Grüne Luftfahrt

25. September 2018 von Dr. Steven Fawkes
Grüne Luftfahrt

Der ultimative Traum der elektrischen Luftfahrt ist die elektrische Energie. Vor einem Jahrzehnt war die Vorstellung von Elektroflugzeugen noch Science-Fiction. Doch dank der Fortschritte in der Batterietechnologie ist dieser Traum in greifbare Nähe gerückt. EasyJet hat sich zum Ziel gesetzt, ein Flugzeug mit einer einzigen Ladung 200 bis 400 Meilen weit zu bringen. Es ist noch ein weiter Weg, bis größere Flugzeuge elektrisch betrieben werden können. Die "magische Zahl", bei der Langstreckenflüge realisierbar werden, wird mit 1.000 Wh/kg Batteriegewicht angegeben, während die vorhandenen Batterien zwischen 270 und 300 Wh/kg liegen. Die Reichweite der Alice wird auf 650 Meilen bei

bei 275mph. Interessanterweise sind die prognostizierten Betriebskosten so niedrig, dass die Kosten für die Passagiere im Vergleich zu einem konventionellen Flugzeug um 30 bis 60 % gesenkt werden könnten, da Einsparungen beim Treibstoff und bei der Wartung erzielt werden, sagt Bonny Simi, sagt Simi. Zurück zu MailOnline.com. In einem Tesla S zu fliegen speichert 85kb.


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Erstmals hierveröffentlicht

Diejenigen, die mich kennen, wissen um meine lebenslange Liebe zur Luftfahrt. Ich wollte Testpilot werden, noch bevor ich Astronaut werden wollte, aber schließlich landete ich bei der Energietechnik. Meine Diplomarbeit kombinierte meine beiden Interessen, da sie sich mit der Verwendung von Wasserstoff als Flugkraftstoff befasste, eine Idee, die in den späten 1970er Jahren von Lockheed und anderen mit einem Vorschlag zum Bau von wasserstoffbetriebenen Tristars, die zwischen den USA, Europa und dem Nahen Osten verkehren sollten, stark gefördert wurde. (Dieses Dokument ist jetzt hier online). Ich selbst habe das Fliegen vor ein paar Jahren aufgegeben und vermisse es immer noch. Wie jeder weiß, ist die Luftfahrt ein großes Problem, was die Emissionen angeht, denn es wird erwartet, dass sich die 500 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr bis 2050 verdreifachen werden, und manchmal fällt es mir schwer, den Wunsch, die Emissionen und die Umweltbelastung zu minimieren, mit dem Bedürfnis und dem Wunsch zu reisen, in Einklang zu bringen, insbesondere bei der Menge an Flugreisen, die ich in den letzten fünf Jahren unternommen habe.

Zunächst einmal glaube ich nicht, dass wir jemals den grundlegenden menschlichen Wunsch zu reisen unterdrücken können (oder sollten). Ich denke sogar, dass dies eine Reflexion des Erkundungsdrangs ist, ohne den wir immer noch die baumbewohnenden Primaten oder sogar die im Meer lebenden Säugetiere wären, von denen wir abstammen. Ebenso sollten wir die Erkundung des Weltraums nicht einschränken, im Gegenteil, wir sollten mehr tun, es ist einfach ein grundlegender menschlicher Drang.Die Frage ist, wie wir dieTechnologie ändern können und wie schnell wir das tun können, insbesondere in der sicherheitsorientierten Kultur und dem regulatorischen Umfeld der Luftfahrt.

