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Die Kabinen bieten Platz für jeweils zwei Personen. Ein Konsortium aus DLR, Universität Ulm und Flughafen Stuttgart hat den Hy4 im Oktober der Öffentlichkeit präsentiert. Der neue Wasserstoff-Brennstoffzellen-Hybridantrieb des DLR leistet 80 Kilowatt und soll den Viersitzer bis zu 1800 Kilometer weit bringen. Josef Kallo, Leiter Fachgebiet Elektrochemische Systeme vom DLR in Stuttgart, und seine Kollegen wollen vor allem den Antrieb in den nächsten Jahren genau erforschen. Nach dem Start kann die Batterie während des Flugs entweder von den Brennstoffzellen oder von dem Propellermotor geladen werden, der im Sinkflug als Generator läuft. Genau wie beim Auto ist diese Energierückgewinnung ein enormer Vorteil von elektrischen Antrieben. Kallo schätzt, dass Flugzeuge mit vielen Starts und Landungen so rund 15 Prozent Energie sparen.

So vielversprechend der Weg ist – für das große Geschäft in der Luftfahrt reichen vier Sitze und 1800 Kilometer Reichweite bei Weitem nicht. Airbus arbeitet daher zusammen mit dem Triebwerkshersteller Rolls-Royce an der Konzeptstudie E-Thrust, was so viel wie "elektrischer Schub" bedeutet. Die Studie beschreibt ein hybridelektrisches Antriebssystem für ein Regionalflugzeug mit 70 bis 90 Sitzen.

Zwei wesentliche Neuerungen finden sich darin: Zum einen soll eine Erdgasturbine im Heck des Flugzeugs einen Generator antreiben, um so den nötigen Strom für die Fans zu erzeugen, wie die Schaufelräder bei Düsentriebwerken genannt werden. Was wie Mogelei wirkt, ist bei näherem Hinsehen ein kluges Konzept. Da ein Akku als Energiezwischenlager dient, kann die Gasturbine ständig in ihrem optimalen Betriebspunkt laufen und sehr effizient betrieben werden. Das System verbraucht damit weniger Energie als ein herkömmlicher Düsenantrieb. Hinzu kommt, dass die Fans im Sinkflug von der Außenluft angetriebenen werden, als Generatoren wirken und die Batterie wieder aufladen.

Größter Knackpunkt ist allerdings: Die Fans sollen von supraleitenden Motoren angetrieben werden, um Verluste und Abwärme in Grenzen zu halten. Doch die gibt es noch nicht. Ebenso wenig existieren Pufferbatterien mit einer Energiedichte von 1000 Wattstunden pro Kilogramm. Heutige Akkus liegen bei höchstens 200 Wattstunden pro Kilogramm. Das Konzept ist also frühestens etwas für die übernächste Flugzeuggeneration.

Die zweite wesentliche Neuerung ist dagegen näher an der Realität: Als Antrieb dient nicht nur ein Fan pro Tragflügel, sondern drei. Jeder hat eine Leistung von drei bis fünf Megawatt. Ohne elektrischen Antrieb ließe sich diese Vielzahl nicht verwirklichen, weil Düsentriebwerke zu schwer und zu klobig wären. Verteilte Antriebe haben einen großen Vorteil: Sie sparen beim Verbrauch. Mehr Fans bedeuten mehr Fläche und somit auch eine bessere Nutzung der Luftströmung für den Vortrieb.

Bei kleineren Flugzeugen sind verteilte elektrische Antriebe schon zum Greifen nah. So entwickelt die Nasa zusammen mit Joby Aviation einen Antrieb namens LEAPTech (Leading Edge Asynchronous Propellers Technology, deutsch etwa Asynchrone Vorderkanten-Propeller-Technologie). Ihr Ansatz geht noch über die E-Thrust-Idee hinaus: Die Forscher tauschen die serienmäßigen Tragflächen einer zweimotorigen Tecnam P2006T gegen neue, kürzere und viel schmalere Flügel – mit insgesamt 18 kleinen Elektromotoren an der Vorderkante. Dieses Konzept hat zusätzliche Vorteile: Zwischen den Tragflächen und der anströmenden Luft entsteht normalerweise immer eine Grenzschicht mit vielen kleinen Verwirbelungen, die den Luftwiderstand erhöht.

Viele kleine Propeller an der Flügelvorderkante beschleunigen die Luft direkt am Flügel, verhindern so die Bildung dieser Grenzschicht und sorgen gleichzeitig für mehr Auftrieb. "Wenn ich verteilte Antriebe über den ganzen Flügel habe, kann ich die Strömung auf dem Flügel beeinflussen", fasst Josef Kallo vom DLR zusammen. Außerdem profitieren alle elektrischen Antriebe vom hohen Drehmoment der Elektromotoren auch bei kleinen Drehzahlen. Dadurch können die Propeller langsamer drehen und erzeugen weniger laute und bremsende Verwirbelungen. Und schließlich lassen sich Elektromotoren elektronisch sehr exakt ansteuern und machen Flugzeuge leichter zu fliegen. Selbst wenn ein oder zwei davon ausfallen, "kann ich das Flugzeug immer noch sehr sicher weiterfliegen lassen", meint Kallo.

"Verteilte elektrische Antriebe lassen uns Dinge tun, die wir schon seit 50 Jahren machen wollen", schwärmt Mark Moore, Cheftechnologe "On-Demand Mobility" beim Nasa Langley Research Center. Eines dieser Dinge ist der alte Traum vom persönlichen Flugzeug, das bei jedem zu Hause vor der Tür steht, senkrecht starten und landen kann und seine Nutzer stressfrei und fernab verstopfter Straßen zur Arbeit bringt.

Ein solches Fluggerät entwickelt Joby Aviation derzeit mit dem S2. Der batteriebetriebene Senkrechtstarter hat 16 Propeller, bietet Platz für zwei Personen und eine Reichweite von über 300 Kilometern. Ein Produktions- oder gar Auslieferungstermin steht allerdings noch nicht fest. Da sind die jungen Gründer und Ingenieure von Lilium Aviation optimistischer. Die Ausgründung der TU München wird unter anderem von der Esa gefördert und möchte ihren Lilium Jet Ende 2019 auf den Markt bringen.

Der batterieelektrische Zweisitzer soll 500 Kilometer weit fliegen, senkrecht starten und landen sowie mit eingeklappten Flügeln die letzte Meile zum Ziel auf der Straße zurücklegen können. Der Zeitplan ist zumindest mutig: Konkurrent Joby Aviation arbeitet schon seit zehn Jahren an seinem S2. (bsc)