Hybrid-elektrisches Fliegen
Leiser und sauberer

In Brandenburg entsteht mit dem Center for Hybrid Electric Systems Cottbus ein Forschungszentrum für emissionsarme Antriebe. Es arbeitet eng mit Rolls-Royce, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und weiteren Partnern zusammen.

Leiser und sauberer
Foto: DLR

Etwas Einzigartiges entsteht in den nächsten Jahren an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) im Braunkohlerevier Lausitz: ein Zentrum für hybrid-elektrische und elektrische Antriebe und Systeme (chesco), das 2025/26 den vollen Betrieb aufnehmen soll. Für Hightech ist die Gegend bisher weniger bekannt, obwohl an der BTU seit vielen Jahren an neuen Triebwerksdesigns geforscht wird. Derzeit ist die Region noch durch Kohleabbau und -verarbeitung geprägt. Spätestens 2038 soll damit jedoch Schluss sein. Bis dahin muss der wirtschaftliche Strukturwandel gelingen und neue Arbeitsmöglichkeiten bringen. Ein wichtiger Baustein ist die Ansiedlung innovativer Forschungszentren und Industrien. So soll die Lausitz –und in ihrem Mittelpunkt Cottbus – eine Modellregion für Klimaschutz und Nachhaltigkeit werden.

NACHHALTIG FLIEGEN

Die chesco-Forschenden arbeiten nicht allein an der Hybrid-Elektrik. So hat Rolls-Royce Ende 2021 in Cottbus eine Betriebsstätte eröffnet und wird seine Aktivitäten bei hybrid-elektrischen Antrieben sowohl in der Lausitz als auch in Dahlewitz bei Berlin verstärken und dafür neue Entwicklungs-, Test- und Produktionseinrichtungen aufbauen. Ein Großteil der Entwicklung wird in Cottbus zusammen mit dem chesco und weiteren Partnern realisiert werden.

Einer dieser Partner ist das DLR-Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe, das im März in Cottbus eingeweiht wurde. Die Einrichtung forscht ebenfalls an alternativen Antrieben, die unter anderem mit Wasserstoff und Brennstoffzellen arbeiten und so die elektrische Energie an Bord erzeugen.

Damit entsteht in der Lausitz ein wohl weltweit einmaliges Kompetenzzentrum für diese Klasse künftiger Antriebssysteme.

Hybrid-elektrische Antriebe könnten auf dem Weg zu einer emissionsarmen und später emissionsfreien Verkehrsluftfahrt eine wichtige Rolle spielen. Denn rein elektrisch können mit der heutigen Technologie, vor allem wegen der begrenzten Energiedichte von Batterien, nur kleine Flugzeuge und kurze Strecken geflogen werden.

Wegweisendes Konzept

Hybrid-elektrische Antriebe kombinieren Elektromotoren sowie Gasturbinen zum Antrieb von Propellern oder Turbofans. Die Turbine, künftig mit nachhaltigem Kerosin oder Wasserstoff betrieben, dient als Triebwerk (parallel-hybrid) oder erzeugt über einen Generator elektrische Energie (seriell-hybrid), die in Batterien gespeichert oder direkt zu den Elektroantrieben übertragen wird. Alternativ könnten dafür in Zukunft auch Brennstoffzellen eingesetzt werden. Es gibt verschiedene Antriebsvarianten, so dass man für den Reiseflug optimierte Turbofans oder Propellerturbinen bei der leistungsintensiven Start- und Steigflugphase durch Elektromotoren und Batterien unterstützen kann oder es wird im Flug zwischen Elektro- und Verbrennungstriebwerken gewechselt. Perspektivisch sind solche Antriebe vor allem für Regional-, Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge denkbar. Noch sind aber viele Fragen, zum Beispiel zum Gewicht oder zum Wärmemanagement, vor einem serienmäßigen Einsatz zu klären.

