Das Technology Radar wurde etabliert, um Forschungsdurchbrüche in einem breiten Technologiespektrum frühzeitig zu erkennen, darunter Materialien, Energie, Information und Sensoren. Mithilfe wissenschaftlicher Methoden und eines interdisziplinären Teams bewertet es langfristige Potenziale für Innovationen in der Luftfahrt, um die Entwicklung fundierter Gesamtkonzepte zu unterstützen.
Das Bauhaus Luftfahrt analysierte die wichtigsten technologischen Fortschritte und Verbesse- rungspotenziale von HT-PEFCs. Ihre höhere Wesentliche Erfolgsfaktoren waren die Antizipation zukünftiger Anforderungen – wie die Integration von Leistungsoptimierung mit Nachhaltigkeitszielen, etwa dem Übergang zu erneuerbaren Ressourcen und Klimaneutralität – sowie die Abstimmung dieser Bedürfnisse mit aufstrebenden Technologien, die mittels vorausschauender Metriken bewertet werden, um sprunghafte Fortschritte zu identifizieren.
Materialien
Frühe Studien zu biobasierten Verbundstoffen für leichte Flugzeugstrukturen aus erneuerbaren Materialien, die vor einem Jahrzehnt durchgeführt wurden und nun an Bedeutung gewinnen, zeigten deren Potenzial, Gewicht zu reduzieren, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, die Lebenszyklusemissionen zu senken und die Stabilität der Lieferkette durch eine Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Ressourcen zu erhöhen. Gefördert durch frühere Analysen zu Materialkritikalitäten und Lieferrisiken – die mittlerweile mehr Aufmerksamkeit erhalten –, zeigt dieses Beispiel die rechtzeitige Identifikation von facettenreichen, zukunftsorientierten Innovationspotenzialen.
Energiesysteme
In Erwartung des notwendigen Übergangs zu erneuerbaren Energien begann frühzeitig die Bewertung elektrochemischer Technologien als zentrale Wegbereiter emissionsfreier Antriebe. Seit 2009 zeigen Brennstoffzellenanalysen eine Entwicklung hin zu höherer Leistungsfähigkeit und Skalierbarkeit für größere Flugzeuge. Fortschritte bei Materialien und Designs, die höhere Betriebstemperaturen bei Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC) unterstützen, adressieren Haltbarkeitsprobleme und erleichtern das Wärme- und Wassermanagement, was systemweite Vorteile ermöglicht.
Bereits 2013 untersuchten frühe Analysen, wie sich die Effizienzvorteile von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) – mit deutlich höheren Betriebstemperaturen als PEFCs – durch Abwärmenutzung in Gasturbinen (GT) innerhalb von SOFC-GT-Hybriden optimieren lassen und die Gesamtleistung steigern. Während Einschränkungen bei der spezifischen Leistung und thermischen Stabilität von SOFC zunächst Untersuchungen auf Hilfsstromaggregate beschränkten, wurden seitdem Fortschritte bei Materialien, Design und Herstellung bewertet. Diese Erkenntnisse fließen nun in systemweite Studien von SOFC-GT-Hybriden im Rahmen des Horizon-Europe-Projekts HYLENA ein und gestalten langfristige Perspektiven für den Antrieb von Kurz- bis Mittelstreckenflugzeugen mit erheblichem Potenzial zur Reduzierung der Klimaauswirkungen.
Alternative Kraftstoffe
Frühe Untersuchungen zu flüssigem Wasserstoff (LH2) als Energieträger betrachteten zentrale Synergien, darunter seinen Einsatz als Kühlmedium für Hochtemperatur-Supraleiter zur Ermöglichung elektrischer Antriebe in größeren Flugzeugen (2009) sowie sein Potenzial, Besatzung und Passagiere durch große Tanks vor kosmischer Strahlung zu schützen, das 2012 quantifiziert wurde. Bewertete Fortschritte entlang des LH2-Lebenszyklus und für Direct Air Capture (DAC) für eine skalierbare synthetische Kraftstoffproduktion haben integrierte Studien geleitet und nachhaltige Kraftstoffstrategien unterstützt.
Information & Sensoren
Die Bedeutung der Technologiekonvergenz für die Entwicklung intelligenter, vernetzter und adaptiver Systeme wurde 2016 durch erste Analysen zu cyber-physischen Systemen (CPS) erkannt, die als Enabler für Effizienz, Resilienz und Sicherheit angesichts steigender Systemkomplexität dienen. Heute in der Industrie weit verbreitet, setzen CPS neue Standards und ermöglichen einen serviceorientierten Ansatz, indem sie physische Prozesse mit Algorithmen und Kommunikationsnetzwerken integrieren, um diese zu überwachen, zu steuern und zu optimieren. Fortschritte in den Bereichen Sensorik, KI, Kommunikation und gehirninspirierte Rechenansätze – bewertet als Treiber energieeffizienter, CPS-befähigter Echtzeitentscheidungen – haben systemweite Studien in der Gesundheitsüberwachung, (additiven) Fertigung und im autonomen Flug geleitet. Zur Identifikation geeigneter Geschäftsmodelle wurden statistische Rahmenwerke entwickelt, die technische und wirtschaftliche Kennzahlen mit Entscheidungsrisiken unter Unsicherheit verknüpfen. Monte-Carlo-Methoden unterstützen nun Klimawirkungsbewertungen, einschließlich nicht-CO2-Effekte, um robuste Technologie-Roadmaps zu ermöglichen. Die frühzeitige Bewertung zukünftiger Technologien – einige nun bereits industriell umgesetzt, andere noch in Entwicklung – hat integrierte Konzepte geprägt und strategische Entscheidungen von Stakeholdern unterstützt. Dabei erwiesen sich Technologievielfalt, -konvergenz und Digitalisierung als zentrale Treiber einer klimaneutralen Luftfahrt.
Technologie-Pull- versus Technologie- Push-Perspektive
Potenziale entstehen an der Schnittstelle von Technologie-Pull – geprägt durch steigende Nachhaltigkeitsanforderungen wie das Erreichen der Klimaziele der Luftfahrt und die Nutzung der Digitalisierung – und Technologie-Push, getrieben durch Forschungsfortschritt.
Normalisierte spezifische Leistungskennwerte verschiedener Brennstoffzellen- Technologien im Zeitverlauf
Fortschritte in Materialien, Design und Fertigung erleichtern die Nutzung der Effizienzvorteile höherer Betriebstemperaturen und ermöglichen die Skalierung des Flugzeugantriebs von 150 kW seit der ersten Analyse im Jahr 2009 auf voraussichtlich mehrere Megawatt. SOFC-GT-Hybride bieten dabei vielversprechende Effizienzgewinne durch Abwärmenutzung.
Von der Komponenten- bis zur Systemebenenbewertung
Zur Entwicklung fundierter Gesamtkonzepte werden Leistungspotenziale im aeronautischen Kontext auf verschiedenen Ebenen analysiert – von einzelnen Komponenten über Geräte bis hin zu integrierten Systemen.