Clean Aviation

Die europäische Luftfahrt-Community hat sich im Einklang mit den ambitionierten Zielen des europäischen Green Deal dazu verpflichtet, bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen. Gemeinsam mit der Europäischen Union hat sie im Rahmen von Horizon Europe die institutionalisierte Europäische Partnerschaft „Clean Aviation“ ins Leben gerufen, um den Weg für einen sicheren, zuverlässigen, erschwinglichen und nachhaltigen Luftverkehr zu ebnen.

Clean Aviation wird Europas Führungsrolle in Innovation und Technologie ausbauen und im Zuge des Übergangs zu einem klimaneutralen Europa bis 2050 neue Arbeitsplätze schaffen und für nachhaltiges Wirtschaftswachstum sorgen. Auch künftige Generationen sollen durch dieses Programm einen erschwinglichen und gleichberechtigten Zugang zum Luftverkehr mit all seinen sozialen und wirtschaftlichen Vorteilen erhalten – während gleichzeitig die Ziele der Vereinten Nationen für eine nachhaltige Entwicklung erreicht werden.

Mit dem Ziel, die Energieeffizienz zukünftiger Flugzeuge weiter zu verbessern und deren Emissionen massiv zu reduzieren, verfolgt das Clean-Aviation-Programm drei zentrale Innovationslinien:

 

Hybridelektrische Regionalflugzeuge

Aufgrund der kürzeren Streckenlängen können Regionalflugzeuge von neuen hybridelektrischen Antriebstechnologien und Energiearchitekturen in besonderem Maße profitieren. Daher treibt Clean Aviation Forschung und Innovation in diesem Bereich voran und fördert die Reifung neuartiger Konfigurationen, Bordenergiekonzepte und Flugsteuerungstechnologien.

 

Ultra-effiziente Kurz- und Kurz-Mittelstreckenflugzeuge

Der Bedarf an Kurz- und Kurzmittelstreckenflugzeugen soll durch innovative Flugzeugarchitekturen gedeckt werden, die hochintegrierte, ultraeffiziente thermische Antriebssysteme nutzen und bahnbrechende Verbesserungen bei der Treibstoffeffizienz bieten. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für den Übergang zu emissionsarmen bzw. -freien Energiequellen (synthetische Kraftstoffe, neue Kraftstoffe wie Wasserstoff), deren Herstellung energieintensiv und teuer ist und die nur in begrenzten Mengen zur Verfügung stehen werden.

 

Disruptive Technologien für wasserstoffbetriebene Flugzeuge

Flugzeuge und Triebwerke sollen in die Lage versetzt werden, das Potenzial von Wasserstoff als alternativem, kohlenstofffreiem Kraftstoff zu nutzen, insbesondere von tiefkaltem, flüssigem Wasserstoff. Aufgabe der Projekte dieser Säule ist es, die technologischen Fähigkeiten und den Reifegrad sowie die erreichbaren Leistungssteigerungen mit den Leistungsanforderungen für die verschiedenen Flugzeugkategorien in Einklang zu bringen.

In jedem dieser drei Bereiche werden neue Kenntnisse und Fähigkeiten erarbeitet, Technologien und Voraussetzungen entwickelt, weiter ausgereift und validiert sowie die Umsetzungsrisiken für die identifizierten Technologien und Lösungen verringert. Die gezielten Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen münden in Demonstratoren, die die Basis für eine industrielle Umsetzung legen.

Projekte

AMBER

Im Projekt AMBER (InnovAtive DeMonstrator for hyBrid-Electric Regional Application) entwickeln die rund 20 Partner von Konsortialführer Avio Aero einen Turboprop-Antrieb, der von einem Elektromotor unterstützt wird. Seinen Strom bezieht er von einer Brennstoffzelle. Das Ziel ist es, den Verbrauch während eines typischen regionalen Fluges im Vergleich zu heutigen Antriebskonzepten um mindestens 50 Prozent zu reduzieren. An Entwicklung und Testung des Antriebsstrangs arbeitet das Fraunhofer IISB mit.

CONCERTO

Ziel des Projekts CONCERTO (Construction Of Novel CERTification methOds and means of compliance for disruptive technologies) ist es, ein umfassendes Regelwerk für die Zertifizierung innovativer Produkte bereitzustellen, um einerseits die Sicherheit zu verbessern und andererseits neue Produkte schneller auf den Markt und in Betrieb zu bringen. Dassault Aviation leitet das Konsortium mit mehr als 30 Partnern. Das Fraunhofer IISB ist hier für die Sicherheit von Batteriesystemen zuständig.

FASTER-H2

Im Projekt FASTER-H2 (Fuselage, Rear Fuselage and Empennage with Cabin and Cargo Architecture Solution Validation and Technologies for H2 Integration) wird die Architektur ultra-effizienter, H2-betriebener Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge entwickelt. Das Projekt mit mehr als 30 Partnern koordiniert die Airbus Operations GmbH. Die Fraunhofer-Institute IMWS und ICT arbeiten an neuartigen Sandwichstrukturbauteilen aus thermoplastischen Materialien und analysieren die Energiebilanz und potenzielle Umweltwirkungen (LCA).

