Null Emissionen, null Lärm – mit heutigen Triebwerken ist das nicht zu machen. Deshalb denkt die Luftfahrtbranche über neue Antriebskonzepte nach. Einige Ideen klingen wie aus einem Märchen. Aber das hat man seinerzeit über die Brüder Wright auch gedacht.
Der Traum vom Fliegen ist längst keiner mehr, jedenfalls nicht für die 2,5 Milliarden Passagiere, die jedes Jahr auf der Welt einchecken und abheben. Den Krisen einzelner Fluglinien zum Trotz ist die Luftfahrt eine Boombranche, die Anzahl der Passagiere soll sich bis 2050 mehr als versechsfachen. Damit dieses Wachstum nicht zum Umweltalbtraum wird, hat die Europäische Union mit dem Programm „Flightpath 2050“ ehrgeizige Ziele vorgegeben. Bis Mitte des Jahrhunderts sollen neue Flugzeuge je Personenkilometer 75 Prozent weniger CO2 emittieren als im Jahr 2000, die Emission von Stickoxiden (NOx) soll gar um 90 Prozent sinken.
Wäre das technisch einfach zu erreichen, würde es heute schon realisiert, denn die Treibstoffkosten machen bei einem Verkehrsflugzeug rund 50 Prozent der Gesamtkosten aus. Der einfachste Weg, den Energieverbrauch zu senken, besteht darin, auf kürzestem Weg von A nach B zu fliegen. Durch modernes Verkehrsmanagement sind Warteschleifen im Anflug mittlerweile die Ausnahme. Spürbare Verbesserungen wären nur noch zu erreichen, wenn großräumig gesperrte Flugverbotszonen, zum Beispiel über China und Russland, aufgehoben würden.
Höhere Transportlast durch verringertes Gewicht?
Der nächste logische Schritt besteht darin, das Flugzeug leichter zu machen und das verringere Gewicht durch höhere Transportlast auszugleichen. Bei modernen Langstreckenmaschinen wie dem Airbus A350 XWB oder der Boeing 787 werden daher kohlefaserverstärkte Kunststoffe in großem Stil eingesetzt. In der Praxis steigt allerdings allen Leichtbaumaßnahmen zum Trotz die Transportleistung nicht. Die Einsparungen kompensieren lediglich die bessere Ausstattung und vor allem das steigende Gewicht der einzelnen Passagiere – eine Folge des wachsenden Wohlstands auf der Welt.
Es führt also kein Weg daran vorbei, über Antriebe nachzudenken, die weniger Emissionen verursachen. Die klassischen Turbinen sind ebenso wenig ausgereizt wie die Diesel- und Benzinmotoren im Personenwagen. Deutlich wird das anhand der Trent XWB-Antriebe, die Rolls-Royce entwickelt hat und die den A350 XWB zur sparsamsten Passagiermaschine der Welt machen sollen. Verglichen mit einem heute noch hergestellten Triebwerk gleicher Leistung aus dem Jahr 1995 verbraucht es 16 Prozent weniger.
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Auch das ist noch nicht das Ende der Fahnenstange. Wie hoch der Wirkungsgrad künftiger Flugtriebwerke ausfällt, hängt wesentlich von zwei Einflussgrößen ab. Zum einen gilt es, den Mantelstrom im Verhältnis zum Hauptstrom zu maximieren. Denn bei einem modernen zivilen Flugtriebwerk fließt nur ein Zehntel der gesamten Luftmenge durch die Gasturbine, der Rest wird von einem Lüfterrad („Fan“) drum herum geleitet. Das Rad wird von der Turbine angetrieben und steigert die Gesamteffizienz deutlich. Zum anderen soll das gesamte Verdichtungsverhältnis zwischen angesaugter und ausgeblasener Luft maximiert werden, wobei Anordnung und Gestaltung der Schaufeln im Kerntriebwerk eine wesentliche Rolle spielen.
Eine Idee: Verbesserung der Aerodynamik
Bis zum Jahr 2025 will Rolls-Royce ein Ultra-Fan-Triebwerk anbieten, dessen Mantelstrom 16mal größer ist als der Hauptstrom. Ein um zehn Prozent geringerer Kerosinverbrauch, verglichen mit dem Trent XWB, soll zu erreichen sein. Da das Lüfterrad in dieser Konstruktion deutlich größer ausfällt, bestehen die Leitschaufeln aus leichten Kohlefasern. Ein Reduktionsgetriebe sorgt dafür, dass die Schaufelspitzen nicht zu schnell rotieren. Über das Getriebe und verstellbare Leitschaufeln soll auch die Schubumkehr geregelt werden, so dass der ansonsten benötigte Klappenmechanismus entfallen kann.