Elektrische Passagierflugzeuge mögen sich recht futuristisch anhören, aber das erste könnte schon 2026 in Betrieb gehen. Wir schauen auf die Zukunft von elektrischen Flugzeugen.
Wie weit ist die Entwicklung von elektrischen Flugzeugen?
Elektrische Flugzeuge mögen sich recht futuristisch anhören, aber der allererste elektrisch angetriebene Flug fand bereits 1883 statt. In letzter Zeit gibt es verstärkt Initiativen, kommerzielle elektrische Flugzeuge zu entwickeln, die Passagiere ohne Treibstoff transportieren können. Das erste seiner Art könnte schon 2026 in Betrieb gehen. Wir werfen einen Blick auf künftige Elektroflugzeuge, wie weit wir sind, sie am Himmel einzusetzen, wie sie funktionieren sowie auf die technischen Hürden der Herstellung.
Elektrische Passagierflugzeuge sind bereits Realität
Nach der Unterzeichnung des Pariser Klimaabkommens 2016 – das zum Ziel hat, eine Netto-Null bei den CO2-Emissionen bis 2050 zu erreichen – sind die Investitionen und Innovationen im Bereich der elektrobetriebenen Technologie in die Höhe geschnellt. Jetzt sind wir nur noch wenige Jahre davon entfernt, dass Elektroflugzeuge zahlende Passagiere rund um die Welt fliegen.
Länder wie Dänemark und Schweden haben schon Pläne angekündigt, dass alle Inlandsflüge bis 2030 frei von fossilen Energien sein werden, während United Airlines 100 19-sitzige, emissionsfreie elektrische Flugzeuge vom schwedischen Start-up Heart Aerospace gekauft hat, die 2026 in den USA fliegen sollen – und das ist noch längst nicht alles.
EasyJet
EasyJet könnte Elektroflugzeuge vor allen anderen großen europäischen Anbietern in die Flotte aufnehmen. Die Partnerschaft der Low-Cost-Airline mit dem US-Start-up Wright Electric hat zur Entwicklung des Wright 1 geführt – ein vollelektrischer, 186-sitziger Passagierjet mit einer Reichweite von über 1.200 Kilometern, der 2030 den Betrieb aufnehmen soll.
Rolls-Royce
Das Elektroflugzeug von Rolls-Royce, Spirit of Innovation, erreichte beim ersten Testflug 2021 eine Rekordgeschwindigkeit von 623 km/h. Rolls-Royce, bekannt für seine hochwertigen Flugzeugmotoren, steht an der Spitze der batteriebetriebenen Revolution und arbeitet eng mit anderen Flugzeuggiganten wie Airbus zusammen, um das nächste Hybrid-Passagierflugzeug zu entwickeln.
NASA
Das Elektroflugzeug der NASA kommt in Form der X-57. An jeder der Tragflächen des Flugzeugs sind zwölf Elektropropeller montiert, die beim Start des Flugzeugs helfen. Am Ende der Tragflächen gibt es zusätzlich zwei größere Propeller zur Flugunterstützung. Die NASA erwartet, dass die X-57 eine Reichweite von rund 160 Kilometern sowie eine Reisegeschwindigkeit von 276 km/h mit maximal 40 Minuten Flugzeit hat. Inzwischen kooperiert der Raumfahrtgigant mit GE Aviation als Teil des Electric-Powertrain-Flight-Demonstration-Programms (EPFD), um einen Hybrid-Elektromotor der Megawatt-Klasse zu entwickeln, der ein Single-Aisle-Flugzeug antreiben kann.
Boeing
Boeing hat ebenfalls ein eigenes Elektropassagierflugzeug (PAV) getestet. Das vollautonome Flugzeug, das schon 2023 fertig sein könnte, hat eine maximale Reichweite von bis zu 80 Kilometern und wurde für Uber Air und ihren Flugtaxi-Service entworfen. Boeings Tochterfirma Aurora Flight Sciences wurde ebenfalls beauftragt, Flugzeugmodifikationen, Systemintegration und Flugtest-Services für das EPFD-Projekt der NASA zu liefern.
