Der etablierte Technology Radar-Ansatz von Bauhaus Luftfahrt wird im Rahmen des LuFo-Projekts ATLAS auf die nationale Ebene übertragen, um technologische Fortschritte mit hoher langfristiger Hebelwirkung für eine klimaneutrale Luftfahrt zu identifizieren, die den Übergang zu erneuerbaren Energien und eine gesteigerte Effizienz unterstützen. Als zentrales Element ist das Bauhaus Luftfahrt in einem großen Konsortium für die Umsetzung verantwortlich und bringt Erkenntnisse aus dem eigenen Technology Radar ein, um Technologiesprünge im Luftfahrtkontext gemeinsam zu bewerten.
Skalierung von Leistungserzeugung und -umwandlung
Ein Fokus im Radar liegt auf Ansätzen, die einen wesentlichen Engpass elektrochemischer Antriebe adressieren: die Skalierung von Leistungserzeugung und -umwandlung auf Multi-MW-Niveaus für größere Flugzeuge – eine Voraussetzung, um ihr volles Klimapotenzial auszuschöpfen. Die Zweiphasenkühlung für Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen verbessert das Wärmemanagement grundlegend, indem sie die Masse und den Luftwiderstand des Kühlsystems reduziert und damit die spezifische Systemleistung erhöht. Bei höheren Leistungsniveaus ermöglichen Ultra-Wide-gap-Halbleiter eine verlustarme Leistungselektronik im Multi-kV-Bereich bei gleichzeitig reduzierter Systemmasse. Diese unterstützen eine effiziente Leistungsübertragung und die weitere Skalierung. Fortschritte bei kryogen gekühlten Elektromotoren sowie bei supraleitenden Komponenten elektrischer Energiesysteme stellen Radarsignale mit hoher Relevanz dar, um deutliche Steigerungen der Leistungsdichte und Antriebssysteme jenseits von 10 MW zu ermöglichen.
Festoxid-Brennstoffzellen für hybride Antriebssysteme
Auch hochtemperaturbasierte elektrochemische Technologien sind Bestandteil des Radars, insbesondere fortschrittliche Festoxid-Brennstoffzellen-Technologien (SOFC), die hocheffiziente hybride SOFC-Gasturbinen-Antriebssysteme mit erheblichen Klimavorteilen ermöglichen, wie im folgenden Beitrag erläutert wird.
Flüssigwasserstoff-Tank- und Speichersysteme
Entwicklungen in Faserverbundwerkstoffen sowie in effizienten kryogenen Isolationssystemen ermöglichen ultraleichte, mehrschichtige Tankkonzepte für Flüssigwasserstoff (LH2). Diese reduzieren Verdampfungs- und Betankungsverluste und verbessern damit sowohl die Systemeffizienz als auch die operative Leistungsfähigkeit. Flexible Verbundleitungssysteme verringern zusätzlich das erforderliche Einbauvolumen, während integrierte Sensorik eine sichere und zuverlässige Speicherung und Verteilung von LH2 unterstützt.
Skalierbare Bereitstellung von LH2
Weitere Radarsignale adressieren die skalierbare Bereitstellung von LH2 sowie von synthetischen Drop-in-Kraftstoffen. Dazu zählt insbesondere die Kopplung fluktuierender erneuerbarer Elektrizität aus Wind- und Solarenergie mit der Wasserstoffproduktion. Langzeitspeicher sowie hybride wasserstoffelektrische Speicher- und Umwandlungssysteme gleichen Schwankungen der erneuerbaren Stromerzeugung aus und ermöglichen eine kontinuierliche Wasserstoffproduktion und -verflüssigung trotz intermittierender Energieverfügbarkeit. Im Power-to-Liquid-Pfad unterstützen Fortschritte bei Direct Air Capture (DAC) sowie bei neuartigen elektrochemischen CO2-Umwandlungstechnologien eine effiziente Herstellung synthetischer Kraftstoffe.
KI als zentraler Beschleuniger
Künstliche Intelligenz (KI) ist ein zentraler Bestandteil des Radars und wirkt als Beschleuniger für die Entwicklung und Integration komplexer Luftfahrttechnologien. Physik-informierte KI, insbesondere auf Basis von Transformer- Architekturen, ermöglicht die effiziente Modellierung eng gekoppelter multiphysikalischer Prozesse. Diese unterstützt unter anderem die skalierbare Auslegung und Optimierung leistungsfähiger Zweiphasenkühlsysteme und beschleunigt im weiteren Sinne den Transfer disruptiver Technologien in die praktische Anwendung für eine klimaneutrale Luftfahrt.
Konsortiumweite Implementierung des Technology Radar-Ansatzes von Bauhaus Luftfahrt
Phase 1: Technology scouting / Initial assessment & prioritization; Phase 2: Potential & risk analysis; Phase 3: Evaluation, application and recommendations
Ein mehrstufiger Prozess führt vom breiten technologischen Scouting über eine schrittweise Bewertung und Priorisierung bis hin zu vertieften Analysen. Dabei kommen bewährte Methoden zum Einsatz, um robuste und zukunftssichere Erkenntnisse über langfristige Innovationspotenziale für eine klimaneutrale Luftfahrt abzuleiten und fundierte Entscheidungsgrundlagen zu schaffen.
Wesentliche Technologien auf dem Radar
Innovationspotenziale entstehen an der Schnittstelle zwischen „Technology push“ aus Forschung und Entwicklung und dem anwendungsgetriebenen „Technology pull“, der sich aus den Klimazielen der Luftfahrt und den Möglichkeiten der Digitalisierung ergibt.
Das zugrunde liegende Vorhaben wurde mit den Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 20M2438J gefördert.