Bei der Ökologisierung des Flugverkehrs können kleine Teile einen großen Unterschied machen
Flugzeugklappen und Notstromaggregate sind wichtige Komponenten, die im Rahmen der Bemühungen zur Reduzierung des Beitrags der Luftfahrtindustrie zur globalen Erwärmung eine Rolle spielen.
Bei jedem Start und jeder Landung werden die Klappen an den Flügeln eines Flugzeugs ein- oder ausgefahren, um die Stabilität zu gewährleisten. Zugleich weisen sie als visuelle Erinnerung darauf hin, dass ein Flugzeug aus Tausenden von komplizierten Teilen zusammengesetzt ist.
Die Umgestaltung einiger dieser Komponenten könnte auch die von Flugzeugen ausgestoßenen Treibhausgase – einschließlich Kohlendioxid – reduzieren. Der Luftverkehr ist für etwa 2,5 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich.
Alle an Bord
„Wir müssen bei der Reduzierung der Treibhausgase die Führung übernehmen“, sagt Yan Duranteau vom französischen Luft- und Raumfahrtunternehmen Safran. „Die Flugzeuge müssen sauberer werden.“
In der Debatte über die Ökologisierung der Luftfahrt wird Themen wie alternativen Kraftstoffen viel Aufmerksamkeit geschenkt. Im April dieses Jahres einigte sich die EU darauf, verbindliche Ziele für die Verfügbarkeit von nachhaltigen Flugkraftstoffen in Europa festzulegen.
Die neue ReFuelEU-Gesetzgebung erfordert, dass ab 2025 die Lieferanten sicherstellen müssen, dass 2 % des an EU-Flughafen bereitgestellten Treibstoffs nachhaltig ist. Dieser Anteil wird bis 2030 auf 6 %, bis 2035 auf 20 % und bis 2050 auf 70 % erhöht.
Aber auch andere Maßnahmen sind hilfreich. Leichtere Flugzeuge können beispielsweise den Treibstoffverbrauch und damit die Emissionen senken: eine Strategie, die in dem von der EU finanzierten Projekt SWING verfolgt wurde, das im September 2022 nach drei Jahren endete.
„Wir brauchen alle Lösungen, um den Klimawandel zu bekämpfen“, betont Christophe Cornu, der SWING koordiniert hat und Wissenschaftler am Französischen Technischen Zentrum für mechanische Industrien (Cetim) ist. „Dazu gehört auch eine Verringerung des Gewichts.“
Vordere Klappen
SWING konzentrierte sich auf die Krueger-Klappen, die sich an der Vorderseite des Flugzeugflügels befinden. Bei Start und Landung werden diese Klappen ausgefahren, um den Flügel zu vergrößern und seine aerodynamische Form zu verändern. Dies verleiht dem Flugzeug mehr Stabilität in den kritischen Momenten, wenn es mit geringerer Geschwindigkeit fliegt.
SWING hat ein neues Design für diese Klappen entwickelt, bei dem thermoplastische Polymere verwendet werden, ein Material, das recycelt werden kann und leichter ist als die üblichen Metalle.
„Wir haben das Gewicht des Bauteils um fast 20 % reduziert“, sagt Cornu.
Er hofft, dass die im Rahmen des Projekts entwickelten Materialien nicht nur für die Krueger-Klappe, sondern auch für weitere Teile verwendet werden können. „Es gibt noch viel zu forschen, zu entwickeln und zu testen“, fügt Cornu hinzu. „Aber durch die vollständige Umgestaltung eines Flugzeugs mit diesen neuen Materialien könnten wir seine Emissionen um bis zu 20 % reduzieren.“
Wasserstoff-Hoffnungen
Eine weitere Flugzeugkomponente, die einer Neubetrachtung unterzogen wird, ist das Notstromaggregat. Im Falle eines Stromausfalls ermöglicht dieses Gerät den kontinuierlichen Betrieb wichtiger Systeme wie der Flugsteuerung.