Airbus
E-Fan 1.1 von Airbus war das erste Elektroflugzeug, das 2015 den Ärmelkanal überquerte. Das Unternehmen investiert jetzt in die Entwicklung von Verkehrsflugzeugen mit Hybrid-Antrieb wie die E-Fan X, deren Motoren von Batterien unterstützt wird. Das EcoPulse-Projekt erforscht, wie die Strommenge, die jeder Antrieb benötigt, optimiert werden kann.
Eviation
Der israelische Hersteller Eviation konstruiert derzeit den wohl ersten elektrischen Privatjet. Alice ist ein Flugzeug für neun Passagiere und zwei Crewmitglieder, das keine CO2-Emissionen produziert, signifikant Lärm reduziert und dessen Betrieb einen Bruchteil pro Flugstunde kostet. Das einvolumige Alice-Batteriesystem mit hoher Energiedichte besteht aus derzeit erhältlichen Batteriezellen und ist nicht abhängig von künftigen Entwicklungen. Laut Unternehmen soll das Flugzeug, das 2024 in Betrieb gehen könnte, eine Reisegeschwindigkeit von rund 407 km/h und eine Reichweite von 815 Kilometern aufweisen.
Ampaire
Electric EEL des Start-ups Ampaire aus L.A. ist eines der ersten Hybrid-Elektroflugzeuge, das die „Experimental Aircraft Certification” der FAA erhielt. Die modifizierte Cessna 336 Skymaster für drei Passagiere mit kombiniertem Verbrennungs- und Elektroantrieb absolvierte 2020 einen Testflug über rund 548 Kilometer, von dem das Unternehmen behauptet, es sei der längste jemals absolvierte Hybrid-Elektroflug eines Passagierflugzeugs.
Wie funktionieren Elektroflugzeuge?
Elektroautos fahren seit Jahren auf unseren Straßen, aber wie funktionieren Elektroflugzeuge?
Ebenso wie ihre Auto-Äquivalente haben Elektroflugzeuge Motoren, die von Lithium-Ionen-Batterien statt Kraftstoff angetrieben werden. Während der elektrischen Ladung führt eine chemische Reaktion in der Batterie dazu, dass das Lithium Elektronen freigibt, die Lithium-Ionen produzieren. Diese bewegen sich dann von einer Seite der Batterie zur anderen (von der Anode zur Kathode) und treiben auf diesem Weg das angeschlossene Gerät an – in diesem Fall einen Propeller.
Diese chemische Reaktion läuft so lange, bis alle Elektronen die Kathode erreicht haben. An diesem Punkt muss die Batterie mithilfe einer externen Stromquelle wiederaufgeladen werden, um die benutzten Elektronen zu ersetzen und sie zur Anode zu senden.
Dieser Vorgang macht Elektromotoren in kurzen Impulsen sehr leistungsstark. Allerdings ist dies nicht ideal beim Fliegen eines schweren Langstreckenflugzeugs.
Was sind die Herausforderungen von Elektroflugzeugen?
Der erste Elektroflug fand im Jahr 1883 statt, und jüngste Verbesserungen der Batterietechnologie haben die Produktion unglaublich schneller Straßenfahrzeuge ermöglicht. Warum aber sind wir immer noch weit davon entfernt, eine 747 oder A380 vollelektrisch anzutreiben?
Die stärkste Herausforderung ist es, größere Flugzeuge über weite Distanzen zu fliegen. Das liegt daran, dass heutige Lithium-Ionen-Batterien einfach nicht die gleiche Menge an Energiedichte liefern wie ein Treibstoff-getriebener Motor. Um ein großes Passagierflugzeug auf einer Langstrecke anzutreiben, würde man mehrere schwere Batterien benötigen, die 60 Prozent des Gesamtgewichts des Flugzeugs ausmachen würden, verglichen mit 30 Prozent, wenn man herkömmlichen Treibstoff verwendet. Diese Herausforderung der Verteilung von Energie und Gewicht bedeutet, dass Flugzeuge, die an der Spitze des Null-CO2-Rennens mithalten wollen, nur kleine Passagiergruppen auf Kurzstrecken transportieren könnten. Die Wright 1 von EasyJet beispielsweise ist nur für eine Stunde Flugzeit mit Passagieren ausgelegt.
