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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Elektromobilität

Die Zukunft am Himmel? Hybrid-elektrisch!

Martin Nüsseler (Mitte) und Joachim Zoll (links), die beiden Leiter der Kollaboration von Airbus und Siemens, am Prüfstand des 260kW-Weltrekordmotors.

In einigen Jahren wird sich die Luftfahrt fundamental verändern. Davon sind Siemens und Airbus nicht nur überzeugt – die beiden Unternehmen möchten diese Zukunft auch maßgeblich mitgestalten. Im April 2016 vereinbarten sie eine wegweisende Zusammenarbeit: Bis 2020 wollen sie die Machbarkeit hybrid-elektrischer Antriebssysteme für Flugzeuge nachweisen. Martin Nüsseler, Projektleiter von Airbus, und Joachim Zoll, sein Pendant von Siemens, sprechen über Ziele und Perspektiven der Kollaboration.

Die Kollaboration mit Airbus ist ein Meilenstein auf dem Weg, die Luftfahrt zu elektrifizieren. Warum haben sich Airbus und Siemens gefunden?

Joachim Zoll: „Airbus ist der größte europäische Flugzeughersteller mit jahrzehntelanger Erfahrung in Entwicklung und Bau von Luftfahrzeugen. Wir sehen in Airbus den idealen Partner, um gemeinsam hybrid-elektrische Antriebssysteme in der Luftfahrt gewinnbringend zu etablieren.“

Martin Nüsseler: „Siemens arbeitet seit Jahren intensiv an elektrischen Luftfahrtantrieben. Für Anwendungen außerhalb der Luftfahrt besitzt das Unternehmen sogar seit über einem Jahrhundert umfassende Antriebskompetenzen. Diese ergänzen unser Know-how. Für beide Parteien ist die Kollaboration eine Win-Win-Situation.“

Warum sind die beiden Unternehmen überzeugt, dass die Zukunft der Luftfahrt elektrisch geprägt sein wird?

Nüsseler: „Der elektrische und hybrid-elektrische Flug sowie der emissionsfreie Luftverkehr sind die größten industriellen Herausforderungen unserer Zeit.“

Zoll: „Das liegt nicht zuletzt an den Vorgaben der Europäischen Kommission. Die Luftfahrt ist verpflichtet, bis 2050 die CO2-Emissionen im Vergleich zum Jahr 2000 um 75 Prozent zu reduzieren. Und das, obwohl sich abzeichnet, dass sich der Luftverkehr gleichzeitig verdoppeln wird.“

In Ottobrunn/Taufkirchen können Experten auch einzelne Motoren wie den 260kW-Weltrekordmotor auf einem Prüfstand testen. Hier untersucht Siemens-Experte Korbinian Petermaier, im Team von Joachim Zoll, einige Einstellungen.

Nüsseler: „Mit herkömmlichen Technologien sind solche Forderungen nicht zu erfüllen. Das gilt auch für die Pläne, die Lärmbelastung um 60 Prozent und den Ausstoß von Stickoxiden um 90 Prozent zu senken. Außerdem erwarten wir, dass ein hybrid-elektrisches Flugzeug zwischen 25 und 50 Prozent weniger Kraftstoff verbrauchen wird als bisher. Das würde die Betriebskosten drastisch senken.“

Ließen sich diese Ziele nicht auch mit einer schrittweisen Optimierung heutiger Antriebstechniken, die auf Benzin oder Kerosin basieren, erreichen?

Nüsseler: „Nein, das würde bei Weitem nicht reichen. Die Technologie der Strahltriebwerke – heute Basis für die meisten Passagierflugzeuge – wird sich zwar weiter verbessern. Wenn zeitgleich aber das Passagieraufkommen derart ansteigt, brauchen wir neue Ansätze. Außerdem spielt die Wirtschaftlichkeit eine große Rolle. Schon heute macht Kerosin rund ein Drittel der Betriebskosten aus. Ein steigender Ölpreis in den kommenden Jahrzehnten würde die Situation weiter verschärfen. Deshalb müssen wir schon heute anfangen, technologische Alternativen zu erforschen und zu entwickeln.“

Genau das ist ja das Ziel der Kollaboration Ihrer beider Unternehmen. Was passiert da genau?

Zoll: „Wir wollen bis 2020 hybrid-elektrische Antriebssysteme für Flugzeuge entwickeln und am Boden erproben. Dies geschieht für Antriebssysteme in verschiedenen Leistungsklassen, von einigen 100 Kilowatt Gesamtantriebsleistung für kleine Luftfahrzeuge bis hin zu mehreren Megawatt für Regionalflugzeuge. Die nötige Agilität bietet uns nicht zuletzt die Einbettung in die Start-up-Einheit von Siemens, next47.“

Die Luftfahrt ist verpflichtet, bis 2050 die CO2-Emissionen im Vergleich zum Jahr 2000 um 75 Prozent zu reduzieren.

