So wie in dieser Illustration könnte ein zukünftiges Flugzeug aussehen, das mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet ist. Bild: DLR
 

Neue Technologien: Elektrisches Fliegen und mehr

So wie in dieser Illustration könnte ein zukünftiges Flugzeug aussehen, das mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet ist. Bild: DLR
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Auf der Straße sind sie schon unterwegs: die Elektro-Autos. Nicht besonders viele, aber immerhin. Anfangs mussten sie schon nach wenigen Kilometern wieder an die Ladestation, um Strom „aufzutanken“. Inzwischen schafft ein neues E-Auto mehrere hundert Kilometer am Stück. Und die Bahn fährt sowieso längst elektrisch. „Hmmm …“, denkt man sich da. „Was auf dem Boden geht, müsste doch auch in der Luft gehen?“

Das viersitzige Elektro-Flugzeug HY4. Bild: DLR
Das viersitzige Elektro-Flugzeug HY4. Bild: DLR

Tja, stimmt auch. Theoretisch geht das. Mit ganz kleinen Flugzeugen hat das DLR zusammen mit Partnern das sogar schon bewiesen: Am 29. September 2016 hob das Testflugzeug HY4 zu seinem Erstflug ab. Es hat einen Elektroantrieb, wird mit Brennstoffzellen und Batterien angetrieben und kann vier Personen mehrere hundert Kilometer weit transportieren. Das ist ein wichtiger erster Schritt zum „elektrischen Fliegen“, aber eben nur ein erster Schritt.

Aber die Entwicklung muss natürlich noch viel weiter gehen – bis hin zu größeren Verkehrsflugzeugen. Da stellen sich logischerweise ganz andere Herausforderungen als bei einem kleinen Testflugzeug. Vor allem müssen die Geräte, die den Strom liefern, leichter werden. Zurzeit sind diese Brennstoffzellen und Batterien noch so schwer, dass man in einem großen Flieger kaum noch Passagiere oder Fracht mitnehmen könnte. Nur mal als Rechenbeispiel: Für ein voll-elektrisches Passagierflugzeug wie den Airbus A320 müssten beim heutigen Stand der Technik über 50 Tonnen Batterien eingeplant werden – das wären zwei Drittel des Startgewichts. Und selbst das würde nur für 20 Minuten Flugzeit reichen. Auch wenn weitere Fortschritte erzielt werden: Das elektrische Flugzeug wird aus all diesen Gründen wohl vor allem auf Kurz- und Mittelstrecken zum Einsatz kommen, während man bei Langstreckenflügen auf alternative Treibstoffe setzt.

In jedem Fall müssen leichtere Batterien entwickelt werden. Und es sind außerdem auch viele Sicherheitsfragen zu klären: Bei dem ganzen Prozess entsteht an Bord eine große Wärme, die abgeführt werden muss. Auch der sogenannte Funkenüberschlag, bei dem wie bei einem Gewitterblitz plötzlich Strom überspringt, muss absolut ausgeschlossen werden. An all diesen Fragen arbeiten viele Forscherinnen und Forscher zurzeit – sowohl im DLR als auch in der Luftfahrt-Industrie. Aber damit das elektrische Fliegen eines Tages kommt, muss sich nicht nur am Flugzeug einiges ändern. Schließlich muss es für die „E-Flugzeuge“ auch genügend „Treibstoff“ geben. Flughäfen überall auf der Welt müssten mit Ladestationen ausgestattet werden. Und der Strom, der da „getankt“ wird, muss wiederum umweltfreundlich hergestellt worden sein – sonst würde das Problem ja nur verlagert. Denn wie bei Elektro-Autos gilt: Wirklich klimafreundlich ist die Sache nur, wenn der Strom nicht aus Kohlekraftwerken, sondern aus klimafreundlichen Quellen wie Solar- oder Windkraftanlagen stammt.

