Einige als Ideen verpackte Fragen vom Laien an Flugzeugexperten zum Thema elektrisches/spritsparendes Fliegen

Umweltfreundlich, aber leider nazi (Bildquelle)

Bei der Achse des Guten gibt es hier eine überaus lesenswerte und für Laien sehr einleuchtende kleine Technikkunde in die Physik des Fliegens. Eingebettet ist der Artikel in die Frage, ob es Sinn macht, mit dem gegenwärtigen Stand der Technik batterie-elektrische Flugzeuge zu entwickeln. Die Antwort darauf ist ein klares Nein aus Gründen, die der Autor mit dem kleinen Ausflug in die Welt der Flugzeugphysik überzeugend begründet.

Dennoch sehe ich einige kreative Möglichkeiten, wie man das Fliegen mitunter erheblich umwelt- und flughafenanwohnerfreundlicher machen könnte. Da ich ein blutiger Laie und Physikabstinenzler bin möchte ich darauf hinweisen, dass die folgenden Ideen ziemlich dumm sein könnten und bitte um Nachsicht. Wer sich auskennt, der darf mir dennoch gerne mitteilen, warum meine Ideen nicht funktionieren würden.

1. Hybridflugzeuge mit abwerfbaren Batterien

Wie wäre es denn mit einer Art Hybrid Flugzeug in dem Sinne, als dass man den Start vollelektrisch vornimmt und die dafür notwendigen Batterien während der Steigphase über einem freien Feld abwirft. Das entweder, indem man sie aerodynamisch als Segler gestaltet und fernsteuert, oder per Fallschirm in die Pampa fallen lässt.

Dadurch ergäben sich einige signifikante Vorteile. Einmal würde es den Lärm beim Start dramatisch reduzieren, da die Turbinen während der Startphase auf Volllast drehen müssen. Könnte man diesen Teil des Fliegens elektrisch gestalten mit zwar eingeschalteten aber sich im Leerlauf befindlichen Turbinen, wäre das für Anwohner ein ziemlicher Segen.

Des weiteren würde der Gesamtspritverbrauch des Flugzeugs erheblich sinken, weil vor allem das Starten sehr viel Energie benötigt, da der schwere Flieger vom Boden gehoben werden will. Laut den Tabellen dieser Seite verbraucht ein Großraumflugzeug des Typs Boeing 747 insgesamt 470 Liter Kerosin für den Start. Hinzu kommen weitere 6.800 Liter für den Steigflug auf den ersten 200 Kilometern.

Zwar würden die Batterien sicherlich nicht den Steigflug ausreichen (ich verzichte an dieser Stelle auf die genaue Berechnung), aber es wäre ingenieursmäßig doch sicherlich möglich, den Start elektrisch zu ermöglichen. Denn immerhin entsprechen die knapp 500 Liter Kerosin netto in etwa 2.100 KWh an Vortriebsleistung in einem Verbrennungsmotor. Mutipliziert man diesen Wert mit 6kg pro KWh, dann resultiert daraus ein Gewicht von 12,6 Tonnen für die Batterie. Hinzu käme dann noch der batterie-elektrische Antriebsstrang, allerdings käme das System wahrscheinlich nicht auf ein Gesamtgewicht von mehr als 15 Tonnen.

Das wäre nicht außerhalb des möglichen, da die verschiedenen Versionen der B747 ein maximales Startgewicht von 317 bis 447 Tonnen haben. Das Hybridsystem entspräche damit 3-5 Prozent der Gesamtmasse. Es wäre also gut machbar.

