Solare Luftschiffe: Forschende sehen „Game Changer“ für die Luftfahrt
Durch Solarenergie betriebene Luftschiffe könnten in Zukunft eine nachhaltige und auch bequeme Alternative zum Reisen im Flugzeug darstellen. Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der TU München haben laut heise in einer Simulation berechnet, das diese Art des Reisens durchaus denkbar ist und großes Potenzial für die Zukunft bietet. „Wenn wir auf solarbetriebene Luftschiffe setzen, können wir die Luftfahrt ziemlich schnell klimafreundlicher machen“, sagt Christoph Pflaum, Professur für Informatik an der FAU.
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Forschende nutzen Hindenburg als Vorlage
Die Forschenden haben für ihre Untersuchung ein berühmtes – wenn auch tragisches – historisches Beispiel untersucht: Die LZ 129, besser bekannt als die Hindenburg. Dieses Luftschiff, das im Jahr 1937 katastrophal verunglückte, war ein Paradebeispiel für den Komfort dieser Form von Reisen. Es handelte sich dabei im Grunde um ein schwebendes Hotel mit einem Speisesaal. Das Forschungsteam hat sich bei ihrer Analyse an den Maßen der Hindenburg orientiert.
Wie die Hindenburg werden auch aktuelle Luftschiffe in der Regel noch mit fossiler Energie betrieben. Sie dienen bisher vor allem Forschungszwecken, etwa für Messungen in der Atmosphäre. Das Luftschiff, an dem Pflaum forscht, ist größer und nutzt Solarenergie. Es habe das Zeug zum „echten Game Changer“, als klimafreundliches Transportmittel in der Luftfahrt. Simulationen, die das Team aus Nürnberg und München kürzlich im Fachblatt International Journal of Sustainable Energy veröffentlichten, sollen das belegen.
Antrieb der Luftschiffe durch Solarzellen
Das virtuelle Luftschiff ist etwa so groß wie die Hindenburg und mit flexiblen Dünnschichtsolarzellen belegt. Mit 108 Tonnen ist es etwa zehn Tonnen leichter als das historische Vorbild, was sich laut Studie vor allem mit modernen Leichtbauwerkstoffen erreichen lässt. Das Gewicht der 13.000 Quadratmeter Solarzellen aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), Wirkungsgrad 17,6 Prozent, sowie der Lithium-Ionen-Batterie ist da schon gegengerechnet.
Für den Auftrieb sollen Heliumgas und ein Set von vier Propellermotoren mit Durchmessern von gut sechseinhalb Metern für den Vortrieb sorgen. Die Nutzlast soll 60 Tonnen betragen. Das tragische Schicksal der Hindenburg sollte das solare Luftschiff nicht ereilen, denn der historische Zeppelin nutzte damals stark brennbares Wasserstoffgas als Notlösung. Bei Helium soll diese Gefahr nicht bestehen.
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CO2-Emissionen nur Bruchteil von denen bei Flugzeugen
Beim Flug erfolgt der Antrieb allein durch Sonnenkraft und eine Batterie. „Die Batterie wird vor allem für den Nachtflug benötigt und muss beim Start aufgeladen sein“, sagt Pflaum. Beim aktuellen Strommix ergäben sich daraus CO2-Emissionen, die je nach Beladung und Flugdistanz zwischen knapp anderthalb und fünf Prozent jener Menge betragen, die gängige Flugzeuge zurzeit ausstoßen.
Im solarbetriebenen Luftschiff würden Reisende zwar klimafreundlicher und komfortabler fliegen als in einem Flugzeug von heute, aber auch länger. „Ein Flug über den Atlantik von New York nach London dauert laut unseren Berechnungen etwa zwei Tage und eine Nacht. In der umgekehrten Richtung von London nach New York drei Tage und zwei Nächte“, erklärt der FAU-Professor. Die Reisegeschwindigkeit liege je nach Windrichtung zwischen 100 und 200 Stundenkilometern. Den Simulationen lagen Wetterdaten aus dem Jahr 2019 zugrunde.
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Solar-Luftschiffe derzeit nur in der Theorie
Laut Christoph Pflaum könnten solarbetriebene Luftschiffe auch bei den Kosten mit Flugzeugen konkurrieren. „Unseren Abschätzungen zufolge betragen die Energiekosten im Vergleich zu einem Flugzeug nicht einmal ein Prozent. Es ist daher sehr unwahrscheinlich, dass Luftschiffe teurer wären als Flugzeuge“, glaubt er. Selbst wenn Flugzeuge künftig Wasserstoff als Energiequelle nutzen, wäre die direkte Stromerzeugung aus Sonnenkraft noch effizienter, so Pflaum. Teures Helium könne man, falls nötig, durch andere Gase oder Gasgemische mit entsprechender Sicherheitstechnik ersetzen.
Zu bedenken ist jedoch, dass solche Luftschiffe derzeit nur in der Theorie existieren. Mit Spannung verfolgt der Informatiker Pflaum deshalb die Entwicklung der „Pathfinder“-Luftschiffe des kalifornischen Unternehmens LTA Research, das unter anderem Google-Mitgründer Sergey Brin unterstützt. Geplant ist ein Antrieb mit Strom aus Wasserstoff-Brennstoffzellen. Eine erste Version namens „Pathfinder I“ ist etwa halb so lang wie die Hindenburg und hat zwölf Propeller. Es soll eine Spitzengeschwindigkeit von 120 km/h bringen und bis zu 40 Tonnen Ladung transportieren. Weitere Unternehmen, die an klimafreundlichen Luftschiffen arbeiten, sind das Unternehmen Hybrid Air Vehicles (HAV) in Großbritannien und in Frankreich Flying Whales.
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Konferenz zur Technologie im September
Wie es mit den klimafreundlichen Luftschiffen weitergeht, wird Thema einer internationalen Konferenz zum Thema sein, zu der Christoph Pflaum Ende September einlädt. Bis dahin will sein Team die Simulationen noch verfeinern. Noch unklar ist etwa, wie genau es sich auf die solare Stromernte auswirkt, wenn Wolken das Sonnenlicht streuen. Was ebenfalls noch in den Sternen steht, ist die Finanzierung weiterführender Projekte in Deutschland. „Anders als andere Forschung wird die Entwicklung klimafreundlicher Solar-Luftschiffe hierzulande bisher praktisch nicht gefördert. Das ist ein echtes Problem“, so der Wissenschaftler. Er hofft darauf, dass die Chancen noch gesehen und genutzt werden.
