FAU-Wissenschaftler forschen zu nachhaltigen Alternativen zu Flugzeugen
FAU bei interdisziplinärer Luftschiff-Forschung ganz oben
Mit Luftschiffen assoziiert man Zeppeline, die von 1900 bis 1940 militärisch und zur Personenbeförderung genutzt wurden. An der FAU befassen sich Wissenschaftler interdisziplinär mit der Entwicklung von solarbetriebenen Luftschiffen. Ende September findet hierzu eine internationale Tagung am Energie Campus Nürnberg (EnCN) statt. Wir sprachen mit Christoph Pflaum, Professor für Informatik, über moderne Luftschiffe.
Wie kommt ein Informatikprofessor dazu, sich mit Luftschiffen zu befassen?
Der Schwerpunkt meiner Forschung ist Computational Engineering, also die Simulation und Optimierung technischer Geräte. Interessiert haben mich schon immer die Anwendungen im Bereich erneuerbarer Energien. Moderne Luftschiffe fliegen mit hocheffizienten Solarzellen und leichten Batterien. Wir berechnen also, wie viele Solarzellen man verwenden sollte, wie groß eine zugehörige Batterie sein muss und wie schnell man dann wie viel transportieren kann. Das sind Fragestellungen im Bereich Computational Engineering.
Wie sehen die modernen Luftschiffe aus und welche Vorteile bieten sie?
Zeppeline können heutzutage als unbemannte Drohnen eingesetzt werden – kleine, die auf niedriger Höhe fliegen und Höhenluftschiffe, die in einer Höhe von etwa 20 Kilometern fliegen. Des Weiteren können die klassischen Luftschiffe für den Güter- und Personenverkehr genutzt werden. Beim Personenverkehr unterscheidet man zwischen klassischen Luftschiffen und hybriden Luftschiffen. Letztere haben die Eigenschaften eines Flugzeugs und eines Luftschiffes. Ein wesentlicher Vorteil dieser Zeppeline ist, dass man fast keine Energie braucht, um das Luftschiff in der Luft zu halten. Dies übernimmt das Auftriebsgas. Ein anderer Vorteil ist die große Oberfläche von Luftschiffen, auf der man Sonnenenergie nutzen kann. Das ermöglicht den klimafreundlichen und wirtschaftlichen Transport von Gütern. Auch sind entlegene Orte bei Naturkatastrophen besser zu erreichen.
Inwiefern sind Luftschiffe eine geeignete Alternative zu Flugzeugen und im Kampf gegen den Klimawandel?
CO2 – neutral zu fliegen bedeutet nicht im Geringsten klimafreundlich zu fliegen. Wichtig sind Zero-Emissions-Flüge. Daher versucht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, mit Wasserstoff oder mit Batterien elektrisch zu fliegen. Beides wird in absehbarer Zeit auf Langstecken technisch für den Güter- und Personentransport nicht möglich sein. Auch auf Mittelstreckenflügen wird das voraussichtlich wirtschaftlich nicht gelingen. Mit Luftschiffen sind Zero-Emissions-Flüge dagegen leicht möglich. Verwendet man noch zusätzlich Solarzellen, dann sind die Treibstoffkosten extrem gering im Vergleich zu einem Flugzeug.
Welchen Herausforderungen steht Ihre Forschung gegenüber?
Es gibt viel zu tun, da in den letzten 90 Jahren nur sehr wenig im Bereich Luftschiffe geforscht wurde und wenn, dann vor allem von Privatinvestoren. Aktuell überlegt man, ein Vakuum als Auftriebsgas zu nutzen, da Helium zu teuer ist. Wasserstoff wäre billig, erfordert aber die Entwicklung einer geeigneten Sicherheitstechnik. An beidem wird geforscht, was auf unserer Tagung zur Sprache kommt. Dort werden auch viele weitere Themen diskutiert, wie effizientes wetterunabhängiges Starten und Landen von Luftschiffen, Routen-Optimierung von Luftschiffen, die globale Simulation eines Zeppelin-Fluges, Leichtbauweise und die stabile Integration von Solarzellen in die Hülle eines Luftschiffes.
Welche Möglichkeiten bietet der EnCN der FAU bei dieser Forschung?
Die FAU beschäftigt sich mit drei wichtigen Themen: der Leichtbauweise von Hochleistungselektronik, der Entwicklung von flexiblen, leichten Solarzellen und der Simulation und Routenoptimierung von Luftschiffen. Der Energie Campus ist dabei der zentrale Ort dieser Forschungsarbeiten. Daher konnten wir die Tagung mit internationalen Experten in Nürnberg organisieren, interessanterweise die einzige über Luftschiffe in diesem Jahr. Wir sind sehr stolz, dass wir das Thema an der FAU interdisziplinär in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie und Prof. Martin März vom Lehrstuhl für Leistungselektronik und Prof. Christoph J. Brabec vom Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften bedienen können.
Wann werden die ersten Solarzeppeline realistischerweise starten können?
Genau genommen gibt es diese als Höhenluftschiffe schon. Die Firmen Avealto und Sceye haben gezeigt, dass ihre Luftschiffe auf etwa 20 Kilometer Höhe monatelang fliegen können. Das erste bemannte Solarluftschiff wurde vor einigen Jahren in Frankreich gebaut. Der erste Kapitän eines Solarzeppelins, Bastien Lefrancois, kommt natürlich zu unserer Tagung. Interessant ist die Frage, wann das erste vollstarre Luftschiff mit Solarzellen fliegen wird. Die Firma LTA Research aus Kalifornien plant dies. Es wird bis zu 180 Meter lang sein. Und zunächst mit elektrischen Batterien fliegen. Ob und wann man diese Luftschiffe mit Solarzellen ausstattet, oder ob man erst den technisch einfacheren Weg mit Wasserstoff und Brennstoffzellen geht, ist ungewiss.
Internationale Luftschiff-Tagung vom 28. bis 29. September
Zusammen mit seinen Kollegen Prof. Christoph Brabec und Prof. Martin März organisiert Prof. Pflaum die International Conference On Electric Airships – Decarbonizing Aviation. Am 28. und 29. September treffen sich Expert/-innen aus der ganzen Welt, um über die Zukunft einer emissionsfreien Luftfahrt zu sprechen.
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Christoph Pflaum
Professur für Informatik
christoph.pflaum@fau.de