H2ELIOS

Hauptziel des Projekts H2ELIOS (HydrogEn Lightweight & Innovative tank for zerO-emisSion aircraft) ist es, aus möglichst nachhaltigen Materialien luftfahrtgeeignete Tanksysteme für flüssigen Wasserstoff zu entwickeln. Um Gewicht zu sparen, sollen diese in die Primärstruktur des Flugzeugs integriert werden können. Das Projekt mit 14 Partnern wird von Aciturri Engineering SL koordiniert. Das Fraunhofer ENAS entwickelt hier passende Wasserstoff-Sensoren als Teil des Sicherheitskonzepts.

HECATE

Ein hybrid-elektrischer Flugzeugantrieb benötigt sehr hohe elektrische Leistungen. Das Ziel des Projekts HECATE (Hybrid ElectriC regional Aircraft distribution Technologies) ist es, eine luftfahrtgeeignete Hochspannungs-Verteiltechnologie zu entwickeln und in Bodentests zu validieren. Das Konsortium mit 36 Partnern wird von der Collins Aerospace Ireland Ltd. angeführt. Die Fraunhofer-Institute IISB und ENAS entwickeln hier unter anderem ein leichtes Hochleistungsmodul auf Keramikbasis.

HERA

HERA (Hybrid-Electric Regional Architecture) entwickelt Konzepte für umweltfreundliche Regionalflugzeuge. Diese sollen über einen hybrid-elektrischen Antrieb verfügen, der auf Batterien oder Brennstoffzellen als Energiequellen basiert und durch nachhaltige Flugkraftstoffe oder Wasserstoffverbrennung unterstützt wird. Ziel sind um 90% geringere Emissionen. Das Konsortium aus 48 Partnern, darunter die Fraunhofer-Institute ICT (ecoDESIGN) und IISB (Leistungselektronik) wird von Leonardo S.p.A. geleitet.

HERWINGT

Im Zentrum des Projekts HERWINGT (Hybrid Electric Regional Wing Integration Novel Green Technologies) steht die Entwicklung leichterer und aerodynamischerer Flügel für hybrid-elektrische Regionalflugzeuge. Höher integrierte Systeme, neue Materialien und Technologien sollen deren Gewicht um 20 Prozent reduzieren. Konsortialführer des Projekts mit mehr als 25 Partnern ist Airbus Defence and Space SA (ES). Das Fraunhofer IKTS entwickelt das Datenerfassungssystem zur Umsetzung der Strukturüberwachung.

HyPoTraDe

Im Mittelpunkt des Projekts HyPoTraDe (Hydrogen Fuel Cell Electric Power Train Demonstration) steht die Entwicklung sicherer und zuverlässiger Architekturen für einen modularen elektrischen Antriebsstrang mit hoher Leistung, der Brennstoffzellen und Batterien als Energiequellen nutzt. Koordinator des Projekts mit fünf Partnern ist Pipistrel Vertical Solutions DOO. Das Fraunhofer IISB übernimmt wesentliche Teile von Entwicklung und Testung des Antriebsstrangs.

NEWBORN

Ziel des Projekts NEWBORN (NExt generation high poWer fuel cells for airBORNe applications) ist es, die technologische Basis für Luftfahrt-geeignete Brennstoffzellen mit Leistungen bis in den Megawatt-Bereich zu entwickeln. Bis 2026 soll dabei eine Antriebssystemeffizienz von 50% erreicht werden. NEWBORN wird von Honeywell International SRO koordiniert und umfasst 18 Partner, darunter die Fraunhofer-Institute ICT, ENAS und IISB. Letzteres leitet das Arbeitspaket für das Hochspannungsstromverteilungssystem.

SMR ACAP

Das Clean Aviation-Projekt SMR-ACAP (Small and Medium Range AirCraft Architecture and technology integration Project) führt die Ergebnisse seiner systembezogenen Entwicklungsarbeit mit denen anderer Projekte zusammen und bewertet deren kombiniertes Potenzial, die Treibhausgasemissionen von Flugzeugen mit kleiner und mittlerer Reichweite bis 2035 um 30 Prozent gegenüber dem Stand von 2020 zu reduzieren. Konsortialführer des Projekts mit insgesamt rund 25 Partnern ist die Airbus Operations GmbH. Das Fraunhofer ICT bringt hier seine Expertise im Bereich ecoDESIGN ein.

TheMa4HERA

Regional- und Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge mit Hybridantrieb erzeugen überschüssige Wärme. Daher steigt der Wärmemanagement-Bedarf an Bord von etwa 50 kW auf bis zu 1000 kW an. Im Projekt TheMa4HERA (Thermal Management for the Hybrid Electric Regional Aircraft) entwickelt und testet ein Konsortium von mehr als 20 Partnern unter der Leitung von Honeywell International SRO innovative Technologien für das Wärmemanagement und die Wärmeableitung. Auf Fraunhofer-Seite sind das IISB und das IBP beteiligt.

UP WING

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts UP Wing werden Schlüsseltechnologien für hocheffiziente Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge entwickelt. Konkret geht es um die Integration von Ultra-Performance-Flügelkonzepten mit dem Ziel, einen Beitrag zu leisten den Treibstoffverbrauch auf Flugzeugebene im Vergleich zu einem „state-of-the-art“ Kurz- / Mittelstreckenflugzeug um mindestens 30 % zu senken. Das interdisziplinäre Konsortium besteht aus Flugzeugbauern, Industrie, Forschungseinrichtungen und Hochschulen. Die Fraunhofer-Institute IFAM, LBF und EMI bringen ihre Expertise in den Bereichen Oberflächentechnik, Aktuatorik und Simulation ein.