Vor einem Jahrzehnt lag der Schwerpunkt auf Biokraftstoffen und es wurde viel Kapital in die Produktion von Biokraftstoffen und deren Erprobung in Flugzeugen investiert. Die Sicherheit ist in der Luftfahrt natürlich von entscheidender Bedeutung, und ich habe immer gesagt, dass ich in den ersten fünf Jahren der Nutzung lieber nicht in einem mit Biokraftstoff betriebenen Flugzeug fliegen würde (das Gleiche gilt für Elektroflugzeuge) - obwohl das anders gewesen wäre, wenn ich Testpilot geworden wäre! Natürlich werden Bio- und synthetische Kraftstoffe eine große Rolle spielen, aber der ultimative Traum ist die elektrische Energie. Noch vor einem Jahrzehnt war die Idee von Elektroflugzeugen Science Fiction, aber seitdem haben die Fortschritte in der Batterietechnologie, gepaart mit der Arbeit von Unternehmern und größeren Unternehmen, den Traum von der elektrischen Luftfahrt viel näher rücken lassen.

Ein kürzlich erschienener Artikel in AirSpaceMag.com beschrieb einige der Entwicklungen, darunter das neun Passagiere fassende regionale Pendlerflugzeug von Eviation, das 2019 fliegen soll (und den merkwürdigen Namen Alice trägt). Es sollte keine Überraschung sein, da wir dasselbe schon bei Elektroautos gesehen haben, aber die Entscheidung für einen elektrischen Antrieb führt zu erheblichen Veränderungen in der Art und Weise, wie der Rest des Flugzeugs konstruiert ist, sowohl in Bezug auf die Struktur als auch auf das Layout. Ein großer Teil der Struktur von Flugzeugen ist darauf ausgelegt, die Belastungen durch relativ schwere, vibrierende Motoren zu bewältigen. Elektromotoren sind leichter, aber natürlich gibt es das enorme Gewicht der Batterien, die 60% des Gesamtgewichts von Alices ausmachen werden. Zum Vergleich: Treibstoff macht ca. 48% des Gewichts einer voll beladenen Boeing 747 aus. Die Reichweite der Alice wird auf 650 Meilen bei 275mph geschätzt.

Interessanterweise sind die prognostizierten Betriebskosten so niedrig, dass die Kosten für die Passagiere im Vergleich zu einem konventionellen Flugzeug um 30 bis 60 % gesenkt werden könnten, wobei Einsparungen bei Treibstoff und Wartung erzielt werden. Bonny Simi, Präsidentin von JetBlue Technology Ventures, wird in dem Artikel mit den Worten zitiert, dass regionale Turboprops auf Kurzstrecken eine Available Seat Mile (ASM) von $0.Bei Langstreckenjets mit größerer Kapazität liegen die ASM-Kosten im Bereich von 0,08 bis 0,12 $, da sie höher fliegen, wo Jets effizienter sind und proportional weniger Zeit für Starts und Steigflüge benötigt wird. Simi sagt weiter: "Prognosen für Elektroflugzeuge, die 300 bis 700 Meilen fliegen, schätzen 10 bis 12 Cent" (0,10 bis 0,12 $ pro ASM). Wenn diese Art von Kostenvorteil tatsächlich erreicht werden kann, ist der wirtschaftliche Antrieb klar.

Wie jeder weiß, verbessert sich die Batterietechnologie rapide und die Kosten sinken. Es ist jedoch noch ein langer Weg, bis größere Flugzeuge elektrisch betrieben werden können. Die "magische Zahl", bei der Langstreckenflüge rentabel werden können, wird mit 1.000 Wh/kg Batteriegewicht angegeben, während die bestehenden Batterien im Bereich von 270-300 Wh/kg liegen. Die Batterie in einem Tesla S speichert 85 kWh und wiegt 540 kg - eine spezifische Energie von 157 Wh/kg. Das Ziel von 1.000 Wh/kg für lebensfähige Flugzeuge scheint mögliche Verbesserungen bei der Reduzierung des Luftwiderstands (und möglicherweise weitere Fortschritte bei Leichtbaustrukturen) nicht zu berücksichtigen. Professor Viswanathan von der Carnegie Mellon University behauptet, dass eine Batterie mit 400-500 Wh/kg ein Flugzeug mit einer einzigen Ladung 200 bis 400 Meilen weit bringen könnte.

