Elektro-Pioniere erfinden die Luftfahrt neu

Start-ups und namhafte Luftfahrtunternehmen arbeiten in vielen Projekten weltweit an der Elektrifizierung von Flugzeugen – wie weit sind diese Visionen noch von einem CO2-armen Luftverkehr entfernt?
„Wenn es um die Elektrisierung der Luftfahrt geht, stehen wir an der Schwelle zu einem neuen Zeitalter: Die Frage ist nicht mehr, ob sie passiert, sondern eher, wie schnell“, sagt Olaf Otto, bei Siemens als Head of Sales and Business Development eAircraft für die Entwicklung des Themas verantwortlich. Das eAircraft Team von Siemens entwickelt zertifizierte Elektro-Antriebe für Flugzeuge.
Olaf Otto, Head of Sales and Business Development eAircraft, SIEMENS

„Anfangs wurden wir belächelt. Aber ein Unternehmen wie SIEMENS muss weiter blicken und Zukunftstrends antizipieren.“

Olaf Otto, Head of Sales and Business Development eAircraft, SIEMENS

Studie prognostiziert schnelle Entwicklung bis 2050

Studien des Beratungsunternehmens Roland Berger prognostizieren, dass es bereits im Jahr 2050 E-Flugzeuge in allen Segmenten geben könnte. Sie haben über 90 laufende Entwicklungsprojekte weltweit gezählt, viele davon wurden von Start-ups initiiert. Manfred Hader, Senior Partner bei Roland Berger, sieht aber die Entwicklung größerer Flugzeuge recht klar bei den namhaften Akteuren, welche die Kompetenz in Forschung und Entwicklung sowie den benötigten Kapitaleinsatz mitbringen. Schließlich gibt es weder erprobte Geschäftsmodelle noch sind die notwendigen regulatorischen Rahmenbedingungen klar. Technisch ist unter anderem die bisher geringe Effizienz der Batterien eine große Hürde.

Davon lassen sich die Pioniere nicht beirren. Easyjet will beispielsweise Kurzstreckenflüge elektrisieren und kooperiert dazu mit dem amerikanischen Start-up Wright Electric. Bereits 2019 sollen die ersten Flüge mit einem neunsitzigen Elektroflugzeug starten. Auch Airbus strebt mit E-Fan X höhere Klassen an. Ein vierstrahliger Regionaljet vom Typ Avro RJ100 dient beispielsweise bei diesem Projekt als Prototyp für den Einsatz eines hybrid-elektrischen Antriebs: Vorerst wird ein Strahltriebwerk gegen einen zwei Megawatt starken Elektromotor ausgetauscht – ein zweites soll später folgen – und zusätzlich wird ein AE2100-Triebwerk im Heck installiert. Projektleiter Olivier Maillard plant für Ende 2020 den Beginn der Flugerprobung und für ein Jahr später die ersten öffentlichen Flüge. Die norwegische Regierung will bis 2040 auf Kurzstrecken sogar nur noch Elektroflugzeuge zulassen. Flughafenbetreiber Avinor rechnet damit, dass er schon 2025 die ersten elektrischen Flugzeuge für 25 bis 30 Passagiere und mit einer Reichweite von rund 90 Minuten Flugdauer in Betrieb nehmen kann.

E-Flugzeug von Airbus: Avro RJ100 als E-Fan X-Prototyp

Alice“ ist ein Flugzeug, das von drei 260 kW starken Elektromotoren angetrieben wird und 1045 Kilometer am Stück bewältigen kann: Es wird von dem israelischen Start-up Eviation Aircraft entwickelt – mit ehrgeizigen Zielen. Alice soll noch 2019 erstmalig fliegen, bis 2021 zertifiziert sein und ab 2022 im kommerziellen Dienst eingesetzt werden können. An Bord finden bis zu neun Passagiere Platz. Siemens und Eviation arbeiten gemeinsam an der Integration des Antriebssystems und entwickeln unter anderem ein Wärmemanagementsystem.

