Eine batteriebetriebene Luftfahrt wäre eine radikal andere

Mit den heute zur Verfügung stehenden Akkus ließe sich das Design aktueller Flugzeugmodelle kaum in die Luft bringen. Die Lösungen für umweltschonenderes Fliegen werden weitaus vielfältiger sein müssen.

Der "City Airbus" ist ein autonom fliegendes, senkrecht startendes und landendes batteriebetriebenes Elektroluftfahrzeug für den Passagiertransport im städtischen Luftverkehr. © Airbus

Emissionsfreies Fliegen ist ein Ziel, auf das sich nahezu alle verständigen können. Zumindest im Sinne des kommerziellen Massentransports ist es aber noch weit entfernt. Der Luftverkehr wächst unaufhörlich und die Prognosen sind klar: In den kommenden zweieinhalb Jahrzehnten wird sich der weltweite Luftverkehr voraussichtlich verdoppeln. Der Innovationsdruck in der Branche, umweltschonendere und kostengünstiger zu betreibende Flugzeuge zu bauen, ist entsprechend hoch.

Ein auf den ersten Blick naheliegender Ansatz ist der batteriegespeiste elektrische Antrieb, dem in der Autmobilindustrie aktuell realistische Chancen eingeräumt werden, den Massenmarkt zu erobern. Denn im Grunde ändert sich nicht viel: Die Autos sehen ähnlich aus und haben ähnliche Leistungswerte wie solche, die mit fossilen Kraftstoffen fahren. Einzig das Aufladen, die dafür nötige Infrastruktur und die vielfach noch geringere Reichweite erfordern eine Umstellung in der Nutzung.

Bei der aktuellen Batterietechnik sind keine großen Sprünge mehr zu erwarten

Da aber grundlegende Elemente des bisherigen Autoverkehrs beibehalten werden, ist ein weicher Technologieübergang möglich. Elektroautos und Benziner können noch jahrzehntelang im Mischverkehr auf den gleichen Straßen unterwegs sein.

Das ist ein Szenario, das im Luftverkehr so nicht kommen wird - aus technischen Gründen. Das Hauptproblem sind die derzeit zur Verfügung stehenden Lithium-Ionen-Batterien als effizienteste Akku-Energiespeicher. Ihre Technik ist weitgehend ausgereizt, die Dichte der gespeicherten Energie im Verhältnis zur Masse jedoch noch 40-mal geringer als die Energiedichte von Kerosin.

Zwar gibt es unterschiedliche Ansätze zur Entwicklung einer neuen Batteriegeneration, ob dabei die Energiedichte entscheidend gesteigert werden kann, während die Akkus gleichzeitig kostengünstig, langlebig und möglichst nachhaltig sind, ist jedoch noch offen.

Für Jochen Kaiser, der die Elektroflug-Aktivitäten des Bauhaus Luftfahrt leitet, könnte ein solcher technologischer Durchbruch nur disruptiv erfolgen: "Das Periodensystem ist allen bekannt, die chemisch-physikalischen Eigenschaften heutiger Batterien auch, viel kann man da nicht mehr rausholen." In den vergangenen Jahren sei sehr viel Geld in die Entwicklung neuer Akku-Generationen geflossen, doch die Entwicklung sei nicht in die Richtung gegangen, wie man es vor acht bis zehn Jahren in optimistischen Szenarien erwartet hätte.

Legt man die besten aktuellen Lithium-Ionen-Akkus für die Betrachtung einer künftig elektrisch betriebenen, kommerziellen Fliegerei zugrunde, wird schnell klar, dass sich die Luftfahrt extrem verändern müsste. Denn die Reichweite und Passagierkapazität der batteriebetriebenen Fluggeräte würde auf einen Bruchteil schrumpfen.

Mit Batterien nur 20 Minuten in der Luft

Bei einer imaginären A320 Neo mit Lithium-Ionen-Batterien, die so schwer sind wie das Kerosin bei vollen Tanks, würde sich die mögliche Flugzeit von circa sieben Stunden mit Kerosin auf zwanzig Minuten mit Elektroantrieb verringern, wie Ingenieure jetzt berechneten:

Dabei ist nicht einmal an einen Steigflug zu denken. Schon allein um überhaupt genug Energie bereitzustellen, dass sich Auf- und Abtrieb die Waage halten - das Flugzeug also geradeaus fliegen könnte - wären Batterien mit einem Gewicht von 31 Tonnen nötig.

