Forschung für die klimaneutrale Luftfahrt

Emis­si­ons­frei­es Flie­gen

Regionalflugzeugkonzept mit Brennstoffzellen
Re­gio­nal­flug­zeug­kon­zept mit Brenn­stoff­zel­len
Bild 1/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Regionalflugzeugkonzept mit Brennstoffzellen

Seit An­fang des Jah­res 2020 ar­bei­ten 45 Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler aus 20 DLR-In­sti­tu­ten ge­mein­sam im Pro­jekt EX­ACT (Ex­plo­ra­ti­on of Elec­tric Air­craft Con­cepts and Tech­no­lo­gies) an der Ent­wick­lung neu­er Tech­no­lo­gie­bau­stei­ne für ein kli­maf­reund­li­ches Ver­kehrs­flug­zeug. Hier ist das Kon­zept Fuel Cell Elec­tric Re­gio­nal Air­craft “D70-FC10” mit 10 Brenn­stoff­zel­len und An­triebs­ein­hei­ten in den „Pods“ un­ter den Flü­geln zu se­hen, wel­ches für 70 Pas­sa­gie­re aus­ge­legt ist. Die Ver­sor­gung mit Was­ser­stoff er­folgt zen­tral über zwei Was­ser­stofftanks im Rumpf­heck. Die Reich­wei­te des Flug­zeugs be­trägt knapp 2000 Ki­lo­me­ter.
Elektrisches Fliegen - emissionsfrei, mit neuem Look und leiser
Elek­tri­sches Flie­gen - emis­si­ons­frei, mit neu­em Look und lei­ser
Bild 2/8, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Elektrisches Fliegen - emissionsfrei, mit neuem Look und leiser

Elek­tri­sches Flie­gen ver­eint meh­re­re Vor­tei­le: Es ist lo­kal emis­si­ons­frei, lei­ser und er­mög­licht völ­lig neue Mo­bi­li­täts­an­ge­bo­te.
Das neue DLR-Forschungsflugzeug „Do 228“ D-CEFD
Das neue DLR-For­schungs­flug­zeug „Do 228“ D-CEFD
Bild 3/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Das neue DLR-Forschungsflugzeug „Do 228“ D-CEFD

Die „Do 228“ D-CEFD wur­de von Ato­mics Ae­ro­tec Sys­tems (GT-ATS) ge­ne­ral­über­holt und soll zur Er­pro­bung mit ei­nem elek­tri­schen von MTU Ae­ro En­gi­nes ent­wi­ckel­ten 600 kW-An­triebss­trang ei­nen der kon­ven­tio­nel­len An­triebss­trän­ge er­set­zen.
DLR-Falcon 20E im Abgasstrahl des Airbus A350
DLR-Fal­con 20E im Ab­gas­s­trahl des Air­bus A350
Bild 4/8, Credit: © Airbus/S. Ramadier

DLR-Falcon 20E im Abgasstrahl des Airbus A350

Das DLR un­ter­sucht seit vie­len Jah­ren sys­te­ma­tisch ge­mein­sam mit Part­nern die Mög­lich­kei­ten, Ruß-Emis­sio­nen und die Kli­ma­wir­kung der re­sul­tie­ren­den Kon­dens­strei­fen-Bil­dung zu re­du­zie­ren.
Viersitziges Brennstoffzellenflugzeug im Flug
Erst­flug für vier­sit­zi­ges Brenn­stoff­zel­len­flug­zeug
Bild 5/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Erstflug für viersitziges Brennstoffzellenflugzeug

Im Sep­tem­ber 2016 star­te­te die Hy4, das ers­te vier­sit­zi­ge Pas­sa­gier­flug­zeug, das mit ei­ner Brenn­stoff­zel­le an­ge­trie­ben wird, am Flug­ha­fen Stutt­gart zum Erst­flug.
Der Weg zum klimaneutralen Flugzeug
Der Weg zum kli­ma­neu­tra­len Flug­zeug
Bild 6/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Der Weg zum klimaneutralen Flugzeug

Das DLR führt ei­ne Kon­zept­stu­die durch, um bis 2040 ein öko­lo­gisch ef­fi­zi­en­tes Flug­zeug auf der Mit­tel­stre­cke in den Ver­kehrs­flug zu brin­gen.
Elektrische Antriebe ermöglichen innovative Flugzeugkonzepte
Elek­tri­sche An­trie­be er­mög­li­chen in­no­va­ti­ve Flug­zeug­kon­zep­te
Bild 7/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Elektrische Antriebe ermöglichen innovative Flugzeugkonzepte

Kurz- und Mit­tel­stre­cken­flug­zeug­kon­zept mit ei­nem hy­brid-elek­tri­schen An­trieb.
Abgasmessung im Formationsflug
Ab­gas­mes­sung im For­ma­ti­ons­flug
Bild 8/8, Credit: NASA

Abgasmessung im Formationsflug

Hin­ter der DC-8 mes­sen Wis­sen­schaft­ler an Bord der DLR-Fal­con die Ab­gas-Zu­sam­men­set­zung des Bios­t­reib­stoffs.