Wahrscheinlich werden Flugzeuge – ganz ähnlich wie Autos – nicht gleich voll elektrisch angetrieben werden können. Sondern man setzt erst einmal auf die sogenannte Hybrid-Technik. Das Wort „Hybrid“ heißt, dass es auf eine Kombination hinausläuft. So könnte ein Flugzeug beim Start, wo es sehr viel Schub zum Abheben und Aufsteigen benötigt, mit Treibstoff angetrieben werden, und wenn es nach einigen Minuten seine Flughöhe erreicht hat, wird auf „Strom“ umgeschaltet. Das wäre noch nicht die Ideallösung, aber immerhin eine deutliche Verbesserung. Und wenn man dann auch noch alternative Treibstoffe verwendet, wäre man noch näher am Ziel eines umweltfreundlichen Luftverkehrs.

Das elektrische Fliegen ist ein großes Forschungsthema. Aber es ist nicht die einzige neue Technologie, an der geforscht wird. Dazu gehört zum Beispiel auch die Frage, wie man die Luftströmung um ein fliegendes Flugzeug herum noch besser gestalten kann. Die Luftströmung gestalten? Das hört sich jetzt vielleicht seltsam an. Denn man könnte meinen, dass die Luft um einen Flieger herumströmt, wie sie es nun mal tut. Was will man da „gestalten“, wie kann man das beeinflussen oder gar verbessern? Nun, zum einen hängt die Strömung immer von der Form des Flugzeugs ab – je nachdem, wie viel oder wenig Luftwiderstand es bietet. Und zum anderen gibt es da ein paar „Tricks“, die sich schlaue Ingenieure ausgedacht haben.

Bei diesem Konzept für ein neues Flugzeug, das vom DLR mit Partnern aus Frankreich und den Niederlanden erarbeitet wird, sieht man am Heck eine Düse. Sie soll die Luft so ansaugen, dass die Strömung ganz eng an der Außenseite des Fliegers entlang führt. Bild: DLR
Bei diesem Konzept für ein neues Flugzeug, das vom DLR mit Partnern aus Frankreich und den Niederlanden erarbeitet wird, sieht man am Heck eine Düse. Sie soll die Luft so ansaugen, dass die Strömung ganz eng an der Außenseite des Fliegers entlang führt. Bild: DLR

Dazu gehört auch ganz stark vereinfacht gesagt, dass die Luftströmung möglichst eng an der Außenhaut des Flugzeugs entlang geführt werden sollte. Dadurch entstehen weniger störende Luftwirbel. Und das kann man nicht nur durch eine perfekte Form des Flugzeugs erreichen, sondern auch – hier kommt der „Trick“ – durch Düsen am Rumpf: Sie saugen die Luft so an, dass sie ganz glatt und wirbelfrei um die Außenseite des Flugzeugs herumgeführt wird. Gut, das war jetzt wirklich sehr stark vereinfacht formuliert und unsere Fachleute würden das sofort noch viel genauer erklären und auch manches Wort in diesem Text korrigieren – aber glücklicherweise sind sie mit diesen Forschungsarbeiten so beschäftigt, dass sie keine Zeit haben, unsere Artikel hier auf DLR_next zu lesen ;-)

Am Thema Luftströmung – Fachleute sprechen von Aerodynamik – wird schon lange geforscht. Und es wurde auch schon vieles verbessert. Aber die Entwicklungsarbeiten gehen natürlich weiter. Das gilt auch für ein anderes Gebiet: Leichte Materialien sorgen dafür, dass Gewicht eingespart wird – und weniger Gewicht bedeutet automatisch weniger Treibstoff. Neue Flügelformen sind denkbar und einiges andere mehr. Bei all diesen Verbesserungen muss man aber auch bedenken: Flugzeuge haben ein recht langes Leben. Das soll heißen: Die Flieger, die heute unterwegs sind, werden nicht sofort stillgelegt, wenn das „Flugzeug der Zukunft“ da ist. Um möglichst schnell etwas zu verbessern, müssen diese Forschungsarbeiten durch andere Maßnahmen ergänzt werden, wie wir sie auf diesen Webseiten zum Thema „Luftverkehr und Umwelt“ beschrieben haben. Klick dich einfach mal durch …