EasyJet hat sich zum Ziel gesetzt, innerhalb von 10 Jahren elektrische Routen zu betreiben, und Norwegen hat vorgeschlagen, bis 2040 alle Flüge, die kürzer als 1,5 Stunden dauern, rein elektrisch durchzuführen. EasyJet hat sich mit Wright Electric zusammengeschlossen, die an einem Flugzeug arbeiten, das 120 Personen auf Flügen von 300 Meilen oder weniger befördern könnte. Obwohl diese Ziele aufregend sind, sollten wir nie den Hype-Zyklus und die lange Zeit (und die riesige Menge an Geld) vergessen, die es braucht, um neue Flugzeuge für den öffentlichen Betrieb zu zertifizieren. Zwischen Ankündigungen und Hochglanz-Webseiten und computergenerierten Bildern und einem fliegenden, zertifizierten Flugzeug liegt ein langer Weg und viel Kapital. Wie ich in meiner Diplomarbeit hervorgehoben habe, muss man nicht nur bei den Flugzeugen innovativ sein und investieren, auch die Bodeninfrastruktur müsste sich erheblich verändern. Als das Terminal 5 gebaut wurde, wurde es mit Bodenstromanschlüssen mit höherer Kapazität ausgelegt, als der A-380 in Betrieb genommen wurde. Stellen Sie sich die zusätzliche Stromkapazität vor, die an Flughäfen für das Aufladen von Elektroflugzeugen benötigt wird, sowie die Auswirkungen auf den Betrieb aufgrund der erforderlichen Ladezeit.

Am größeren, langstreckentauglichen Ende des Spektrums geht die Reise in Richtung Hybride. Im Jahr 2008 stellte Boeing das Konzept SUGAR (Subsonic Ultra-Green Aircraft Research) Volt vor, das jedoch nicht gebaut wurde. Auch die NASA arbeitet an Hybridkonzepten. Im Glenn Research Center liegt der Fokus auf Konzepten, die 150 Personen über lange Strecken befördern könnten. Zu den Konzepten gehören neben den Antriebssystemen auch die hocheffizienten Blended-Wing-Designs, eine große Abkehr von den uns bekannten Röhren-Designs. (Ich glaube, es war der Pionier der Billigfliegerei, Freddy Laker, der sagte, er sei im Geschäft mit den "Aluminiumröhren"). Blended-Wing-Designs können 50 % des Treibstoffverbrauchs einsparen, und die NASA strebt die Finanzierung eines fliegenden Großraum-X-Planes bis 2021 an. Im Juli 2018 kündigte der britische Wirtschaftsminister Greg Clark auf der Farnborough Air Show eine F&E-Offensive der Regierung und der Industrie in Höhe von 343 Millionen Pfund an, darunter 58 Millionen Pfund für den Elektroflug.

Die Luftfahrt war schon immer unglaublich innovativ. Dreiunddreißig Jahre trennten den Wright Flyer und die DC-3, das erste wirklich effektive Lufttransportflugzeug, siebenunddreißig Jahre trennten die DC-3 und die Boeing 747, die die Kosten erheblich reduzierte und den Boom des internationalen Reiseverkehrs ermöglichte, vierzig Jahre trennten die Boeing 747 und die Boeing 787, die einen um ca. 50% geringeren Treibstoffverbrauch hat. Bei all den Forschungen zu Innovationen in der Flugzeugkonstruktion, der Triebwerkskonstruktion, dem Elektroantrieb und den Batterien ist klar, dass Flugzeuge weiterhin sehr viel effizienter und letztlich auch sehr viel sauberer für die Umwelt werden können, als sie es heute sind. Der Wettlauf zwischen der Reduzierung der Emissionen durch höhere Effizienz und neue Antriebstechnologien und der steigenden Nachfrage nach Flugreisen hat begonnen.

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Bleiben Sie am Ball! Die besten Ideen für Energieeffizienz und Energiewende...