liefert für den Einsatz in der DG-1001 ca. 30kw. In Kombination mit einer neuen Akku Generation erwarten wir so dieselbe Performance wie bei der LS8-e neo. Der Bau des ersten Prototypen beginnt im Spätsommer. Der Erstflug ist für Frühjahr 2020 geplant. Quelle: ‚DG-Flugzeugbau‚.

Luftsport-Sicherheitspreis für PSR-Antrieb.

Auf der AERO 2019 in Friedrichshafen wurde der Luftsport-Sicherheitspreis des Luftsport-Magazines an Klaus Meitzner und seine Segelflugzeug-Turbine PSR T02 verliehen. Klaus Meitzner hat es sich zur Aufgabe gemacht, durch die Verwendung von Strahlturbinen die Betriebs- und Bediensicherheit von Heimkehrhilfen erheblich zu verbessern. Mit der Entwicklung einer Luftfahrt-zugelassenen Strahlturbine und dem Einbau der Turbine in Segelflugzeuge der 15-18m Klasse ist es ihm gelungen, einen wesentlichen Beitrag zur Flugsicherheit im Bereich der Heimkehrhilfen zu erbringen. Im Horizontalflug erreicht das Segelflugzeug 180 km/h, die maximale Geschwindigkeit mit Turbine beträgt 220km/h, die Reisegeschwindigkeit mit reduzierter Drehzahl beträgt 160km/h, bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h liegt das Steigen bei 1,1m/s und in 3’000m Höhe steigt das Segelflugzeug noch mit 0,5m/s. Mmit einer installierten Masse von 40 kg, Turbine einschließlich 30l Kerosin, beträgt die Reichweite 160km. Damit ist die Reichweite der Turbine deutlich höher als bei vergleichbaren Propellerantrieben. Auch die Horizontalflug-Geschwindigkeit mit Turbine ist doppelt so hoch wie bei Propellerantrieben.