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Energiewende in der Luftfahrt

Im Fokus des Vorhabens steht die Herausforderung, den Luftverkehr auch zukünftig effizient zu gestalten und dabei die konkurrierenden Anforderungen an stetiges Wachstum und langfristige Umweltverträglichkeit zu erfüllen.

Neben der folgenden Vorstellung, finden Sie hier detaillierte Informationen über die einzelnen Forschungsfelder, Ansätze, Schwerpunkte und Ziele des Projekts.

LogoEnergiewende in der Luftfahrt

Ziele des interdisziplinären Forschungsprojekts um den Projektsprecher Prof. Jens Friedrichs sind die Senkung von  CO2 - und NOx - Emissionen, die Verringerung der Lärmbelastung sowie die Gewährleistung der Recyclingfähigkeit von Lufttransportsystemen. Darüber hinaus ist die Entwicklung eines angepassten Luftverkehrs-Managements ein zentrales Anliegen des Projekts.

Die Ausrichtung auf nicht nur rein luftfahrttechnische Aspekte knüpft an den Kerngedanken einer Transitionsfähigkeit des gesamten Lufttransportsystems an. Dies bedeutet, dass technische Veränderungen des Fortbewegungsmittels selbst, genauso wie Veränderungen der Verkehrsführung und Infrastruktur notwendig sind, um emissionsfreien Luftverkehr für die Zukunft zu ermöglichen. Gebündelt werden diese Aspekte im Bestreben eine Integration des zukünftigen Luftverkehrs in ein kreislaufbasiertes Energiesystem zu erreichen. In diesem Zusammenhang werden die jeweiligen Anforderungen von Lang-, Mittel- und Kurzstreckenmissionen als zentrale Anknüpfungspunkte der Grundlagenforschung betrachtet. Auch die Untersuchung von synthetischen Treibstoffen, als Alternative zu fossilen Brennstoffen, macht einen Forschungsschwerpunkt aus. Eine Herausforderung hierbei stellen sowohl hohe Kosten als auch die zeitliche Dauer der Entwicklung von Flugzeugen mit Technologien dar, die auf die Nutzung synthetischer Brennstoffe ausgerichtet sind. Daher nimmt die Analyse des Wandels von Energiesystemen bei der Lebenszyklusanalyse zukünftiger Transportflugzeuge eine bedeutende Rolle ein. Um mögliche Reduzierungen der Leistungsfähigkeit bei Flugzeugen mit hybrid-elektrischen Antriebssystemen zu vermeiden, werden außerdem Weiterentwicklungen im Gebiet der Vortriebserzeugung (Propulsion) und der Widerstandsreduzierung erforscht.

Eine zentrale Aufgabe des Projekts ist die Generierung interdisziplinärer Bewertungsmethoden für Luftfahrtsysteme im Hinblick auf eine sich vollziehende Energiewende. Diese sollen unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen und sozioökonomischen Methoden weiterentwickelt und ergänzt werden. Darüber hinaus werden die technologischen Forschungsschwerpunkte ebenfalls durch designwissenschaftliche Überlegungen ergänzt. Hieran wird die interdisziplinäre Ausrichtung des Forschungsprojekts deutlich, welches sich in drei Kernbereiche gliedert:

Kernbereich I: Gesamtsystembewertung

Im Zentrum des Kernbereichs Gesamtsystembewertung steht die Entwicklung von Bewertungsmethoden für Energiesysteme und Luftverkehrsszenarien unter Berücksichtigung technologischer, betriebswirtschaftlicher und geisteswissenschaftlicher Problemstellungen. Hierbei wird auch die Technologiefolgenabschätzung in die Überlegungen einbezogen und Wechselwirkungen zwischen Flugzeug und Infrastruktur berücksichtigt. Hierfür sollen Simulations- und Optimierungsmodelle entwickelt und angepasst werden, die einerseits der Problemanalyse dienen. Andererseits sollen sie für die Formulierung konkreter Handlungsempfehlungen zur Gestaltung und zum Betrieb von Luftfahrtsystemen genutzt werden. Überlegungen zur Lärmreduzierung sowie zu neuen Flugverfahren spielen dabei ebenfalls eine wichtige Rolle.

Kernbereich II: Systemplattformen

Der Kernbereich Systemplattformen beschäftigt sich mit der Analyse und Bewertung der Vehikel-Technologien d.h. der Technologien im Flugzeug selbst. Unter anderem werden Konzepte verteilter Antriebe, die durch die Entkopplung von Propulsor und Leistungserzeugung möglich werden und zu einer Verbrauchsreduzierung führen sollen, untersucht. Hierbei wird ebenfalls die Möglichkeit einer Verringerung von Lärmemissionen in die Analysen einbezogen. Darüber hinaus ist die Reduktion von Widerstand im Rumpf- und Flügelbereich ein zentrales Forschungsfeld. Außerdem steht die Entwicklung von Strukturkonzepten für zukünftige Energiespeicher und hybride Antriebe im Zentrum der Forschung. Auch neue Fertigungstechnologien und modifikationsfähige Strukturen werden mit Hilfe von Simulationsmodellen untersucht, mit dem Ziel Wandlungsfähigkeit und damit lange Lebenszyklen zukünftiger Transportflugzeuge zu ermöglichen. Um systembedingte Gewichtsnachteile elektrischer und hybrider Systeme auszugleichen, beschäftigt sich der Kernbereich zudem mit neuartigen Leichtbaukonzepten und Lastumverteilung.

Kernbereich III: Energieversorgung

Verschiedene Energie-Architekturen,hybride Antriebsvarianten sowie komplett regenerative Konzepte werden vom Kernbereich Energieversorgung betrachtet und bewertet. Untersucht werden unter anderem die Integration von thermoelektrischen Generatoren im heißen Bereich sowie die Verwendung elektrischer Propulsoren im Turbinenbetrieb unter der Prämisse der Energierückgewinnung und direkten Bordnetzeinspeisung. Hinsichtlich der Analyse kreislaufbasierter Speicherszenarien, konzentriert sich der Bereich auf Flüssiggas- und synthetische Hochleistungskraftstoffe aus nachhaltigen und regenerativen Quellen, Festelektrolytzellen und Niedertemperatur-Brennstoffzellen.

Das interdisziplinäre Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Braunschweig, LU Hannover, HBK, DLR, PTB und Fraunhofer-Gesellschaft wird in den nächsten zwei Jahren die Weichen für die Energiewende in der Luftfahrt stellen. Das vom Land Niedersachsen und der TU Braunschweig kofinanzierte Programm startet am 1. September 2016.

 


  aktualisiert am 05.07.2017
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