Nüsseler: „Wir untersuchen und entwickeln elektrische Maschinen, Leistungselektronik, Regelungstechnik, Speichermedien und Energieerzeuger wie Turbinen oder Brennstoffzellen. In unserem Electric Aircraft Systemhaus, das auf dem Gelände der Airbus Group in München-Ottobrunn entsteht, wollen wir das Zusammenspiel aller Komponenten und die technische Machbarkeit prüfen. In vier Jahren werden wir dann entscheiden, wie wir das Thema weiter anpacken.“

Und wo sehen Sie das künftige Geschäft für Siemens?

Zoll: „Wir erwarten, dass sich in den nächsten fünf Jahren elektrische und hybrid-elektrische Antriebsysteme bei kleinen Flugzeugen durchsetzen. Langfristig werden sie auch in der Regionalluftfahrt mit Streckenlängen von bis zu 1.000 nautischen Meilen zum Standard werden. Hier wollen wir Siemens als Systemanbieter hybrid-elektrischer Antriebstechnik in der Luftfahrt etablieren und perfekt aufeinander abgestimmte Antriebskomponenten mit optimalem Leistungsgewicht verkaufen.“

Wird elektrisches Fliegen aus betriebswirtschaftlicher Sicht auch für Airbus attraktiv werden?

Nüsseler: „Absolut, denn hybride Elektroantriebe werden bis zu 50 Prozent an Kraftstoff und Emissionen einsparen, und damit die Gesamtbetriebskosten eines Flugzeugs erheblich senken. Außerdem sind elektrische Antriebe leiser und ermöglichen dadurch eine Ausweitung der Start- und Landezeiten, die bislang aus Lärmschutzgründen gesperrt sind.“

Bei Elektroautos sind das Gewicht der Batterien und die Reichweite die größten Herausforderungen. Wie sieht das im Falle von Flugzeugen aus?

Zoll: „Für Kleinflugzeuge haben wir bereits diesen Sommer den Beweis erbracht, dass sie bis zu einer Stunde rein-elektrisch betrieben werden können. Diese Reichweite wird sich dank neuer Batterietechnologien und Leichtbau künftig weiter erhöhen lassen. Sobald wir über Großflugzeuge mit hohen Reichweiten und Passagierzahlen sprechen, halten wir den hybrid-elektrischen Antrieb für die richtige Lösung.“

Nüsseler: „Noch sind die Batterietechnologien zu schwer und rauben zu viel Platz im Flugzeug. Handelsübliche Akkus haben heutzutage Energiedichten von etwa 100 Wattstunden pro Kilogramm. Interessant sind sie in der Luftfahrt aber erst bei 600 bis 1000 Wattstunden.“

Zoll: „Deshalb erzeugen wir die Energie mithilfe einer Verbrenner-Generator-Einheit oder Brennstoffzellen. Eine Batterie kann beispielsweise während Start und Steigflug zusätzliche Energie beisteuern und im Reiseflug geladen werden. So kombinieren wir die Vorteile von herkömmlichem und elektrischem Antrieb ideal und erwarten uns gleichzeitig, die Klimaziele zu erreichen.“

Nüsseler: „Und betriebswirtschaftlich ist diese Kombination ebenfalls sehr interessant.“


Joachim Zoll leitet das Projekt auf Seiten Siemens‘.

Nachdem Joachim Zoll sein Studium der Elektrotechnik und Informatik an der Technische Hochschule in Friedberg abschloss, begann er 1989 seine Laufbahn bei Siemens in Frankfurt als Elektroingenieur für elektrische Antriebe. 1996 zog er nach Atlanta, USA und übernahm den Posten des Direktors für Produktmanagement und F&E für Automatisierung und Antriebe bei Siemens. Führungspositionen für Siemens in den Bereichen Bewegungssteuerungssysteme, Kräne und Maschinenleitsysteme folgten, ehe er 2016 Head of Operations für eAircraft wurde.

Martin Nüsseler ist der Projektleiter von Airbus.

Martin Nüsseler studierte Maschinenbau und begann 1995 seine Karriere als Forschungsingenieur für Schadensanalysen, ehe er zwei Jahre später zu Dornier in die Luftfahrt wechselte. 2002 stieg er bei Airbus ein und verantwortete anfangs die Rumpfentwicklung inklusive der Fahrwerks- und Flügelanbindung sowie die Integration aller Systeme. Von 2007 bis 2009 leitete er in Toulouse, Frankreich die Entwicklung von Composite-Strukturen und Systemintegrationskonzepten. Anschließend war er in leitender Funktion bei der Tochtergesellschaft Premium Aerotec tätig. Seit 2014 verantwortete Nüsseler die R&D-Projekte für elektrische und hybride Antriebssysteme bei der Airbus Group, ehe er 2016 die Leitung des Forschungs- und Entwicklungsprogramms mit der Siemens AG zu elektrischen und hybriden Antriebssystemen übernahm.

Ulrich Kreutzer
Picture credits: von oben: 4. Bild Airbus Group