Noch viel Entwicklungsarbeit nötig

Siemens setzt sich aber noch weit größere Ziele und will – wie beispielsweise Airbus – in höhere Leistungsklassen vorstoßen. „Dafür steht uns noch einiges an Entwicklungsarbeit bevor, auch wenn wir schon sehr weit gekommen sind in Bezug auf die Sicherheit und das Verständnis, wie elektrisch angetriebene Flugzeuge funktionieren“, so Olaf Otto. Zum Einen müsse nun die Leistungsfähigkeit der Systeme weiter erhöht werden: „Wir müssen noch mehr Gewicht rausnehmen und unter anderem die Kühlung verbessern.“ Weiterhin steht die Erhöhung der Sicherheit im Fokus: „Wir durchdenken sehr genau, welche Fehlermodi im System stecken und legen es dann so aus, dass die nötigen Ausfallsicherheiten erreicht werden. Hier liegt meiner Meinung nach die größte Herausforderung, denn solche Störungen können ja ganz banal sein: Was tun wir, wenn der Elektromotor einen Kurzschluss an einem Wicklungssystem hat? Solche Fragen muss man sich stellen, sie komplett analysieren und dafür Lösungen entwickeln.“

Und all diese Faktoren müssen auch nachweisbar sein: „Bis heute hat noch niemand einen elektrischen Antrieb zertifiziert. Es fehlen also die jahrzehntelange Erfahrung und die Regeln aus dem Verbrennerbereich. Wir stecken viel Energie in diesen Aspekt, um auch zusammen mit den entsprechenden Gremien und Behörden die Grundlagen zu entwickeln.“ In ihrer Arbeit nutzen die Ingenieure eine Software zum Product Lifecycle Management, die es ermöglicht, den Bau von Motoren komplett zu simulieren. So konnten schon in der Design-Phase überflüssige Teile eliminiert werden. „Das Projekt bindet viele verschiedene Disziplinen ein – von Strukturmechanik über Elektromagnetik bis zu Thermodynamik. Die komplette Abbildung in der digitalen Welt – der digitale Zwilling – macht uns in der Entwicklung schneller und genauer.“

Kooperation zwischen Fraport Volocopter: elektrisches Lufttaxi

Zukunftstrend erkannt

Siemens war bei dem Thema E-Flugzeug Vorreiter: „Als wir angefangen haben, uns mit dem Thema zu beschäftigen, wurden wir belächelt“, erinnert sich Olaf Otto. „Aber ein Unternehmen wie unseres schaut ja nicht nur ein Jahr voraus, sondern muss weiter blicken und Zukunftstrends antizipieren. Mittlerweile sind die großen Player nachgezogen.“ Die Luftfahrt ist für Siemens ein völlig neues Geschäftsfeld: „Wir haben aber umso mehr Erfahrung mit Elektrizität, verstehen wirklich alles, was Elektronen von A nach B verschiebt, und bauen schon seit weit über 100 Jahren elektrische Antriebe, zum Beispiel für Züge“, so Otto.

Die Flughäfen richten sich auf Veränderungen in ihrer Infrastruktur ein: Fraport konzentriert sich beispielsweise in einem ersten Schritt auf elektrische Lufttaxis und ist eine Kooperation mit Volocopter eingegangen. Florian Reuter, Geschäftsführer der Volocopter GmbH, erklärt: „Die ideale Verbindung zwischen dem Stadtzentrum und dem Flughafen stellt eine große Herausforderung für die Großstädte der Welt dar. Wir werden auf den Erfahrungsschatz von Fraport zurückgreifen, um den Volocopter Service sicher und effizient in die komplexen Prozesse eines internationalen Großflughafens zu integrieren.“

Text von Juliane Gringer
Fotos von Eviation, Airbus, AERO Friedrichshafen, Volocopter/Nikolay Kazakov, Wright Electric, Siemens.