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Airbus "ZEROe" Turbofan Concept © Airbus

In einem neuen Forschungsprogramm namens "Advanced Superconducting and Cryogenic Experimental powertraiN Demonstrator" (ASCEND) will Airbus untersuchen, wie sich supraleitende Materialien auf die Leistung elektrischer oder hybridelektrischer Antriebssysteme von Flugzeugen auswirken.

Der europäische Flugzeugbauer will in den nächsten drei Jahren einen Demonstrator in seinem "E-Aircraft System House" entwickeln und bauen. Lösungen, die an Turboprop-, Turbofan- und Hybridpropellertriebwerke angepasst werden könnten, werden bis Ende 2023 getestet und bewertet. Die Erkenntnisse sollen sodann in die Entscheidungsfindung für die Antriebssystemarchitektur einer neuen Flugzeuggeneration einfließen, die Airbus ab 2035 angekündigt hat.

Eine der größten Herausforderungen für elektrisches Fliegen ist dabei das sogenannte Leistungsgewicht, nicht nur der Energiequelle, sondern auch der Motoren. "Um ein Flugzeug in der Größe einer A320 mit elektrischen Motoren anzutreiben, müssten diese über ein Leistungsgewicht von mindestens 40 Kilowatt Antriebsleistung pro Kilogramm Gewicht verfügen. Derzeit kommen die besten Motoren auf fünf", so Professor Weijia Yuan von der britischen University of Strathclyde auf "phys.org".

Supraleitende Materialien könnten dazu beitragen, die große Lücke zu schließen, erwartet die Wissenschaft. In diesen sinkt der elektrische Widerstand auf nahezu null, sodass Strom ohne Leistungsverluste fließen kann. Je größer der elektrische Widerstand, desto mehr Energie geht als Hitze oder Licht verloren. Supraleitendes Material hingegen könnte Strom theoretisch unendlich ohne Leistungsverlust speichern.

Fließt der Strom ohne Widerstand, kann die Leistungsdichte im Antriebssystem erhöht und seine Masse deutlich verringert werden, so die Erwartung. Das auf drei Jahre angelegte Projekt "Ascend" soll zeigen, dass ein Antriebssystem, dass die Technologie nutzt, mehr als zwei- bis dreimal leichter bei wesentlich effizienterem Energietransport sein kann als ein konventionelles System. Am Ende soll ein Leistungsgewicht von 30 Kilowatt Antriebsleistung pro Kilogramm Gewicht erreicht werden.

Flüssiger Wasserstoff als Treibstoff und Kühlmittel

Airbus Ascend-System zum Einsatz supraleitender Materialien im Flugzeugantrieb. © Airbus

Der Aufwand, einem Material supraleitende Eigenschaften zu verleihen, ist jedoch hoch. Es muss im Fall von Metall auf -234 bis zu rund -270 Grad Celsius (4,2 Kelvin) gekühlt werden. Dazu bietet sich laut Wissenschaft flüssiger Wasserstoff an, der mit rund -253 Grad Celsius die leitenden Materialien des Antriebs kontinuierlich kühlen und gleichzeitig als Treibstoff genutzt werden könnte, zeigt Professor Yuan eine mögliche Stoßrichtung der Entwicklung an.

Auch Airbus will die Kühlung mit flüssigem Wasserstoff hinbekommen. "Mit dem Ascend-Demonstrator weisen wir den Weg für einen echten Durchbruch bei elektrischen Antriebssystem", freut sich Sandra Bour Schaeffer, CEO der Airbus-Forschungstochter "UP Next". Die Arbeit sei einer der Schlüssel für die ambitionierten Weg hin zum emissionsfreien Flugzeug, dem sich der Hersteller verpflichtet fühle.