Fröhliche grüne Jumbos

Stellen Sie sich vor, Sie fliegen nahezu geräuschlos, ohne sich um Ihren ökologischen Fußabdruck zu kümmern, weil Ihr Flugzeug mit Batteriestrom betrieben wird. Hirngespinst? Vielleicht auch nicht. 

Wenn es Elektromotoren gelingt, die fossil befeuerten Kraftwerke, die derzeit Flugzeuge antreiben, zu ergänzen oder sogar zu ersetzen, wird sauberer Flugverkehr nicht nur Zukunftsmusik sein. Doch so hoffnungsvoll Branchenexperten auch sind, sie sind sich auch der Herausforderungen bewusst. Batterien sind immer noch zu sperrig und relativ stromsparend, um bestehende Triebwerke für alles andere als Kurzflüge zu ersetzen. Und die Wasserstofftechnologie wie die Brennstoffzelle steckt noch in den Kinderschuhen.

Klar ist, dass Veränderungen notwendig sind. Auf den Luftverkehr entfallen jährlich rund 1 Milliarde Tonnen Kohlendioxidäquivalente, was knapp 2 Prozent der weltweiten Gesamtemissionen entspricht.  1 Angesichts der erwarteten Tatsache, dass die Zahl der Flugzeuge bis 2050 von heute rund 600.000 auf eine Million steigen wird, ist klar, dass die Branche etwas tun muss, um sich selbst zu säubern, um die UN-Klimaziele zu erreichen.

"Hier gibt es große Chancen", sagt André Borschberg, Mitbegründer des Solar Impulse-Projekts, des ersten Solarflugs überhaupt um die Welt und Mitbegründer des Elektroantriebs-Start-ups H55. "Verbrennungsmotoren sind ineffizient. Mehr als die Hälfte des Kraftstoffs, der nicht für den Antrieb verwendet wird, geht verloren. Motoren erfordern viel Wartung. Im Gegensatz dazu haben Elektromotoren einen Wirkungsgrad von nahezu 100 Prozent, erfordern wenig Wartung und können verschiedene Konfigurationen mit mehrmotorigen Lösungen ermöglichen."  

Ein Hauptproblem des Übergangs ist das Gewicht. Die im Kerosin enthaltene Energie beträgt 12.000 Wattstunden pro Kilogramm gegenüber 250 Wattstunden bei Lithiumbatterien. Glücklicherweise gibt es einige Faktoren, die für Elektromotoren sprechen. So sind konventionelle Verbrennungsmotoren bei der Umwandlung von Energie in Strom nur ein Drittel so effizient wie Elektromotoren. Sobald also die Wirkungsgrade berücksichtigt werden, sinkt das Verhältnis der Energiedichte erheblich. Und sobald die zukünftige Batterieentwicklung berücksichtigt ist, könnte sie auf 3 zu 1 eingegrenzt werden, argumentiert Matheu Parr, Kundendirektor von Rolls Royce Electrical, der elektrischen Tochtergesellschaft des Flugzeugtriebwerksherstellers. Und sie sind billiger:  Die Energiekosten für batteriebetriebene Flugzeuge waren laut BloombergNEF im Jahr 2022 niedriger als die Kerosinpreise pro Kilowattstunde.

Die Energiedichte der Batterien ist nicht die einzige Herausforderung für die Elektrifizierung der Flugzeugindustrie. Elektroflugzeuge benötigen schnelle Ladezeiten. Das wird das Stromnetz unter Druck setzen. Um Spitzenlasten zu bewältigen, sind Tiefbau- oder Pufferbatterien vor Ort erforderlich. Flugzeugbatterien werden auch eine hohe Austauschrate haben, um sehr strenge Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Diese ersetzten Batterien können jedoch am Boden zur Energiespeicherung verwendet werden.

Hybridisierung

Vollelektrisch betriebene Flüge sind nur eine Lösung. Ein anderer sind Hybrid-Elektromotoren. Diese haben das Potenzial, den Energieverbrauch von Flugzeugen mit bis zu 50 Sitzen um 30 Prozent zu senken.

In den nächsten 20 Jahren werden Elektroflugzeuge zunächst für kurze Flugzeiten, dann für Hybride und schließlich für größere Flugzeuge eingesetzt, prognostiziert Borschberg. Der Beginn mit kleinen Elektroflugzeugen wird es ermöglichen, kritische Daten zu sammeln und den Ingenieuren die Erfahrung zu geben, die sich bei der Entwicklung größerer Elektroflugzeuge als wertvoll erweisen dürfte.

Ein anderer ist Wasserstoff. Es kann entweder für Verbrennungsmotoren verbrannt oder in Brennstoffzellen verwendet werden, die auch bestehende Motoren ergänzen könnten. An beidem muss gearbeitet werden, aber wenn technische Hürden überwunden werden können, sind die Attraktionen groß.

Die Verwendung von flüssigem Wasserstoff sei eine besondere Herausforderung, nicht zuletzt, um die Lagertemperaturen niedrig genug zu halten, sagt Parr. Aber wenn diese überwunden werden können, kann Wasserstoff entweder zur Verbrennung verwendet werden, ähnlich wie Kerosin verwendet wird, oder in einer Brennstoffzelle zur Stromerzeugung verbraucht werden. Die Verbrennung ist energiedicht, aber komplex. Brennstoffzellen sind sauberer, haben aber noch nicht die Leistungsdichte, die Flugzeuge benötigen, fügt er hinzu. Rolls Royce prüft beide Lösungen, wobei sich letztere hauptsächlich auf kleinere Flugzeuge konzentriert.

Während Wasserstoff noch ein Wunschtraum ist, haben Elektromotoren bereits Einzug in die Luftfahrt gehalten. Borschberg arbeitet zum Beispiel an Projekten, bei denen Flugzeuge, mit denen Piloten ausgebildet werden, elektrisch angetrieben werden. Kanadische Wasserflugzeuge, die für Pendlerflüge in Vancouver von bis zu 30 Minuten eingesetzt werden, werden ebenfalls auf Elektroantrieb umgestellt. 

Flugzeuge müssen nicht vollelektrisch fahren, um positive Ergebnisse zu erzielen. So können Hybridlösungen den Wirkungsgrad von Gasturbinen um etwa 2 bis 4 Prozent verbessern. Das mag nicht viel erscheinen, aber die 15 Prozent, die in den letzten 30 Jahren in Gasturbinen erreicht wurden, haben einen großen Unterschied für die Branche gemacht, sagt Parr.

Die Umstellung auf vollständig sauberes Fliegen wird noch eine Weile dauern. Aber es geht eindeutig in die richtige Richtung.

Insights für Investoren

• Die IATA schätzt , dass die Fluggesellschaft im Jahr 2023 einen Nettogewinn von 4,7 Mrd. USD bei einem Umsatz von 779 Mrd. USD erzielen wird – 522 Mrd. USD an Passagiergeschäften und 149 Mrd. USD an Frachtgeschäften. 
• Die weltweite Gesamtflottengröße im Jahr 2022 betrug 28.674 Flugzeuge, davon 23.513 aktiv und 5161 am Boden. 
• Im Jahr 2040 wird erwartet, dass der Verkehr 20 Billionen Passagierkilometer betragen wird, mit einem Wachstum von 3,9 Prozent pro Jahr ab 2019, so Airbus.