10. September 2021

In Sachen Innovationen scheint alles möglich

Umweltfreundliches Fliegen hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Entwicklung dieses Trends begann ungefähr 2010 mit der Vorstellung von rund 20 neuen, weltweiten Projekten zu elektrischen und hybriden Antriebstechnologien in Bereichen wie der allgemeinen Luftfahrt, dem großangelegten Geschäftsreiseverkehr und für Lufttaxis für kurze und mittlere Strecken. Bis 2016 erreichte der Boom die mit Elektroantrieben befassten Forschungs- und Entwicklungsabteilungen. Es wurden einige Dutzend neue Projekte ins Leben gerufen und Start-ups schossen wie Pilze aus dem Boden. Spulen wir vor bis 2021: Mittlerweile gibt es rund um den Globus mehr als 280 solcher Luftfahrtprojekte, wobei 85 Prozent davon in Europa und Nordamerika durchgeführt werden. Und dieser Aufwärtstrend scheint nicht zu stoppen zu sein.

Im ersten Halbjahr 2021 kamen in Europa, Nordamerika, Südamerika und Israel 11 solcher Projekte hinzu. Es lässt sich außerdem ein Trend verzeichnen, der weggeht von elektrischen und hybriden Technologien hin zu Wasserstoffantrieben, welche 36 Prozent der vorgestellten Projekte in 2021 ausmachten.

Elektrisch angetriebene Flugzeuge weiter im Auftrieb

Die Zahl der elektrisch angetriebenen Flugzeug ist während des vergangenen Jahrzehnts sprunghaft angestiegen – auf 61 Prozent des Gesamtentwicklungsvolumens auf diesem Gebiet. Unsere neueste Think:Act-Ausgabe Aircraft Electrical Propulsion – Onwards and Upwards stellt die jüngsten Entwicklungen dar und untersucht, wie Luft- und Raumfahrtindustrie für den Wandel aufgestellt sind. Die interaktive Karte unten zeigt Ihnen die Länder, die in Forschung und Entwicklung an vorderster Front stehen, wer die Hauptakteure sind und welche großen Projekte derzeit laufen.

"Es lässt sich seit 2019 ein Trend verzeichnen, der weggeht von elektrischen Technologien hin zu Wasserstoffantrieben, welche 36 Prozent der vorgestellten Projekte in 2021 ausmachten."
Portrait of Robert Thomson
Partner, Managing Partner United Kingdom
London Office, Westeuropa

Flugtaxis führen das Feld an

Derzeit wird weltweit in mehr als 100 Projekten an der Entwicklung und Erprobung des Ökosystems Urban Air Mobility (UAM) gearbeitet. Ca. 40 Prozent aller allgemein bekannten Innovationen sind Flugtaxis – sie sind damit führend vor anderen Formen der Luftfahrzeuge. Die anfängliche Expansion auf diesem Gebiet ist den großen Vertretern der Luftfahrtindustrie, wie Boeing und Airbus, zu verdanken. Der erste erfolgreiche Testflug eines autonomen PAV- (Passenger Air Vehicle) Prototyps erfolgte im Januar 2018. Das von A3 entwickelte Vahana war das erste von Airbus gestartete PAV, kurz darauf gefolgt vom CityAirbus für 4 Passagiere. Diese Fahrzeuge sollen später autonom fliegen. Solange der Luftverkehrsraum nicht entsprechend entwickelt ist, wird der erste kommerzielle Flug, der für 2023 geplant ist, allerdings von einem Piloten geführt werden.

2021 gab es zwei Innovationen vom brasilianischen Hersteller von Zivilflugzeugen Embraer: Pulse Concept und Eve sind beides elektrische Luftfahrzeuge, die senkrecht starten und landen (VTOL) und vier bis sechs Passagiere transportieren können. Der erste Flug ist für 2026 geplant.

