Flugantriebe: Technologie an vielen Fronten bei MTU

Für Technik-Vorstand des Unternehmens, Lars Wagner, hatte die MTU  Aero Engines noch nie in ihrer Unternehmensgeschichte so zukunftsweisende Antworten. "Im zivilen Bereich forschen wir gleichzeitig an evolutionären Ansätzen, die sich bereits heute mit nachhaltigen Kraftstoffen, eFuels, betreiben lassen, sowie alternativen Antriebskonzepten, etwa hybrid-elektrisches Fliegen, is hin zur Brennstoffzelle", konstatiert Wagner.

Zivile Luftfahrt im Jahr 2050

Mit ihrer Beteiligung am Getriebefan-Triebwerk (GTF) von Pratt & Whitney bestimmt die MTU schon heute eindrucksvoll das Geschehen in der Gegenwart und schickt sich an, die Zukunft so nachhaltig wie noch nie zuvor in ihrer Unternehmensgeschichte zu beeinflussen: Die zweite GTF-Generation bietet noch deutliche Potenziale und soll weiter optimiert nochmals ganz gravierende Emissionseinsparungen bringen. Mitte der 2030er-Jahre sollen die neuen Antriebe in der Luft sein.

Damit geben sich die MTU-Experten aber nicht zufrieden, sondern richten ihren Blick weiter in die Zukunft. Als einige der wenigen Zukunftsdenker weltweit machen sie sich zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung bereits Gedanken über zivile Antriebe, die nach 2050 fliegen könnten. "Für diese Zeit erarbeitet die MTU heute schon revolutionäre Antriebskonzepte, um die ambitionierten Flightpath-2050-Ziele zu erreichen", konstatiert Entwicklungschef Dr. Jörg Henne und ergänzt: "Die neuen Antriebslösungen müssen über den heutigen Stand der Technik hinausgehen. Das größere Ziel lautet: emissionsfreies Fliegen."

Antrieb mit Kolbenverdichter und nasse Verbrennung

Die MTU Aero Engines, Deutschlands führender Triebwerkshersteller, entwickelt hierfür zwei konkrete Antriebskonzepte – den Composite Cycle und das STIG Cycle Engine. Die bewährte Fluggasturbine wird mit völlig neuen Technologien kombiniert: Beim Composite-Cycle-Ansatz soll das herkömmliche Hochdruck-Verdichtersystem durch einen Kolbenverdichter und -motor ergänzt werden. "Damit könnten wir den thermischen Wirkungsgrad deutlich steigern", schildert Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Vorauslegung.

Beim STIG Cycle Engine wird ein Dampfkraftprozess in den Gasturbinenprozess integriert. Eine Gasturbine mit Wasserdampfeinspritzung soll zur Anwendung kommen, um die Wärme des Abgasstrahls dem Prozess innerhalb des Triebwerks wieder zuzuführen. Die nasse Verbrennung würde sowohl die CO2- als auch die NOx-Schadstoffemissionen deutlich verringern. "Welcher Ansatz letztlich das größere Potenzial hat und wirtschaftlich realisierbar ist, muss sich zeigen", konstatiert Weber. Sollte sich das STIG Cycle Engine durchsetzen, bedarf es einer neuen Flugzeugarchitektur, denn mit der bestehenden Konfiguration wird das nicht umsetzbar sein.

Nachhaltige, regenerative Kraftstoffe

Gleichzeitig laufen Arbeiten an weiteren Aktivitäten für synthetisches Kerosin als Erängzung zu neuen Triebwerken. "Wir würden mit ihnen zwar einen deutlichen Beitrag leisten, werden die Vorgaben aber auf keinen Fall komplett umsetzen können. Was uns dazu noch fehlt, muss durch die Entwicklung nachhaltiger Kraftstoffe hereingeholt werden." Man müsse weg von der Verbrennung fossiler Brennstoffe hin zu nachhaltigen, regenerativen Kraftstoffen. Weber: "Deren Einsatz wollen wir einfordern."

Gute Ansätze zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe bieten die Solarenergie sowie Strom – sofern er nachhaltig erzeugt wird. Letztere Technologie ist bereits heute schon verfügbar. Ein großer Vorteil dieser Kraftstoffe, ist die Tatsache, dass sie keine neue Infrastruktur erfordern, sondern innerhalb der existierenden drop-in genutzt werden können. Denkt man konsequent in Richtung emissionsfreies Fliegen weiter, kommt man zur Brennstoffzelle – also Fliegen mit Wasserstoff. Der Ausstoß von NOx wird komplett vermieden. Auch diese Technologie hat die MTU im Visier.

Elektrisches Fliegen

Ein Thema, das in letzter Zeit immer mehr in den Blick der Öffentlichkeit gerückt ist, beschäftigt natürlich auch die Münchner Triebwerksexperten – Fliegen mit Strom. Denn: Rein batterie-elektrisch betriebene Flugzeuge fliegen komplett emissionsfrei – sofern auch der Strom nachhaltig erzeugt wird – sieht man von der Lärmentwicklung ab, die beim Fliegen schlichtweg nicht komplett zu vermeiden ist.

Realistisch betrachtet gibt es aus heutiger Sicht allerdings große Hürden zu überwinden, um rein batterie-elektrisches Passagierfliegen zu realisieren. Weber ordnet ein: "Elektrische Antriebe und Batterien erreichen heute Leistungswerte, die einen Einsatz im Bereich von Motorseglern und kleinen Sportflugzeugen erlauben." Eine Übertragung auf Flugzeuge der Airbus-A320-Klasse ist bis auf Weiteres nicht möglich, da die Batteriekapazitäten dafür heute bei weitem nicht ausreichen. "Und für die Zukunft sehen wir auch noch keine erfolgsversprechenden technologischen Ansätze."

Technisch realisierbar erscheinen hingegen aus heutiger Sicht turboelektrische oder hybrid-elektrische Systeme – also eine Integration von Turbomaschine und Generator im Flugzeugrumpf. Der Strom für die Elektroantriebe könnte von einer Gasturbine erzeugt werden; die E-Motoren wiederum würden verteilte Fans am Flügel antreiben. Ob damit tatsächlich ein Potenzial zu heben ist, so Weber, müsse noch nachgewiesen werden. Die Erfolge stehen und fallen mit dem technischen Fortschritt im Bereich der Batterien und Elektromotoren. Auch hier ist die MTU am Ball und beteiligt sich an verschiedenen Studien und Initiativen: So sollen mit Partnern hybrid-elektrische beziehungsweise elektrische Antriebsstränge für Flugtaxis oder sogar Flugzeuge der Größe eines 19-Sitzers untersucht werden.

Zukunftstaugliche Gasturbine

Eines steht für die MTU-Technologen fest: "Das Konzept der Fluggasturbine wird sich weiter behaupten. Es ist zukunftstauglich und kann weiter optimiert werden." Mit dem Einsatz nachhaltiger Kraftstoffe bei bestehender Infrastruktur können mit ihnen die Schadstoffemissionen zeitnah deutlich reduziert werden. Zwei Anwendungen im Flugzeug wären für die Gasturbine denkbar: entweder als verbesserter umweltfreundlicherer Hauptantrieb oder aber als Voraussetzung für emissionsarme hybride Systeme, sofern sich deren Einführung in der Gesamtbilanz als vorteilhaft erweisen.

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