green technology - Verantwortung Zukunft

trieb ist die kompakte Form. Das Volumen
der A320-Originalfelge durfte nicht überschritten
werden. Bei den Motoren selbst
handelt es sich um permanent erregte,
getaktet angesteuerte Gleichstrommotoren.
Einfach aufgebaut und mit einer hocheffizienten
Steuerelektronik ausgestattet, könnte
diese Motorenart später kommerziell
genutzt werden. Mit einem Zielgewicht von
65 Kilogramm pro Motor fällt das Zusatzgewicht
des Antriebs moderat aus.
Bis ein neues System im Flugzeug Verwendung
findet, muss jede Komponente einen
sehr anspruchsvollen Überprüfungsprozess
durchlaufen. Die entsprechende Entwicklungsleistung
wird eindeutig dokumentiert,
bei negativem Testergebnis durchläuft jedes
Bauteil erneut einen Verbesserungs- und
Qualifizierungsprozess. Wenn Software zum
Einsatz kommt, muss diese auf qualifizierten
und zertifizierten Entwicklungsplattformen
aufgebaut und anschließend getestet
werden. Hardwarebasierte Schaltungen sind
oft aus diesem Grund erste Wahl, vor allem
bei Kleinserien.
Für ein Forschungs- und Experimentalsystem
gelten zwar einige vereinfachte Routinen.
Die Sicherheit des Gesamtsystems und
des Flugzeugs muss jedoch durch einfache,
aber wirkungsvolle Abschaltroutinen jederzeit
gewährleistet sein. Die für das Experiment
verwendete Abschaltkette beinhaltete
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mehr als 40 unabhängige Abschaltroutinen,
viele davon in Hardwareausführung.
Die Qualifizierung und die Testfreigabe sind
folglich nur durch die Zusammenarbeit von
Forschung und Flugzeughersteller, flankiert
von einem luftfahrttechnischen Betrieb,
möglich. Zu meistern sind dabei kommunikative
Situationen, die einer babylonischen
Herausforderung gleichen. Für die Entwicklung
eines serienreifen Produktes und den
späteren kommerziellen Einsatz sind jeweils
ein Entwicklungs- und ein Qualifizierungsprozess
notwendig, die eine Zusammenarbeit
mit Flugzeugzulieferbetrieben notwendig
machen.
Getestet wurde auf ebener Fläche. Die
Befürchtung einiger Ingenieure, die Räder
könnten, wie bei einem Kavaliersstart, aufgrund
der geringen Masse von 4 Tonnen,
die auf den Bugrädern lastet, die Haftung
verlieren und durchdrehen, hat sich nicht
bewahrheitet. Ähnliche Versuche eines amerikanisch-tschechischen
Konsortiums haben
sogar bestätigt, dass mit solch einem Antriebskonzept
auf vereister Fläche gefahren
werden kann. Eine weitere Lösung wurde
vor einiger Zeit mit einem elektrischen
Hauptradantrieb vom Hochleistungsmotorenhersteller
Magnet-Motor in Zusammenarbeit
mit der Lufthansa demonstriert. Dort
konnten hohe Geschwindigkeiten von über
30 Stundenkilometern erreicht werden. In-
ternen DLR-Berechnungen zufolge hat der
Einsatz eines Antriebssystems, basierend auf
der Kombination aus Brennstoffzelle und
elektrischem Radantrieb, sowohl Vorteile bei
der Reduzierung von Emissionen als auch
bei der Kostenreduzierung im Betrieb. Vor
allem der Einsatz bei Kurzstreckenflügen bis
1,5 Stunden, wie sie in dichtbesiedelten Gebieten
wie Mitteleuropa vorkommen, bietet
aufgrund des hohen Verhältnisses von Roll-
zu Flugzeit einen Vorteil. Laut detaillierten
Verbrauchs- und Rollzeitdaten könnten am
Flughafen Frankfurt am Main durch den
Einsatz dieser kombinierten Technologie bis
zu 44 Tonnen Kerosin am Tag eingespart
werden. Der dafür notwendige Wasserstoffbedarf
würde aufgrund der höheren Effizienz
des Systems und der höheren Energiedichte
des Wasserstoffs bei ca. 2,5 Tonnen
liegen.
Weitere Vorteile ergeben sich bei der Reduzierung
der Lärmbelastung, denn sowohl die
Brennstoffzelle als auch der elektrische Motor
können geräuscharm betrieben werden.
Ein finanziell interessanter Aspekt ist darüber
hinaus die Einsparung der Haupttriebwerkslaufzeit.
Bei Berücksichtigung der
notwendigen Abkühl- und Vorwärmzeiten
fallen rein rechnerisch ca. 700–1.000 Stunden
weniger Laufzeit pro Flugzeug an.
Wartungsintervalle können damit verlängert
werden, und Geld wird eingespart. Die
traktorlose Zufahrt zum dichtgepackten
Ausgabe 3-2012 // Aus der Forschung
Gate-Bereich und vor allem die autarke
Rückwärtsfahrt wurde im Flughafenbetrieb
skeptisch gesehen. Diejenigen Piloten, die
ein solches Manöver durchgeführt haben,
zeigten sich jedoch zuversichtlich, dass mit
einem Training die entsprechenden Fertigkeiten
und Routinen entwickelt und in
den Betriebsalltag implementiert werden
können.
Auf dem Weg zum „more electric aircraft“
könnten sowohl der elektrische Bodenantrieb
als auch die Einführung der Brennstoffzelle
eine tragende Rolle bei der Emissionsreduzierung
spielen. Werden die
zusätzlichen Vorteile der Brennstoffzelle
wie Wasser- und Inertgasproduktion in
einem „multifunktionalen Einsatz“ zusammengefasst,
könnte sich das Spannungsfeld
Umweltschutz und Business-Case positiv
auflösen. Für kleine Flugzeuge wie die „DLR
H2“ oder solche mit bis zu zehn Passagieren
ist sogar ein rein elektrischer Brennstoffzellenantrieb
denk- bzw. realisierbar. Große
Verkehrsmaschinen werden jedoch auf
Kohlenwasserstoffe als Treibstoff zurückgreifen
müssen.
Dr. Josef Kallo, Leiter Fachgebiet Elektrochemische
Systeme, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
(DLR), Institut für Technische Thermodynamik,
Abteilung Elektrochemische Energietechnik