Elektroflugzeug

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Prototyp Eviation Alice, 2019
Sunseeker, 2005

Ein Elektroflugzeug (oder elektrisches Flugzeug) ist ein Flugzeug, das durch einen oder mehrere Elektromotoren angetrieben wird.

Bislang gab es, abgesehen von Solarflugzeugen, Elektroantriebe meist nur als Hilfsantrieb für Segelflugzeuge. Mit den neuartigen Lithium-Ionen-Akkus sind Elektroflugzeuge, zumindest für Kurzstreckenflüge, viel eher möglich. Elektrische Flugzeugantriebe sind eine technologische Option im Hinblick auf eine Energiewende im Bereich Luftverkehr.[1]

Hintergrund[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Anbetracht der Energiewende und nicht endlos verfügbarer fossiler Energieressourcen ergibt sich die Notwendigkeit, Flugzeuge ebenfalls auf regenerative Energie umzustellen. Neben aus erneuerbaren Energien gewonnenen Power-to-Fuel (E-Fuel), synthetischen oder Biokraftstoffen, sind Elektroflugzeuge ein Ansatz, um dies für kürzere Distanzen zu realisieren. Da viele Flüge tatsächlich nur Kurzstreckenflüge bis 1000 Kilometer sind, wäre das ein möglicher Ansatz dies mehr in die Praxisreife zu führen.

Technologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bisher werden Elektromotoren mit Propeller, Mantelpropeller bzw. Rotoren durch den Strom der an Bord befindlichen Stromspeicher, wie Akkumulatoren bzw. Superkondensatoren angetrieben. Falls die erforderliche Energie unmittelbar durch Sonnenstrahlung erzeugt wird, dann ist es ein Solarflugzeug. Alternativ kann der Strom durch mitgeführten Wasserstoff über Brennstoffzellen erzeugt werden, dann handelt es sich um ein Wasserstoffflugzeug. Ein Hybridelektroflugzeug ist dagegen eine Kombination von einem elektrischen Antrieb mit einem Verbrennungsantrieb. Die Bauform als senkrechtstartendes Kurzstreckenflugzeug ohne Pilot, das eher für den Großstadtverkehr gedacht ist, nennt man Autonomes Flugtaxi.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorteile
Nachteile
  • mit Batterien als Hauptenergiespeicher nur Kurzstreckenflüge möglich; Batterien haben eine viel geringere Energiedichte als Brennstoffe, somit ergibt sich bei größeren Energiemengen schnell ein höheres Startgewicht

Die Flugleistungen, insbesondere die Reichweite der Neuentwicklungen reicht noch nicht an herkömmliche Antriebe heran, die Betriebskosten – vor allem für den Energieeinsatz – sind aber erheblich geringer. Der Grund dafür ist: Kerosin hat eine Energiedichte von 43 MJ/kg, dagegen haben selbst die besten Lithium-Ionen-Akkumulatoren nur eine Energiedichte von 1 MJ/kg.[2]

Überblick über technische und ökonomische Parameter[3]
Technologie Energiedichte in Wh/kg Anschaffungskosten in Euro/kWh Verbrauchskosten
Kondensatoren 0,1–15 5.150–12.000 0,13–0,76 Euro/kWh
Lithium-Batterien 90–250 100–200[4] 0,13–0,76 Euro/kWh
Kerosin ca. 11.500 ca. 0,50 Euro/Liter

Hauptvorteil eines elektrischen Antriebs ist seine Wartungsfreiheit. Diese macht bei konventionellen Antrieben einen erheblichen Anteil der Betriebskosten aus. Ein zusätzlicher Vorteil ist die material- und umweltschonende Laufruhe durch die fast vollkommene Abwesenheit von Vibrationen. Außerdem entfallen komplett alle Wartungs- und Kontrollarbeiten bezüglich Öl, Kühlwasser, Treibstoff- und Luftfilter, Auspuffanlage und Getriebe, sowie die immense Gefahr, in einem Flugzeug eine hochentzündliche, explosive Flüssigkeit zu transportieren. Darüber hinaus leisten Elektroantriebe das gewünschte Drehmoment bei jeder Temperatur, Luftdichte und Drehzahl. Dies ist vor allem für die kritische Startphase von Flugzeugen von erheblicher sicherheitstechnischer Bedeutung, aber auch beim Aufstieg in eine energieeffiziente Flughöhe.

Ionenantrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Zukunft könnten Plasmaantiebe zum Einsatz kommen, die inzwischen in Laboratorien in China und Spanien näher untersucht wurden.[5] Dabei wird Luft in eine Glasröhre eingesaugt und bei einer Mikrowellenstrahlung im Gigahertzbereich zerlegt, diese dabei erzeugten Ionen strömen dann mit 1000 Grad Celsius nach außen.[5] Pro Kilowatt kann so ein Schub von 28 Newton erzeugt werden.[5] Die Energieeffizenz ist dabei die Selbe eines Jettriebwerks.[5] 2018 hob erstmal ein kleiner Flugkörper des Massachusetts Institute of Technology mit Ionenantrieb in den Vereinigten Staaten ab und flog in einer Höhe von 47 Zentimeter über eine Strecke von 60 Meter.[6] In der Raumfahrt ist der Ionenantrieb schon tatsächlich im Einsatz bei Sonden und Satelliten. Für einen Einsatz in der kommerziellen Luftfahrt ist der verfügbare Schub aber noch viel zu gering.[7]

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anfänge und frühe Entwicklungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Voraussetzungen für einen Elektroflug waren die Erfindungen der Luftfahrttechnik und die Erfindung von Elektromotoren. Der wahrscheinlich erste elektrisch angetriebene Flug war am 8. Oktober 1883 von Gaston Tissandier mit einem Luftschiff.[8] Darüber hinaus gab das 1884 von Arthur Constantin Krebs ebenfalls mit einem Luftschiff mit dem Namen La France.[9]

In der Sowjetunion wurde ab 1961 eine Maschine des strategischen Bombers TU-95 mit Nuklearantrieb getestet. Das Tu-95LaL und Tu-119 genannte Flugzeug hatte einen Atomreaktor an Bord, der jedoch nie als Antrieb diente, es war eine Machbarkeitsstudie für einen Fernbomber und -aufklärer mit Nuklearantrieb.[10]

Modellflugzeuge wurden schon vor 1973 etwa von Fred Militky mit leisen Elektromotoren ausgestattet.[11]

Als erster Flug eines bemannten (Flächen-)Elektroflugzeuges gilt gemeinhin der Erstflug der MB-1E (MB: Militky Brditschka) OE-9023 am 21. Oktober 1973, mit dem der Österreicher Heino Brditschka (* 1950, Sohn von Heinrich Brditschka, * 1930) als Pilot einen lange Zeit nicht überbotenen Eintrag im Guinness-Buch der Rekorde hielt.[12][13] Die Angaben zur Länge des Fluges variieren von 9:05 min bis 14 min.[13][14] Der Flug erfolgte nach 70 m Startstrecke in 300–360 m Höhe und mit einer Maximalgeschwindigkeit von 139 km/h. Das MTOW betrug 440 Kilogramm, NiCd-Akkus von Varta lieferten 15 kW Leistung, ein Bosch-Motor wirkte über mehrere Riemenscheiben einstufig ins Langsame untersetzt auf die Druckschraube hinter der Kabine.[15] Das Flugzeug gelangte irgendwann unvollständig ins Flugmuseum Graz-Thalerhof, wurde hier ab 2016 ergänzt und restauriert und wurde am 26. Oktober 2017 – nicht flugfähig – Besuchern präsentiert. Nun plant HB-Flugtechnik, die HB-23 (bisher mit Verbrenner) mit Akku-Elektromotorantrieb auszustatten.[16]

Bereits 1981 flog als erster Deutscher der Heidelberger Ingenieur Karl Friedel mit zwei umgebauten 3 kW Bosch-Scheibenwischermotoren mit dem Hängegleiter "Windspiel" ein Rekord und machte von sich Reden. Gespeist ebenfalls von gewöhnlichen Nickel-Cadmium-Zellen flog er anlässlich der RMF, später in AERO umbenannt, 12 Minuten und 30 Sekunden auf dem Flugplatz Friedrichshafen-Löwental. Deutschlands erster Elektroflug! Das „Flugzeug“ befindet sich heute im Technik-Museum in Sinsheim Ebenso wurde das Gerät anlässlich des Militky-Kup in Pfäffikon (nähe Zürich) im gleichen Jahr als erste Elektoflug in der Schweiz vorgeführt.