Wollte man dagegen auch die gesamte Steigphase batterieelektrisch erledigen, dann hätte man wesentlich größere Gewichtsprobleme, da die Hybridisierung in etwa 40-70 Prozent des Gesamtgewichts ausmachen würde. Beschränkt man sich in diesem Bereich aber auf die ersten 40 Kilometer (~20% der Steigestrecke), um etwa eine freie Fläche zum Abwurf der Batterien zu erreichen, dann hätte das Hybridsystem einen Anteil am Gesamtgewicht von 8-14 Prozent. Auch das wäre sowohl aus CO2-ökologischer Sicht als auch im Interesse der Flughafenanwohner sehr vorteilhaft, während es technisch und wirtschaftlich noch im Bereich des Möglichen bliebe.

2. Flughäfen mit Rampe oder an einem Abgrund bauen

Insbesondere bei Kurzstreckenflügen, die größtenteils aus Starten und Steigen bestehen und danach sofort wieder in den Sinkflug übergehen, stellt das Starten einen großen Umlweltmalus dar. Daher böte sich an, zumindest kleinere Regionalflughäfen auf Hügeln und mit einer abschüssigen Startbahn zu bauen.

Für die Piloten ist das keine große Herausforderung, da sich am Prozedere nichts ändert, außer dass ihr Flugzeug auf dem Boden rollend automatisch Geschwindigkeit aufnimmt. Ein ganz besonderes und zugegebenermaßen nicht ganz ungefährliches Beispiel dafür ist der Nukla Flughafen in Nepal. Dieser steht mitten in den Bergen, während die Startbahn über einer Klippe endet. Allzu viel Gas müssen die Piloten dort also nicht geben, wenngleich die Gesamtkonfiguration nicht allzu sicher wirkt.

Für Flughäfen mit abschüssigen Startbahnen in Deutschland wäre es aber sicherlich möglich, den kritischen Teil konstruktionsseitig so weit zu minimieren, dass kein extra Risiko für die Flugzeuge und ihre Fracht besteht.

Auch hinsichtlich der Anbindung der Flughäfen sind keine großen Probleme zu erwarten, gibt es mit Frankfurt Hahn doch mindestens einen größeren Flughafen mitten in der pfälzischen Pampa. Nicht zuletzt gäbe es da theoretisch noch den Transrapid, den man sich vom gesparten Spritgeld für die Flugzeuge als Anbindung an die übrige Infrastruktur leisten könnte.

Schließlich gäbe es auch hinsichtlich der Existenz von Hügeln und Bergen keine Knappheiten, jedenfalls was die südliche Hälfte Deutschlands betrifft. Tatsächlich wären dort Bergflughäfen mit abschüssiger Landebahn sogar ein Segen, da sie in den Städten keinen Platz mehr verbrauchen oder Lärm verursachen.

Aber auch im nördlichen Teil Deutschlands gibt es genügend Hügel, die sich für den Bau von abschüssigen Landebahnen eigenen würden. So verzeichnet Wikipedia selbst für Berlin ganze sechs natürliche oder künstliche Erhebungen von mindestens 100 Metern, von denen einige sogar unbewohnt sind oder lediglich mit Ruinen übersäht sind. Einige davon ließen sich mit Sicherheit zu einem (Regional-)Flughafen umfunktionieren. Ökologischer als der BER in seinem aktuellen Dauerzustand würde dieser allerdings nicht werden.

Was das Beispiel der Berliner „Berge“ auch zeigt ist die Möglichkeit einer Aufschüttung oder einer auf hohen Stelzen stehenden abschüssigen Rampe. Moderne Wolkenkratzer können problemlos bis zu 500m hoch werden, so dass man im Grunde genommen auch eine Landebahn so hoch bauen könnte. Der eigentliche Flughafen mit der Abfertigung und dem Wartebereich ließe sich darunter unterbringen.

Ein solcher Bau wäre zwar sehr groß und damit teuer, allerdings sind auch konventionelle Flughäfen nicht gerade billig. Laut ursprünglicher Planung sollte der BER zwei Milliarden Euro kosten, was ausreichen sollte für ein stabiles Skelett mit einer abschüssigen 800m langen Teerfläche als Dach. Flugzeuge, die von einer derartigen Rampe aus 400m Höhe starten würden schließlich nicht nur kaum Kerosin beim Start verbrauchen und wären erheblich leiser als beim horizontalen Abheben, sondern sie hätten darüber hinaus auch circa ein Zehntel ihres Steigfluges hinter sich gebracht.