Rolls-Royce arbeitet bereits an verschiedenen Turbogeneratorvarianten im Bereich von 500 kW bis 1200 kW und an einer kleinen, für hybrid-elektrische Anwendung optimierten Gasturbine. 2019 hatte Rolls-Royce Deutschland zudem angekündigt, gemeinsam mit dem Strausberger Luftfahrtentwicklungsbetrieb APUS und der BTU Cottbus-Senftenberg einen hybrid-elektrischen Flugdemonstrator zu entwickeln. Das vom Land Brandenburg unterstützte Projekt soll eine i-5-Flugzeugzelle nutzen, als Antrieb sind eine Hybridversion der M250-Gasturbine und vier Elektromotoren geplant. Die APUS i-5 wird nach Angaben von Rolls-Royce zu einer Flugversuchsplattform mit einer vielfältigeren Nutzbarkeit für voll-elektrische Antriebe mit Batterien, hybrid-elektrische Antriebe und konventionelle Antriebe, die fossile oder synthetische Kraftstoffe und/oder Wasserstoff nutzen.

Cottbus könnte also ein Mekka für junge Forschende werden, die spannende und zukunftsträchtige Aufgaben suchen.

"Es wird bis zu 400 Arbeitsplätze geben"

Prof. Dr.-Ing. Klaus Höschler ist Leiter des Lehrstuhls Flug-Triebwerksdesign an der BTU Cottbus-Senftenberg und einer der beiden Projektleiter von chesco. Wir haben ihn zu aktuellen Projekten am chesco und zur Zukunft des Zentrums befragt.

Sebastian Rau/BTU
Prof. Höschler, was ist chesco?

Chesco wird ein komplexes Zentrum zur Erforschung, Entwicklung und Musterfertigung hybrid-elektrischer und elektrischer Antriebe für die Luftfahrt und andere Mobilitätslösungen werden und soll einen Beitrag zur Klimaneutralität des Luftverkehrs bis 2050 leisten. Neben Einrichtungen zur Forschung werden ein Fertigungszentrum F-Merc (Fast Make Electrification Research Center) und ein Testcenter aufgebaut, das Prüfstände und Testeinrichtungen für vielfältige Prüfaufgaben bereitstellen wird.

Wo ist chesco angebunden und wie erfolgt seine Finanzierung?

Das chesco ist ein hundertprozentiges Forschungszentrum der BTU Cottbus-Senftenberg und wird im Lausitz Science Park in Cottbus errichtet. Das Projekt ist durch den Bund aus Mitteln des Investitionsgesetzes Kohleregionen sowie aus Mitteln des Landes Brandenburg gefördert. Die Förderung dient der Errichtung des Zentrums. Anschließend soll sich das Zentrum ab etwa 2026 aus selbst erbrachten Leistungen finanzieren.

Wieviele Mitarbeitende sind geplant?

Im kommenden Jahr soll das Team aus 50 Mitarbeitenden bestehen. Nach Fertigstellung des Zentrums wird es bis zu 400 Arbeitsplätze geben.

Welche aktuellen Projekte werden im Bereich der Luftfahrt derzeit bearbeitet?

Im Projekt "ETHAN 1" finden Basisuntersuchungen hybrid-elektrischer Systeme statt. Drei Forschungsprojekte im Bereich Fertigung und Digitalisierung sind angelaufen. Weitere Arbeiten sind mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie geplant. Derzeit ist Rolls-Royce unser Hauptforschungspartner. Das Forschungsnetzwerk wird jedoch weiter ausgebaut. Mit dem DLR-Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe besteht ein Kooperationsvertrag.

Nichts geht heute ohne IT. Was ist da geplant?

Es wird neben leistungsfähigen Servern, Netzwerken und Speichern auch ein eigenes Rechencluster geben. Im Bereich digitaler Zwilling arbeiten wir mit dem Fraunhofer- Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik zusammen. Für die Kommunikation wird ein 5-G-Netz sorgen.

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