Die E-Mobilität kommt jetzt auch beim Fliegen an, ein logischer Schritt?
Elektrische Antriebe bieten einige Vorteile, die eine Verwendung in der Luftfahrt auch nahelegen. So weisen voll-elektrische Antriebssysteme vom Energiespeicher bis zum Vortriebserzeuger (Propeller oder Fan) einen wesentlich höheren Wirkungsgrad auf, dieser steigt von ca. 40% auf ca 75%. Gleichzeitig haben die elementaren elektrischen Einzelsysteme zum Teil wesentlich höhere spezifische Gewichte. Und speziell das Gewicht ist in der Luftfahrt eine sehr kritische Größe. Gerade die Energiespeicher (Batterien) liegen hier ein Vielfaches unter der nutzbaren, spezifischen Energiedichte von Kerosin.
In welchen Bereichen machen Elektro-Flugzeuge Sinn, wo sind Flugzeuge mit klassischen oder hybriden Antriebsformen im Vorteil? (Sind E-Flugzeuge überhaupt langstreckentauglich?)
Bei bodengebundenen Fahrzeugen trägt die Fähigkeit, in wechselnden Belastungszyklen, Energie über die elektrischen Systeme wieder zurück zu gewinnen, zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei. Diesen Effekt kann man im Flugzeug leider nicht ausnutzen. Hier kann der Vorteil also primär über den höheren Wirkungsgrad des elektrischen Systems realisiert werden. Bei voll-elektrischen Systemen sind jedoch heute und in naher Zukunft die spezifischen Energiedichten von Batterien zu gering, um größere Flugzeuge, d.h. Verkehrsflugzeuge, auch über relevante Strecken antreiben zu können. Je kürzer die Strecke und je kleiner das Gerät desto besser kann der Vorteil im Antrieb genutzt werden.
Bei hybriden Antrieben muss allerdings mehrfach die notwendige Antriebsleistung verbaut werden, so dass alle aktuelle Studien zeigen, dass bei einem reinen Austausch des Antriebssystems nur geringe Kraftstoffreduktionen möglich sind. Gleichzeitig steigt bei allen Systemen der Gesamtenergiebedarf und das Gesamtgewicht des Flugzeuges. Erst die Nutzung der elektrischen Antriebe, um mit ihren besonderen Eigenschaften die aerodynamische und/oder strukturelle Integration zu verbessern, kann dann zu Verbesserungen auf Flugzeugebene führen. Gegenüber einem fortschrittlichen konventionellen Flugzeug zeigen dort einige Studien, z.B. mit einem elektrischen Fan am Rumpfheck, eine Kraftstoffreduktion von ca 11%.
Ab wann ist mit E-Flugzeugen auch bei den großen Airlines zu rechnen? Welche Auswirkungen haben längere Ladezeiten für die Flugwirtschaft?
Elektrische oder teilelektrische Flugzeuge werden, wenn sich die potenziellen Vorteile bestätigen, zuerst auf Regional- und Kurzstreckenflugzeugen zu finden sein. Nachdem alle hybriden Antriebsvarianten, diese reichen von Kombinationen aus konventionellen und elektrisch getriebenen Fans bis hin zur Hybridisierung im Treibwerk selber, einen höheren Gesamtenergiebedarf zeigen, werden sich die operationellen Kosten erhöhen. Bei leicht reduziertem Kraftstoffverbrauch und höherem Gesamtgewicht des Flugzeuges wird es von der Entwicklung der verschiedenen Energiekosten, aber auch den Betriebskosten am Flughafen abhängen, ob es sich für eine Airline rechnen wird.
Ein Laden der Batterien im Flugzeug wird bei den wenigsten Konzepten eine reelle Option sein, da geringe Bodenstandzeiten elementar sind für eine hohe Auslastung von Verkehrsflugzeugen. Hier wird man effiziente Containerlösungen finden müssen.
Kleine autonom fliegende Mobile, von Uber, Volocopter, PAL-V oder Lilium Aviation wollen die städtische Urbanität bereichern. Welche Antriebsformen sollten hier die Entwickler auf dem Plan haben?
Gerade bei kleineren Fluggeräten auf kurzen Reichweiten können elektrische Antriebssysteme ihre Vorteile voraussichtlich am besten ausspielen. Die leichtere Integration, die einfachere Möglichkeit die Leistung flexibler zu verteilen aber auch der geringere Wartungsaufwand sind hier die wesentlichen Vorteile. Nichtsdestotrotz leiden auch die aktuell diskutierten VTOL Konzepte (Vertical Take Off and Landing) an dem alten Problem, dass ich wesentlich mehr Leistung für den Start und Landefall benötige als im aerodynamischen Reiseflug. Dementsprechend werden auch hier die Systemmassen treibend sein. Jedoch wird im Bereich des urbanen Luftverkehrs vielmehr die intelligente Anbindung an den Bodentransport, die Akzeptanz in der Bevölkerung und sichere Betriebsmodelle entscheidend sein, um kommerziell erfolgreich sein zu können.