Die Landungen auf einem derartigen Flughafen könnten dabei weiterhin flach erfolgen, wobei die Flugzeuge zum Starten einfach mit einem Lift nach oben gebracht werden. Dank Gegengewichten würde das nur sehr wenig Energie kosten.

3. Startkatapulte wie auf Flugzeugträgern

Eine weitere Möglichkeit zum Spritsparen für Flugzeuge sind Katapulte wie man sie von amerikanischen Flugzeugträgern kennt. Die Flugzeuge müssten hierfür wahrscheinlich nachgerüstet werden, damit sie punktuell angebrachten Zugkräfte überstehen, allerdings ist die Technik dank der jahrzehntelangen militärischen Nutzung sehr ausgereift. Prinzipiell steht dieser Lösung also nichts im Weg jenseits einer Zusatzausbildung für die Piloten, damit diese wissen, wie man bei einem Katapultstart kontrolliert abhebt.

Die Vorteile dieser Lösung liegen wie bei den obigen Vorschlägen auf der Hand. Einmal würden die Flugzeuge beim Start weniger Kerosin verbrauchen. Dann wären die Starts erheblich leiser, da das Zischen der dampfgetriebenen Katapulte nicht allzu laut ist und das Geschehen größtenteils unter der Erde stattfindet.

Dritter Vorteil dieser Variante wäre wiederum, dass es eine sehr günstige Methode wäre, sobald es normal ist, Flugzeuge katapultstartfähig zu konstruieren. Während bei den anderen beiden Ideen große Entwicklungs- oder Baukosten entstehen und die Systemkosten eventuell über ihrer konventionellen Alternative liegen, so sind Katapulte und die Durchführung eines solchen Starts nicht wirklich teuer. Zwar benötigt es ein dutzend Experten, die den Fliegern beim katapultieren assistieren, allerdings ist wahrscheinlich, dass die anderen beiden Vorteile die höheren Kosten in diesem Bereich überkompensieren.

4. Zeppeline

Seit einiger Zeit frage ich mich: Warum erwägt man nicht, das alte Konzept der Zeppeline neu zu beleben? Also nicht die Version der aufblasbaren Heliumzeppeline, sondern riesige und mit Wasserstoff befüllte Starrluftschiffe der Marke Hindenburg.

Ja, die Hindenburg ist abgebrannt, was diesen Technologiezweig effektiv beerdigte. Allerdings meine ich aus mehreren Gründen, dass die Aufgabe des Konzepts womöglich etwas voreilig geschah, da darin noch immer erhebliche Potenziale lauern und das sogar mit Wasserstoff als Füllmittel anstelle des kaum brennbaren Heliums.

Denn erstens ist auch Wasserstoff ein verhältnismäßig träges Gas. Wasserstoffbrände laufen langsam ab, so dass selbst beim dramatisch wirkenden Unfall (oder Anschlag?) der Hindenburg die meisten Personen an Bord überlebten. Mit modernen leichteren, festeren und nicht brennbaren Materialien für die Wasserstoffblasen anstelle von Goldschlägerhaut ließe sich die Brandgefahr mit Sicherheit erheblich senken, während gleichzeitig wesentlich mehr von einander abgeschottete Wasserstoffsegmente eingebaut werden könnten als jene 16 der Hindenburg.

Zweitens gibt es heute sehr gut funktionierende Fallschirmsysteme. So könnte bei einem Brand die Passagierkabine vom brennenden aber noch immer schwebenden Ballonteil ausgeklinkt werden, woraufhin sofort nach der korrekten Ausrichtung der fallenden Kabine (analog zu Schleudersitzen) Fallschirme aufgehen. Viel mehr als ein paar blaue Flecken würden die Passagiere bei einem Brand der Hindenburg heute nicht mehr davon tragen. Das gilt vor allem dann, wenn jeder fest auf einem Sitz angeschnallt ist, wozu dank der Trägheit eines Wasserstoffbrandes genug Zeit bleibt.