Zeit und Geld fallen ebenfalls ins Gewicht. Ein neues Flugzeug zu zertifizieren, ist schwierig und teuer, mit Wartezeiten von fünf bis sieben Jahren für das „Clean-Sheet Design”. Und wenn das Flugzeug dann gebaut ist, sind verschiedene Tests und Genehmigungen nötig, bevor es an die Käufer ausgeliefert werden kann.
Sind wir weit davon entfernt, elektrische Privatjets zu nutzen?
Abgesehen von einigen wenigen Ausnahmen wie der Wright 1 von EasyJet, sind die meisten vollelektrischen Flugzeuge, die in den nächsten zehn Jahren kommen sollen, kleiner als mit Treibstoff angetriebene Passagierjets und haben eine geringere Reichweite, wodurch sie hervorragend für den privaten Gebrauch geeignet sind.
Privatflugzeuge bieten generell Platz für bis zu 20 Passagiere und legen kürzere Strecken zurück als kommerzielle Flugzeuge – ein Turboprop zum Beispiel kann nur rund 2.400 Kilometer nonstop zurücklegen. Elektroflugzeuge können das kaum erreichen. Da aber die Hälfte der weltweiten Flüge mit Entfernungen auf unter 800 Kilometern stattfinden, sind sie trotzdem gut für Kunden von Privatjets geeignet, die eher kürzere Strecken fliegen.
Doch bevor diese Flugzeuge an den Start gehen, versprechen Lufttaxis ebenso wie Drohnen oder futuristische Hubschrauber, als erste einen guten Preis und Komfort in den städtischen Flugverkehr zu bringen. Diese sogenannten eVTOLs (vertikal startende und landende Flugzeuge) werden in den nächsten Jahren am Himmel öfter zu sehen sein und noch wenige, ausgewählte Passagiere über kurze Strecken in vollelektrischen Helikoptern transportieren. Archer Aviation ist von allen Organisationen am dichtesten dran, diese Flugzeugtypen für die breite Masse zur Verfügung zu stellen. Ihr eVTOL-Flugzeug bekam die „Airworthiness Certification” der FAA und hat den ersten Flug 2021 erfolgreich absolviert. Ende 2024 soll es auf den Markt kommen, um vier Passagiere über rund 96 Kilometer mit 241 km/h zu befördern.
Werden zuerst Hybrid-Passagierflugzeuge kommen?
Genauso wie Hybrid-Autos (wie der Toyota Prius) schon vor vollelektrischen Autos populär waren, ist es auch im Luftverkehr. In naher Zukunft werden Batterien erst einmal eine unterstützende Rolle spielen, den CO2-Fußabdruck größerer Flugzeuge zu reduzieren. Dieser Einsatz nennt sich Micro-Hybridisierung: Batterien versorgen dabei nicht-antreibende Funktionen mit Energie wie Klimaanlage, Kabinendruck, Kommunikation, Flugsteuerung und Fahrwerk.
Später könnte Micro-Hybridisierung auch für bestimmte Motorfunktionen am Boden und sogar in der Luft verwendet werden. Batterien könnten z. B. gasbetriebene Hilfsaggregate ersetzen, um Energie auf dem Rollfeld zu liefern, und dabei unterstützen, das Haupttriebwerk zu starten. Elektrische Energie könnte auch verwendet werden, um die Thermalmotoren während des Rollens und des Sinkflugs zu betreiben. Diese Form der Energiegewinnung könnte den ökologischen Fußabdruck eines Flugzeugs um sechs Prozent verringern.
Wenn die Technologie sich weiterentwickelt, könnten Batterien auch individuelle Motoren antreiben, wie beim Airbus E-Fan X, oder die Abschnitte eines Flugs unterstützen, die die meiste Energie benötigen wie Start und Landung. Während wir vielleicht Jahrzehnte warten müssen, bis es möglich ist, mit einem vollelektrischen Passagierflugzeug in weit entfernte Länder zu fliegen, nimmt der Wettlauf, energieeffizientere Lithium-Batterien zu entwickeln, Fahrt auf. Die Technologie entwickelt sich hier auf rasante Weise, so dass wir vielleicht nicht ganz so geduldig sein müssen, wie wir momentan glauben.
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