Allgemeine Luftfahrt folgt auf dem Fuße

Mit der allgemeinen Luftfahrt befassen sich weltweit rund 100 Projekte oder anders gesagt: 37 Prozent der Projekte auf unserer interaktiven Karte. Zusammen mit den Flugtaxis dominiert sie das Feld der vollständig elektrischen Antriebe. Das kommt nicht überraschend: Kleinere Entwicklungen können nicht nur leichter finanziert und getestet werden, die derzeit verfügbare Technologie ist zudem besser für Kurzstreckenflüge mit niedrigerem Energiebedarf geeignet. Das Unternehmen Solar Flight Inc. jedoch hat im Laufe des letzten Jahrzehnts große Schritte in Richtung Solarstrom für Flugzeugantriebe unternommen, mit dem Ziel damit in naher Zukunft durchzustarten. Trotz der Faszination, die die äußerst erfolgreichen Solar Impulse-Flüge weltweit ausüben, steckt die Solarenergie im großen Maßstab noch in den Kinderschuhen – einige Elemente daraus, eventuell in Kombination mit anderen Energiequellen mögen für kleinere Flugzeuge von zunehmendem Interesse sein.

Ein Jahr der Partnerschaften

2021 war und ist das Jahr der Partnerschaften. Zu den vielen Gemeinschaftsprojekten, die im ersten Halbjahr 2021 angekündigt wurden, gehört auch die Partnerschaft zwischen dem kalifornischen Elektro-Flugzeughersteller Joby Aviation, der Fluggesellschaft JetBlue Airways und Signature Flight Support, deren Ziel es ist, die Kommerzialisierung der sauberen Luftfahrt voranzubringen. Kurzfristig sind die Partner bestrebt, die Rahmenbedingungen für den Emissionshandel festzulegen, um so den Weg für die Verwendung sauberer Energieträger in der Luftfahrtindustrie zu ebnen. Ihnen ist bewusst, dass die Technologien für Wasserstoffantriebe noch am Anfang ihrer Entwicklung stehen, jedoch sind sie ihrer Meinung nach unerlässlich, wenn es darum geht, den Wandel in der Branche hin zu einer grünen, kommerziellen Luftfahrt zu beschleunigen.

"Mit circa 40 Prozent aller in der Karte aufgeführten Entwicklungen führen Flugtaxis weiterhin das Feld an."
Portrait of Robert Thomson
Partner, Managing Partner United Kingdom
London Office, Westeuropa

Der vielversprechende Wasserstoff

In die Sustainable Aircraft Database von Roland Berger werden nunmehr zum ersten Mal mit Wasserstoff angetriebene Flugzeuge aufgenommen. Während der Anstieg der Anzahl an Projekten mit Batterie- und mit Hybridantrieb sogar nachgelassen hat, hat Wasserstoff im letzten Jahr eine zentrale Rolle übernommen, was eine Reihe von neu angekündigten Projekten belegt, darunter ZEROe concepts von Airbus, H2GEAR von GKN und das Programm zur Triebwerksentwicklung von ZeroAvia für Flugzeuge mit mehr als 50 Sitzen.

Die Nutzungsmöglichkeiten für flüssigen Wasserstoff sind vielversprechend, jedoch bleiben einige Hürden zu überwinden, bevor dieses Antriebsmittel von der Luftfahrtindustrie flächendeckend angenommen werden kann. Da Wasserstoff über eine niedrige volumetrische Energiedichte verfügt, würde ein Flugzeug im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen eine große Menge an Treibstoff mitführen müssen, was erhebliche Änderungen an der Konstruktion erforderlich macht. Für flüssigen Wasserstoff sind zudem kryogene Temperaturen nötig, was die Komplexität des Designproblems zusätzlich erhöht. Nicht zuletzt ist die Form des Tanks (Kugeltank, Rundtank oder Mischform) entscheidend für eine optimale Volumeneffizienz.

Besonders dringlich sind aber die Sicherheitsbedenken bei dieser Technologie. Wasserstoff kann leicht durch feine Risse in der Verkleidung austreten und Lecks sind extrem schwer zu finden und auszubessern. Ein weiteres Risiko besteht darin, dass Wasserstoff der Umgebung Sauerstoff entzieht, wenn es in großen Mengen austritt, was im Falle eines inneren Lecks tödlich sein kann.