Gegenwärtig wird eine kleine Windturbine oft als Notstromversorgung in zivilen Flugzeugen eingesetzt. Die Rotation dieses Geräts, das als Stauluftturbine bezeichnet wird und während des Flugs aus dem Rumpf des Flugzeugs herausragt, dient dem Antrieb eines elektrischen Generators oder einer Hydraulikpumpe.
Das von der EU finanzierte Projekt FLHYSAFE, das letzten Monat nach fünfeinhalb Jahren abgeschlossen wurde, hatte zum Ziel, das bestehende System durch eine wasserstoffbetriebene Alternative zu ersetzen. Das Hauptziel des neuen Systems besteht darin, die Sicherheit der Flugzeuge zu verbessern, wobei gleichzeitig auch Umweltvorteile angestrebt werden.
„Eine Turbine kann nicht für jeden Flug überprüft werden – es wäre zu kompliziert, die Luftgeschwindigkeiten am Boden zu erzeugen, um die Turbine zum Drehen zu bringen“, erklärt Duranteau von Safran, der FLHYSAFE koordinierte. „Ein Brennstoffzellensystem bietet jedoch den Vorteil einer kontinuierlichen Überwachung, um potenzielle Ausfälle zu erkennen und zu vermeiden, was zu einer erhöhten Sicherheit führt.“
Die Wissenschaftler des Projekts sind zuversichtlich, dass ihr System, das jetzt getestet wird, unter Notfallbedingungen eine bessere Leistung erbringt als die derzeit verwendeten Turbinen. Das Team hat eine zusätzliche Motivation: Es will beweisen, dass Wasserstoff in der Luftfahrt funktionieren und als emissionsfreier Treibstoff dienen kann.
„Wenn wir über spezifische Teile wie diese nachdenken, können wir Wasserstoff für die Luftfahrt besser verstehen“, sagt Duranteau. „Ein Notstromaggregat ist ein komplexes System mit vielen Beschränkungen. Wenn es uns gelingt, dieses System mit Wasserstoff zu betreiben, gelingt uns ein großer Schritt nach vorn.“
In der ReFuelEU-Gesetzgebung ist Wasserstoff als Teil eines nachhaltigen Kraftstoffmixes vorgesehen und soll schrittweise die Dekarbonisierung des Luftverkehrs unterstützen.
Langstrecke
Das von FLHYSAFE entwickelte Notstromaggregat und die neu gestalteten Klappen aus dem SWING-Projekt haben das Potenzial, in bestehenden Flugzeugen eingesetzt zu werden.
Aufgrund der langen Entwicklungs- und Zertifizierungszeiten in der Luftfahrt würde ihre tatsächliche Einführung jedoch nicht vor 2030 erfolgen. Die neuen Teile müssen sich auch nahtlos in die anderen Teile eines Flugzeugs integrieren.
„Wir haben noch einen langen Weg vor uns“, erklärt Duranteau. „Die Teile für Wasserstoff in der Luftfahrt, wie die Speichertanks, sind noch nicht ausgereift genug. Wir müssen sie noch verbessern, bevor wir diese Art von System in ein Flugzeug integrieren können.“
Die Validierung der SWING-Klappen erfolgt in Zusammenarbeit mit Sonaca, einem belgischen Luft- und Raumfahrtunternehmen, das Komponenten an den Flugzeughersteller Airbus liefert. „Eine Krueger-Klappe muss in den gesamten Flügel integriert werden“, sagt Cornu von Cetim. „Es reicht nicht aus, nur die Klappe zu entwerfen. Man muss den gesamten Flügel ändern, damit das funktioniert.“
In der Forschungsgemeinschaft wird diese Arbeit als ein kleiner, aber wichtiger Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels angesehen. „Heute gestalten wir nur einen kleinen Teil des Flügels um“, sagt Cornu. „Aber die gewonnenen Erkenntnisse können für viele Komponenten des Flugzeugs genutzt werden. Was wir hier tun, hat das Potenzial, die Funktionsweise von Flugzeugen radikal zu verändern.“
Recherchen zu diesem Artikel wurden von der EU gefördert.
Weitere Infos
Artikel von Tom Cassauwers
Dieser Artikel wurde erstmals in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.