Drittens lassen sich Zeppeline fast beliebig skalieren, wobei schon in zu Beginn ihrer Hochphase mit Begeisterung davon gesprochen wurde, dass die Riesen der Lüfte sogar bei Sturm sehr ruhig in der Luft liegen. Das würde es ermöglichen, auch sehr große Zeppeline zu bauen, die sogar die Größe der Hindenburg übersteigen könnten.

Das Luftschiff war knapp 250m lang, und hatte einen maximalen Durchmesser von über 40 Metern. Dabei entfielen vom maximal möglichen Gesamtgewicht von 242 Tonnen, ganze 118t auf die Konstruktion. Bedenkt man, dass Luftschiffe damals aus Aluminium mit einer Dichte von 2,7g/cm³ gebaut wurden, während die heute gängigen Kohlefaserverbundstoffe nur 1,5g/cm³ wiegen, dann könnte das Zuladungsgewicht um über 40% steigen auf mehr als 170 Tonnen.

Die Hindenburg könnte damit eintausend Passagiere a 150kg befördern, wobei der Start aufgrund des Nettogewichts von Null genauso viel (oder wenig) Energie verbrauchen würde wie die Steigphase und die eigentliche Fahrt. Lediglich in der Reichweite wäre ein derartiges Luftschiff relativ begrenzt aufgrund der Begrenzung auf die Reisegeschwindigkeit von 80km/h.

Dennoch wäre ein solches modernes Großluftschiff viertens konkurrenzfähig, da es die Vorteile verschiedener Verkehrsträger kombiniert. Denn einmal kann es geradeaus fahren und muss kein einziges Mal anhalten, was weder Autos, noch Busse oder Züge können, und dann kann es im Unterschied zu Flugzeugen auch mitten in der Stadt landen. Den Beweis dafür erbringt der ursprüngliche Bauplan für das Empire State Building mitten im dicht bebauten New York, dessen Spitze einst gedacht war als Anlegestelle für Luftschiffe.

Fünftens könnte man Zeppeline auch für Schwerlasttransporte verwenden, wobei die Aussicht auf Wolkenpaläste für die Reichsten der Reichen dieser Welt fast noch reizvoller wirkt. Man muss es sich nur einmal vorstellen: Eine riesige, silberne und erhaben in der Luft liegende Zigarre als mobiles Zuhause und das mit genug Platz und Zuladungsgewicht für Bedienstete, Autos und einen Infinity-Pool mit Glasboden der ganz besonderen Sorte.

Hätte ich das nötige Kleingeld, ich würde mir definitiv ein solches Gefährt zulegen, ließe sich darin doch steuersparsam leben und in unter einer Woche um den halben Erdball reisen, während man den wohl schönsten Ausblick auf die Welt unter einem hat, der nur möglich ist.

Fazit:

Als Investor mit Technikaffinität hätte ich mir schon längst sämtliche Blaupausen und Erfahrungsberichte und Informationen über die alten Zeppeline besorgt und einmal bei Cargo Lifter nachgefragt, warum das Projekt eigentlich gescheitert ist – und weshalb man nicht einfach auf das Wissen über die Materie von Graf Zeppelin zurückgegriffen hat, um im Zweifel einfach die Hindenburg im Maßstab 1:10 nachzubauen.

Als Kunden hätte ich mir dann nicht die Logistikindustrie gesucht, sondern eben die Superreichen dieser Welt und ihnen die Idee schmackhaft gemacht, an einem einmalig besonderen Ort zu leben. Alles andere hätte sich dann ergeben und dem Weltklima wäre auch gedient gewesen.

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