Hybrid-Jet-Triebwerk soll die Zukunft der Luftfahrt einläuten

Ein Passagierflugzeug mit einem Hybrid-Antrieb zu fliegen, klingt nach Wunschdenken. Wenn es nach GE Aerospace und der NASA geht, könnte das aber in Erfüllung gehen. Dafür schaffte ihre Turbofan Engine Power Extraction Demonstration gerade einen wichtigen Meilenstein, heißt es in einer Pressemeldung.

Auf dem Teststand wurde erfolgreich der Energietausch demonstriert, also die Einspeisung und Entnahme von Energie. Das gelang innerhalb eines Turbofan- bzw. zu deutsch Mantelstrahltriebwerks, wie es heutzutage in der kommerziellen Luftfahrt eingesetzt wird. Der Systemtest zeigte, dass alle Komponenten den großen Belastungen im Flugbetrieb standhalten können und dabei wie erwartet funktionieren. 

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Große Hürden bei Elektro- und Hybrid-Flugzeugen

Seit Jahren versucht die Luftfahrtindustrie ihre Antriebssysteme zu revolutionieren. Weg von umweltschädlichen Treibstoffen, hin zu sauberen alternativen. Wie beim Auto ist auch hier ein Elektro- oder übergangsweise ein Hybridtriebwerk das Ziel. Der große Durchbruch blieb bisher aber noch aus. 

Das liegt zum einen daran, dass Elektroantriebe ineffizienter als Kerosin-Antriebe sind. Denn auch bei der Entwicklung von Hybridflugzeugen wird in der Regel mit schweren Akkus gearbeitet. Während durch den Kerosinverbrauch ein normales Flugzeug über die Flugdauer hinweg leichter wird, bleibt das Gewicht bei Akku-betriebenen Flugzeugen gleich, bzw. ist der Gewichtsverlust bei solchen Hybriden ist geringer. Daher sind solche Flugzeugtypen bisher als kleine Frachter für Kurzstrecken angedacht. 

Mantelstromtriebwerk ohne Akku

Das System von GE Aerospace kann diese Probleme umgehen, weil es nicht auf Akkus angewiesen ist. Das hat der aktuelle Test demonstriert. Statt die Energie zwischenzuspeichern, wird sie auf die internen Systeme verteilt. Das soll es ermöglichen, den Antrieb in kommerziellen Mittelstrecken-Passagiermaschinen (z.B. Boeing 737 oder Airbus A320) zu verwenden. 

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Dabei wird die Funktionsweise des Mantelstrahltriebwerks genutzt. Einfach gesagt: Der sogenannte Fan saugt Luft an und gibt sie dann mit größerer Kraft wieder aus. Er ist dafür mechanisch über eine Welle mit der Turbine verbunden. So entsteht der Schub.

Der Hybrid-Antrieb ergänzt die Mechanik mit der Elektrik. Überschüssige Energie aus dem Fan wird in elektrische Energie umgewandelt und unterstützt die Welle. Ein bisschen, wie ein E-Bike, das Fahrradfahrer beim Treten unterstützt. 

Verschiedene Flugmodi verteilen Strom im Flugzeug

Dafür gibt es laut GE Aerospace verschiedene Modi. Der Motor-Modus greift während des anspruchsvollen Starts. Er verstärkt den Antrieb, ohne dass dafür zusätzlicher Treibstoff verbraucht wird. 

Im Sinkflug und bei der Landung, also wenn weniger Energie benötigt wird, wird zum Generator-Modus gewechselt. Damit kann der Strom zum Betrieb der elektronischen Bordsysteme verwendet werden, oder er lädt Akkus. Denn nur weil das System auch ohne sie auskommt, ist das keine zwingende Vorgabe. 

Da ein solcher Jet-Antrieb enorme Hitze abgibt, ist ein Kühlsystem für die Elektrik nötig. Dafür wird das Kerosin wie ein Kühlmittel entlang geleitet, nimmt die Wärme auf. Das vorgeheizte Kerosin ermöglich dann zusätzlich eine effizientere Verbrennung. 

GE Aerospace will bis zu 20 Prozent Treibstoff einsparen

Der Hybrid-Antrieb wird im Rahmen des 2021 gestarteten RISE-Programms von CFM International entwickelt. CFM International ist ein Joint-Venture aus GE Aerospace und der französischen Safran Aircraft Engines. Das Programm soll Triebwerk-Technologien voranbringen. Ziel ist ein Antrieb, der den Treibstoffverbrauch um 20 Prozent verringert. Zudem sollen alternative, nachhaltigere Treibstoffe verwendet werden können. 

Auch die NASA ist in die Entwicklung involviert. Der Hybrid-Antrieb ist Teil ihrer Hybrid Thermally Efficient Core Project (HyTECH). Hier ist das Ziel niedriger gesteckt: Das fertige Hybridtriebwerk soll bis zu 10 Prozent weniger Treibstoff als die derzeit besten Antriebe verbrauchen. 

Der Test hat demonstriert, dass der Energieaustausch zwischen den Komponenten wie erwartet funktioniert. Von einem einsatzbereiten Prototyp ist das aber noch weit entfernt. Die NASA rechnet damit, den nächsten Meilenstein bis 2030 zu erreichen. GE ist jedenfalls optimistisch. Hybridantriebe seien „ein zentraler Baustein, um die Zukunft der Luftfahrt zu gestalten“.