Das Ziel ist in Deutschland und Europa gesetzt. Bis zur Mitte des Jahrhunderts wird die Klimaneutralität in Wirtschaft und Gesellschaft angestrebt. So ist es im „Green Deal“ der EU formuliert. Die Folgen des Klimawandels fordern ebenso unser Handeln für einen klimaneutralen Luftverkehr. Denn der Luftverkehr trägt 3,5 Prozent zur globalen Erwärmung bei. Es geht um neue Technologien, die auch in Zukunft eine globale Mobilität gewährleisten. Mit 25 Instituten und Einrichtungen in der Luftfahrtforschung treibt das DLR diesen Wandel mit nachhaltigen Technologien für eine zukunftsfähige, umweltverträgliche Luftfahrt voran. Eine wichtige Rolle spielen dabei auch unsere Kompetenzen aus den Forschungsprogrammen Raumfahrt, Energie und Verkehr.

Auf dem Weg zu einer emissionsfreien Luftfahrt: Luftfahrtstrategie des DLR zum European Green Deal
Auf dem Weg zu einer emissionsfreien Luftfahrt: Luftfahrtstrategie des DLR zum European Green Deal

Zuletzt hat das DLR die neue Luftfahrtstrategie „Auf dem Weg zu einer emissionsfreien Luftfahrt“ veröffentlicht.

Die Vision einer „emissionsfreie Luftfahrt“ erfordert einen disruptiven Ansatz, um die gesetzten Klimaziele zu erreichen. Flugzeug und Luftverkehr müssen als Gesamtsystem betrachtet werden. Das DLR ist eine der wenigen Forschungseinrichtungen weltweit, die gleichzeitig Flugzeuge mit neuen Antriebsarten ausstatten, deren Emissionen erfassen und die resultierenden Klimaauswirkungen im Kontext des globalen Luftverkehrs modellieren kann. Diese Systemkompetenz setzt das DLR in die Rolle eines Architekten. Von den Grundlagen bis hin zur Anwendung, in enger Abstimmung und in Kooperation mit der Luftverkehrsindustrie und -wirtschaft.

Effiziente Flugzeugkonfigurationen mit intelligentem Antriebs-Mix

Konkret ist der Energiebedarf kommender Flugzeuge bis 2050 auf mindestens die Hälfte zu reduzieren. Dafür müssen diese noch einmal deutlich leichter und aerodynamisch effizienter werden, verbunden mit innovativer Flugregelung und Sensorik. Die effizienten Flugzeugkonfigurationen der Zukunft benötigen einen intelligenten Mix alternativer Antriebskonzepte. Klein- und Regionalflugzeuge können zukünftig batterie- und hybridelektrisch abheben, Mittelstreckenflugzeuge mit Wasserstoffdirektverbrennung oder Brennstoffzellen unterwegs sein und auf der Langstrecke weisen nachhaltige Kraftstoffe (sogenanntes Sustainable Aviation Fuel, SAF) in Verbindung mit hocheffizienten Turbinen den Weg.

Klimaoptimierte Flugrouten bieten für alle Flugzeuge eine wichtige schnell verfügbare Einsparperspektive. Insbesondere weil zwei Drittel der Klimawirkung des Luftverkehrs auf Nicht-CO2-Effekte zurückzuführen sind. Dabei spielen Kondensstreifen die größte Rolle. Sie treten räumlich begrenzt auf und sind entsprechend sensitiv für die Routenführung.

Die Digitalisierung der Luftfahrt ist ein zentrales Werkzeug dieser umfassenden Transformation. Optimierte Flugrouten benötigen komplexe Computersimulationen. Neue Luftfahrttechnologien heben zuerst als digitaler Zwilling im Rechner ab, bevor sie real getestet werden. Vieles muss in den Grundlagen erforscht, praktisch erprobt und schließlich zugelassen werden. Das DLR kann das mit Großanlagen wie seinen Forschungsflugzeugen, Windkanälen, Antriebsdemonstratoren und Großrechnern.

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