1981 überwand Steve Ptacek mit dem Solarflugzeug Solar Challenger erstmals den Ärmelkanal, bei einer Flugdauer von 5 Stunden und 23 Minuten.[17][18]

Von 2000 bis 2019[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In Deutschland gibt es bereits zwei eigenstartfähige Segelflugzeuge mit Musterzulassung, den Lange Antares 20E und den Silent AE-1. Elektroflugzeuge finden eine häufige Verwendung in Form von Modellflugzeugen, beispielsweise Shock Flyer und Slowflyer.

Pipistrel entwickelt seit 2006 den Elektro-Motorsegler Pipistrel Taurus in der UL-Klasse. Erstflug war im Dezember 2007, die Serienproduktion der zweiten Generation Taurus Electro G2 wurde Anfang 2011 aufgenommen.[19]

Seit etwa 2007 gibt es längliche Blimps mit Längen von etwa 1,5–10 m für Foto- oder Videoflug, die nur indoors oder bei wenig Wind eingesetzt werden können und später von Quadrocopter-Drohnen abgelöst werden.

Neue Impulse gab es im Frühjahr 2009 in Friedrichshafen auf der Messe speziell zum Thema „Elektroflug“. Seit dem Jahr 2009 befindet sich das UL Yuneec in Flugerprobung. Es verfügt über einen 30-kW-Motor und in der Standardausstattung über eine Batteriekapazität von 1,5 Stunden. Der Verkaufsstart war für das Jahr 2011 avisiert, der bis dato genannte Preis ist konkurrenzfähig mit herkömmlichen ULs und Motorseglern.

Seit etwa 2012 sind metallisierte Folienballons als Spielzeug erhältlich, die elektrisch angetrieben werden. Einerseits solche in Zeppelin/Zigarren-Form mit vorne LiIon-Akkus und hinten 1–2 Motoren. Eine kleinere einfachere Version weist einen eher flach-linsenförmigen Auftriebskörper auf und ein Paar unterhalb, rechts und links der Mitte angeordnete Motoren, deren Drehzahl getrennt angesteuert und deren gemeinsamer Träger so um eine Querachse gedreht werden kann, dass mittels Auf- und Abwärtskomponente ein Steigen und Fallen bewirkt werden kann. Die Minimalvariante hat einen schmal-hohen Querschnitt und eine Heckflosse, die rasch um eine vertikale Achse entweder ganz nach rechts oder links oder dauerhaft wachelnd verschwenkt werden kann. Sie ist das einzige Vortriebs- und Steuerelement. Der insgesamt nur etwa 50–60 lange Ballon muss auf leicht sinkend getrimmt sein, die Aktivierung des Antriebs lässt ihn etwas aufsteigen.

In den USA ist ein neues Projekt in Arbeit: Aus dem bereits flugfähigen Kitplane-Prototyp (Bausatzflugzeug) Electra-Flyer-C soll der Zweisitzer Elektra-Flyer-X hervorgehen.

Nach der flugfähigen Konzeptstudie Airbus E-Fan arbeitet Airbus an der Konzeption eines Verkehrsflugzeugs für etwa 80 Passagiere, das elektrisch angetrieben werden soll. Dabei soll auch ein Aufladen der Akkus durch Rückgewinnung von Energie beim Gleit- bzw. Sinkflug möglich sein.[20]

Zwischen 2015 und 2016 gelang den Schweizern Bertrand Piccard und André Borschberg die Weltumrundung mit dem Solarflugzeug Solar Impulse. Ziel des Vorhabens war für die Notwendigkeit des Energiesparens aufmerksam zu machen.

Auf der Pariser Luftfahrtschau 2019 wurde mit der Eviation Alice ein Verkehrsflugzeug für 9 Passagiere vorgestellt, das 2022 den kommerziellen Betrieb aufnehmen soll.[21]

Der nach Unternehmensangaben erste Flug eines elektrisch angetriebenen Verkehrsflugzeugs fand im Dezember 2019 mit einer umgerüsteten DHC-2 Beaver statt, die vom Fraser River bei Vancouver aus startete.[22] Die Umrüstungen für den Elektroantrieb führte die Firma Magnix aus Seattle durch.[22] Der Flug wurde von Greg McDougall, dem Chef der betreibenden Harbour Air durchgeführt.[23] Das Ziel des Unternehmens ist die Aufnahme des kommerziellen Flugbetriebs innerhalb der nächsten zwei Jahre.[22]