Den Berechnungen zufolge müssten sogar Akkus mit einem Gewicht von mindestens 260 Tonnen eingebaut werden, um das Flugzeug wie im Kerosinantrieb sieben Stunden in der Luft halten zu können. Bei einem maximalen Startgewicht der A320 Neo von rund 70 Tonnen ist das unmöglich: Für eine solche Masse produziert schon allein das Design der A320 gar nicht genug Auftrieb.

Kleiner, leichter, langsamer

Batteriebetriebene Fliegerei benötigt also, anders als der Autoverkehr, eine komplette Umgestaltung der Transportvehikel. Und auch dann bleiben Fluggeräte mit mehr als einigen Dutzend Passagieren und mehr als 1.000 Kilometern Reichweite unrealistisch. Gleichzeitig ist auch mit einer Reduzierung der Geschwindigkeit gegenüber heutiger Jets ist zu rechnen. Am effizientesten wären wohl Fluggeräte mit ähnlichen Leistungswerten wie kleine Propellerflugzeuge heute. Für den Bauhaus-Luftfahrt-Experten Kaiser sind 30 bis 50 Passagiere bei 500 Kilometern Reichweite ein realistisches Ziel für rein batteriebetriebene Fluggeräte.

Die Beratungsgesellschaft Roland Berger hat sich Prototypen, Skizzen und Visionen von über 100 aktuellen Projekten für elektrisch angetriebenen Fluggeräten angeschaut. Viele davon kommen von Start-Ups, die vor allem auf kleine Regionalflugzeuge, Flugtaxis und Ultraleichtflieger setzen. Allen Ansätzen würden eine tiefgreifende, strukturelle Veränderungen in der kommerziellen Luftfahrt bedeuten.

Womit wir wieder beim Mischverkehr wären. Der wäre natürlich möglich, aber wohl eher in getrennten Lufträumen und abseits der Verkehrsflughäfen heutiger Prägung, also eher ein Parallelverkehr. Ein Flug von Deutschland ans Mittelmeer würde wohl nur mit mehrmaligem Umstieg möglich sein. Dafür könnte man theoretisch quasi vor der Haustür oder am Flugtaxi-Stand über dem Hauptbahnhof starten.

Ob sich die dafür nötigen Investitionen und Neuregulierungen lohnen, gilt unter Beobachtern aufgrund des begrenzten Optimierungspotenzials der Lithium-Ionen-Technologie dennoch als fragwürdig. Dass sich der Luftverkehr noch in diesem Jahrhundert grundlegend ändern muss, wenn er weiterhin als schnelle und effiziente Transportalternative existieren will, gilt derweil weitgehend als Konsens.

© Hyperloop One, Lesen Sie auch: Hallo Branche, beim Fliegen geht es nicht ums Fliegen Gedankenflug

Der batteriebetriebene Flug ist dabei aber nur ein möglicher Ansatz für neue Antriebsarten, der derzeit verfolgt wird. So arbeiten die Forscher und Ingenieure beispielsweise auch weiter an der Herstellung von synthetischem Kerosin und dem Brennstoffzellen-Antrieb. Realistisch erscheinen für den Übergang auch Hybrid-Konzepte, wie auch Jochen Kaiser bestätigt. Man sei sich in der Branche mittlerweile einig, dass sich die Forschung vor allem auf eine Weiterentwicklung der Brennstoffzelle und alternative Treibstoffe konzentrieren sollte.

Forschern am berühmten Massachusetts Institute of Technology ist vor rund einem halben Jahr zudem der Durchbruch beim Ionen-Antrieb gelungen. Ein Flugzeug mit fünf Metern Spannweite flog 60 Meter weit. Das ist zwar fast doppelt so weit wie der erste Motorflug des Wright-Flyers vor rund hundert Jahren - aber leider noch ganz ohne Passagier.

Von: dk

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