Nichtsdestotrotz ist das Potenzial für Wasserstoffantriebe beträchtlich, denn sie bieten eine Antriebsvariante ohne Kohlenstoff (wenn nicht sogar mit kompletter Nullemission), und nicht umsonst legen sowohl Neulinge als auch alte Hasen auf dem Markt solch einen Enthusiasmus an den Tag, um diese Herausforderungen zu meistern.

Mitspracherecht für künftige Passagiere

Selbstverständlich spielt auch die breite Öffentlichkeit eine Rolle, besonders wenn es um die Flugtaxis geht. Airbus UTM, eine Abteilung der Urban-Air-Mobility-Einheit von Airbus, hat kürzlich die Ergebnisse einer Vorstudie zur öffentlichen Akzeptanz der UAM herausgebracht. Von den 1.540 Befragten gaben 44 Prozent an, dass sie den Einsatz von UAM befürworten. Zu den größten Bedenken zählen die Sicherheit am Boden sowie Lärmbelästigung.

Die Studie zeigt, dass geographische oder praktische Notwendigkeiten sowie die jeweilige Einstellung entscheidend dafür sind, wie schnell und bis zu welchem Ausmaß das Konzept der Flugtaxis angenommen wird. Die Einbeziehung und die Aufklärung der Öffentlichkeit werden nötig sein, um eine breite Akzeptanz zu erzielen. In Ingolstadt zum Beispiel wurde den Bürgern im Rahmen der laufenden UAM-Initiative der Stadt eine aktive Rolle in Machbarkeitsstudien zugesichert.

In Sachen Innovationen scheint alles möglich

Elektrisch angetriebene Flugzeuge und damit verbundene Ökosysteme machen Fortschritte, sind aber noch nicht ausgereift. Die regulatorischen Rahmenbedingungen befinden sich ebenfalls noch im Aufbau. Allerdings scheinen solche Unsicherheiten weder etablierte Unternehmen noch Start-ups davon abzuhalten, in diesen Bereich vorzudringen. Neben Airbus und Boeing sind hier eine ganze Reihe weiterer Akteure am Ball wie zum Beispiel Kitty Hawk, das kürzlich von dem bereits erwähnten Flugzeughersteller Joby Aviation aufgekauft wurde.

Die oben genannten Unternehmen sind alle in den USA angesiedelt, doch auch aus anderen Ecken der Welt kommen ähnliche Innovationen. Zum Beispiel planen Lilium und Volocopter in Deutschland ein Fünf- und ein Zweisitzer-Flugtaxi für den kommerziellen Gebrauch. Das russische Team von Hoversurf baut ein eVTOL-Flugzeug, in dem 4 Passagiere Platz haben und das autonom fliegen kann. Während es bei der Mehrheit der Innovationen des letzten Jahrzehnts vorrangig um die batteriebetriebene Luftfahrt ging, konzentriert sich das Start-up Alaka'i Technologies Corporation's Skai auf den Wasserstoffantrieb. Ihr Ziel ist es, ein Flugzeug auf den Markt zu bringen, das bis zu vier Stunden teilweise autonom in der Luft bleiben kann.

Doch Flugtaxis sind noch lange nicht alles. Terrafugia, ein chinesisch geführtes und in Massachusetts niedergelassenes Start-up, baut ein fliegendes Auto für zwei Passagiere, bei dem es sich um ein Hybrid aus elektrischem Straßenfahrzeug und Flugzeug mit einer Art Druckpropeller handelt. Obwohl die derzeitigen Entwicklungen auf dem Gebiet des grünen Luftverkehrs so unterschiedlich wie zahlreich sind, geht es bei allen doch um das gleiche Ziel: eine nachhaltigere Luftfahrt .

Portrait of Robert Thomson
Partner, Managing Partner United Kingdom
London Office, Westeuropa
+44 20 3075-1100