Ein DLR-Projekt hat mehrere Flugzeugmodelle entwickelt, die deutlich nachhaltiger unterwegs sind – ohne im Betrieb mehr zu kosten. So sehen sie aus.

Köln – Rund drei bis vier Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen werden durch den Flugverkehr verursacht. Da die globalen Passagierzahlen immer weiter ansteigen, wird es auch wichtiger, dass die Luftverkehrsbranche möglichst nachhaltig wird. Um das zu ermöglichen, wird allen voran an klimafreundlicheren Flugzeugen gearbeitet. Dazu hat nun das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) einen wichtigen Beitrag geliefert. Im Projekt EXACT (Exploration of Electric Aircraft Concepts and Technologies) wurden mehrere Entwürfe emissionsarmer Verkehrsflugzeuge erarbeitet. Drei davon sind besonders vielversprechend.

DLR-Projekt: Diese Flugzeugkonfigurationen haben ökologisch und ökonomisch das größte Potenzial

Über vier Jahre haben 20 Forschungsinstitute des DLR an den verschiedenen klimaverträgliche Flugzeugmodellen gearbeitet. Die drei finalen Entwürfe kombinieren ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit. „Es ist möglich, die Klimawirkung des Luftverkehrs deutlich bei gleichzeitiger wirtschaftlicher Wettbewerbsfähigkeit zu reduzieren“, teilt der DLR mit. Das heißt, die Betriebskosten sind entweder gleich oder gar geringer als bei aktuellen Passagierjets. Im Gegensatz zu vielen bisher entwickelten nachhaltigeren Flugzeugen handelt es sich dabei jeweils um größere Kurz- und Mittelstreckenmaschinen mit Platz für 250 Passagiere.

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Bei der Analyse der Klimaverträglichkeit der jeweiligen Flugzeugkonfigurationen wurden alle für die CO₂-Bilanz relevanten Bereiche beachtet. Das beinhaltete sowohl den vollständigen Lebenszyklus der Flugzeuge als auch Gewinnung, Transport und Bereitstellung nachhaltiger Treibstoffe. „Bei der Erforschung ökologischer Flugzeugkonzepte zeigt sich, dass die Auswirkung der Luftfahrt auf das Klima um mindestens 80 Prozent reduziert werden kann und die Kosten dabei nicht steigen“, sagt Dr. Björn Nagel, Direktor des Hamburger DLR-Instituts für Systemarchitekturen in der Luftfahrt.

DLR-Analyse: Elektro-Flugzeug überraschend auf Platz 1 – Wasserstoff mit größtem Reduktionspotenzial

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Auf dem Spitzenplatz der DLR-Analyse landet der Entwurf eines „Plug-In-Hybrid“-Flugzeuges. Dieses verfügt über große Batterien und kann dadurch rein elektrisch bis zu 500 Kilometer weit fliegen. Hybrid mit zusätzlichen nachhaltigen Treibstoffen sogar bis zu 2800 Kilometer. Da man bei der Produktion viele Materialien recyclen könnte und die Batterien über eine lange Lebensdauer verfügen würden, würden rund 65 bis 95 Prozent der klimaschädlichen Emissionen gegenüber konventionellen Flugzeugen eingespart. Durch eine günstige Produktion und schnelle Ladefähigkeit würden zudem etwa 5 bis 15 Prozent der Betriebskosten eingespart. Ein ähnliches Konzept strebt bereits ein niederländisches Start-up an, welches bereits an einem elektrischen Passagierjet mit bis zu 800 Kilometer Reichweite arbeitet.

Was auf den ersten Blick vielleicht überraschen mag, ist die Tatsache, dass das batterie-elektrische Hybrid-Konzept am allerbesten abgeschnitten hat. Aufgrund der hohen Masse der Batterien und der eher geringen Reichweiten galt der Betrieb mit Batterien bislang eher als vielversprechend für kleinere Flugzeuge bei dem Einsatz auf der Kurzstrecke. Tatsächlich ermöglicht die Plug-in-Hybrid-Architektur aber, dass auch größere marktrelevante Flugzeuge damit angetrieben werden können.

Bereits genutztes Turboprop-Modell könnte auch in Zukunft relevant sein

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Ein weiterer Entwurf bedient sich bei einem Flugzeugmodell, dass es bereits im regulären Betrieb gibt: Turboprop. Die entsprechende Technologie wird schon seit vielen Jahren genutzt, jedoch vornehmlich im regionalen Flugverkehr. Wenn damit nicht zu schnell geflogen wird, verbraucht der Turboprop deutlich weniger Treibstoff. Selbst mit fossilen Kerosin ist die Klimawirkung bereits 40 Prozent geringer als bei anderen Passagierjets. Mit nachhaltigen Treibstoffen wie E-Fuels würde der Effekt nochmals deutlich auf rund 65 bis 95 Prozent Reduktion steigen. Dabei könnten die jeweiligen Flugzeuge in etwa 2800 Kilometer weit fliegen.

Wasserstoff-Passagierjet mit größtem CO2-Reduktionspotenzial

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Das größte reine Potenzial, die Klimaauswirkungen zu reduzieren liegt bei Wasserstoff-betriebene Flugzeuge. Mindestens 80 Prozent wären es beim DLR-Entwurf zum „Wasserstoff-Mild-Hybrid“, vor allem bis zu einer Distanz von 1500 Kilometern. Problem ist jedoch, dass sich diese nicht in jedem Fall auch wirtschaftlich lohnen. Das hängt laut DLR wesentlich von den Produktionskosten für Wasserstoff und synthetisches Kerosin ab. Der Flugzeugbauer Airbus arbeitet derzeit bereits an Wasserstoff-Jets, die bis 2035 marktreif sein sollen.

DLR will Entwürfe mit Flugzeugbauern weiterentwickeln

Auf Basis den nun erarbeiteten Ergebnissen sollen in einem Folgeprojekt technische Details, wie die genauen aerodynamischen Eigenschaften der Flugzeuge oder das exakte Gewicht eines Wasserstofftanks definiert werden. Beim weiteren Designprozess möchte der DLR dafür auch mit Flugzeugbauern, Zulieferern und anderen Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten. (os)

Rubriklistenbild: © DLR (CC BY-NC-ND 3.0)