Ab 2020[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Am 28. Mai 2020 stellten die Firmen MagniX und AeroTEC das bisher größte Elektroflugzeug vor, mit einer umgerüsteten Cessna 208 Caravan.[24][25] Dieses Flugzeug flog 30 Minuten rein elektrisch mit einem Magni 500 Elektromotor mit 560 Kilowatt.[25] Es besitzt Platz für neun Passagiere und startete vom Grant County International Airport im amerikanischen Bundesstaat Washington.[25]

Im Juni 2020 erhielt erstmals ein Elektroflugzeug eine Typzulassung von der Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) für die slowenische Pipistrel Velis Elektro.[26] Dieses Flugzeug soll hauptsächlich für die Pilotenausbildung eingesetzt werden. Es hat einen Elektromotor vom Typ Pipistrel E-811-268MVLC mit maximal 57,6 Kilowatt.[26] Das war ein wichtiger Meilenstein für die Elektrifizierung der Luftfahrt.[26]

Das EasyJet-/Wright Electric-Konzept soll ab 2027 rund 180 Passagiere über 540 km rein elektrisch befördern.[27][28][29] Möglich wäre z. B. die Strecke von Amsterdam nach London.[30] Auch mit Airbus besteht diesbezüglich eine Kooperation.[31]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bücher
  • Kevin Desmond: Electric Airplanes and Drones: A History, McFarland, 2018 ISBN 978-1-4766-6961-8
  • Klaus L. Schulte: Elektroflug – Technologie, Geschichte, Zukunft. K.L.S. Publishing, Köln 2014 ISBN 978-3-942095-44-0
  • Pascal Thalin: Fundamentals of Electric Aircraft, SAE International, Warrendale 2018, ISBN 978-0-7680-9322-3
  • Ravi Rajamani: Electric Flight Techology: The Unfolding of a New Future, SAE International, Warrendale 2018, ISBN 978-0-7680-8469-6
Artikel
  • Viele Artikel über Elektroflugzeuge. In: energyload.eu. Abgerufen am 14. Dezember 2019.
  • Heinrich Großbongardt: Fliegerei unter Strom: Elektrische Antriebe. In: AERO International, Nr. 11/2017, S. 40–42, 44
  • Sonderteil: Elektrisch Fliegen. In: FliegerRevue, Nr. 9/2018, S. 32–41
  • Sonderteil: Elektrisch Fliegen. In: FliegerRevue, Nr. 8/2020, S. 32–43
  • Christoph Brenner: Ist die Zukunft elektrisch? In: AERO International, Nr. 10/2019, S. 36–39
  • Tim Schröder, Gregor Honsel: So grün kann Fliegen werden. (Titelgeschichte) In: Technology Review (deutsche Ausgabe), Nr. 11/2019, S. 28–30, 32–35 ISSN 1613-0138
  • Die erste voll-elektrische Flugschule. In: FliegerRevue, Nr. 11/2019, S. 38

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wiktionary: Elektroflugzeug – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Elektroflugzeuge – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise und Anmerkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Die Antriebsmittel der Zukunft. In: Klaus L. Schulte: Elektroflug – Technologie, Geschichte, Zukunft, 2014, ISBN 978-3-942095-44-0, S. 28–29
  2. Real Engineering: Are Electric Planes Possible? auf YouTube, 20. Juli 2018, abgerufen am 21. Juni 2020 (dort in etwa bei Laufzeit 1:30 bis 1:35 Minuten).
  3. M. Sterner, I. Stadler: Energiespeicher: Bedarf, Technologien, Integration, SpringerVieweg, 2. Auflage, Berlin 2017, ISBN 978-3-662-48892-8, S. 649 ff
  4. Weltweite Preisentwicklung für Lithium-Ionen-Batterien von 2013 bis 2022 (in Euro/kWh). In: statista.com. Abgerufen am 21. Juni 2020.
  5. a b c d Matthias Mett: Luft- und Raumfahrt: Plasmaantriebe neu gedacht. In: heise.de. 18. Juni 2020, abgerufen am 19. Juni 2020.
  6. Ohne Treibstoff: MIT testet erstes Flugzeug mit Ionenantrieb. In: futurezone.at. 21. November 2018, abgerufen am 19. Juni 2020.
  7. Real Engineering: Ion Propulsion: The Plane With No Moving Parts auf YouTube, 28. Dezember 2018, abgerufen am 28. Juni 2020.
  8. Kevin Desmond: Electric Airplanes and Drones: A History, 2018, ISBN 978-1-4766-6961-8, S. 19; mit Quellenverweis auf: Kevin Desmond: Gustave Trouvé: French Electrical Genius, McFarland 2015
  9. Kevin Desmond: Electric Airplanes and Drones: A History, 2018, ISBN 978-1-4766-6961-8, S. 22–23
  10. Турбовинтовые самолеты Ту-95/Ту-114/Ту-142/Ту-95МС, ISBN 978-5-98734-025-7
  11. Kevin Desmond: Electric Airplanes and Drones: A History, 2018, ISBN 978-1-4766-6961-8, S. 66–67
  12. The Guinness Book of Records 1994. Bantam, 1994, ISBN 978-0-553-56561-4, S. 328.
  13. a b Ron Moulton: An electric aeroplane. In: Flight International. Volume 104, Nr. 3378. IPC Transport Press, London 6. Dezember 1973, S. 946 (online verfügbar (PDF) [abgerufen am 19. Januar 2012]).
  14. Chronik. In: hb-flugtechnik.at. HB-Flugtechnik, abgerufen am 27. November 2015.
  15. Militky MB-E1. (1973) In: Klaus L. Schulte: Elektroflug – Technologie, Geschichte, Zukunft, 2014, ISBN 978-3-942095-44-0, S. 159–160
  16. Franz Zussner: Fotobericht vom zweiten Rollout des weltweit ersten Elektroflugzeuges austrianwings.info, 27. Oktober 2017, abgerufen 12. November 2017.
  17. In der Chronologie am Ende des Buches (Appendix D): Kevin Desmond: Electric Airplanes and Drones: A History, 2018, ISBN 978-1-4766-6961-8, S. 291–292 (hier: S. 291)
  18. Solar Challenger. In: Klaus L. Schulte: Elektroflug – Technologie, Geschichte, Zukunft, 2014, ISBN 978-3-942095-44-0, S. 137–138
  19. Presseinformation (Memento vom 20. Juni 2011 im Internet Archive) auf der Website des deutschen Vertriebspartners, abgerufen am 29. März 2011.
  20. Werner Pluta: Airbus E-Concept: Das Linienflugzeug wird elektrisch. golem.de, 22. Mai 2014, abgerufen am 22. Mai 2014.
  21. Lutz Reiche: Dieser Mann will das Fliegen neu definieren. In: Manager Magazin. 19. Juni 2019, abgerufen am 19. Juli 2019.
  22. a b c Jon Hemmerdinger: Harbour Air flies ‘first’ all-electric commercial aircraft, a DHC-2 Beaver. In: flightglobal.com. 10. Dezember 2019, abgerufen am 11. Dezember 2019.
  23. Erstes voll elektrisch angetriebenes Verkehrsflugzeug absolviert Erstfug. In: airliners.de. 11. Dezember 2019, abgerufen am 11. Dezember 2019.
  24. Sebastian Schaal: US-Unternehmen melden Erstflug von bisher größtem E-Flugzeug. In: electrive.net. 29. Mai 2020, abgerufen am 20. Juni 2020.
  25. a b c Stephan Eiselin: Cessna 208 Caravan fliegt elektrisch: Elektroflugzeug bricht Weltrekord. In: aerotelegraph.com. 20. Mai 2020, abgerufen am 8. Juni 2020.
  26. a b c Lars Reinhold: EASA-Zulassung für Velis Elektro. In: aerokurier. 10. Juni 2020, abgerufen am 17. Juni 2020.
  27. Victoria Moores: EasyJet joins electric aircraft project. In: Aviation Week Network, 27. September 2017. 
  28. Samantha Masunaga: This L.A. electric plane startup is working with EasyJet to develop electric jetliners. In: LA Times, 27. September 2017. 
  29. Wright Electric.
  30. Stefan Eiselin: Amsterdam – London als Route für Elektroflieger. In: aerotelegraph.com. 30. Oktober 2018, abgerufen am 2. November 2018.
  31. Stefan Eiselin: Easyjet-Passagiere fliegen jetzt klimaneutral. In: aerotelegraph.com. 19. November 2019, abgerufen am 19. November 2019.