Neustart für die sanften Riesen

Welches enorme Potenzial für den Klimaschutz diese Techniken bieten, haben Pflaum und sein Team durch eine theoretische Studie belegt, deren Resultate im März 2023 im Fachmagazin Journal of Sustainable Energy erschienen sind. In der Studie haben die Forscher die klimaschädliche CO₂-Emission und den Energieverbrauch bei einem Solarluftschiff-Flug mit den entsprechenden Werten bei einem konventionellen Flugzeug verglichen – auf besonders häufig genutzten Flugrouten: über den Nordatlantik zwischen London und New York sowie zwischen Madrid und der Insel Gran Canaria.

Ein Bruchteil des Energieverbrauchs

„Wir sind von früheren kommerziellen Passagierluftschiffen wie dem 1937 verunglückten, 250 Meter langen Zeppelin ‚Hindenburg‘ ausgegangen und haben auf dieser Basis ein hypothetisches, elektrisch betriebenes Luftschiff entworfen“, berichtet Pflaum. „Dieses am Rechner generierte Fluggerät hat einen starren Rahmen sowie eine von dünnen und biegsamen Solarzellen überzogene Oberfläche und ein Paket von Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher.“ Der Strom für den elektrischen Antrieb des Luftschiffs sollte nur aus Sonnenlicht erzeugt werden. Die Größe der Batterien und die Bedeckung der Hülle mit Solarzellen wählten die Forscher so, dass Mittel- und Langstreckenflüge möglich sind. Zur Berechnung der Flugzeiten nutzten sie reale Wetterdaten von 2019 sowie die zeitabhängige Sonneneinstrahlung auf den betrachteten Flugrouten. Reiseroute und Batterienutzung passten die Forscher in der Simulation so an, dass die Flugzeiten möglichst kurz ausfielen. Dann ermittelten sie die Reisezeiten mit Passagieren oder Waren an Bord. „Zudem analysierten wir unter anderem den CO₂-Ausstoß und die Betriebskosten“, erklärt Pflaum.

Das Ergebnis: „Die CO₂-Emissionen eines solarbetriebenen Luftschiffs, die nur durch das Aufladen der Batterien vor dem Flug entstehen, betragen je nach Start- und Zielort sowie Art der Nutzung nur ein bis fünf Prozent der Emissionen eines herkömmlichen Flugzeugs“, sagt der Wissenschaftler. „Der geschätzte Energieverbrauch pro Kilometer beläuft sich auf gerade einmal 0,5 bis 2,5 Prozent dessen, was ein Jet benötigen würde.“ Ebenso stark lassen sich die Treibstoffkosten senken.

„Mit Blick auf die Nachhaltigkeit sind Luftschiffe somit ein interessanter Lösungsansatz, da die Reise mit einem innovativen, mit Solarzellen versehenen Luftschiff während des Flugs vollständig emissionsfrei ist“, resümiert der Erlanger Forscher. Für die Nutzung von Sonnenenergie seien Luftschiffe geradezu prädestiniert, da sie auf ihrer Außenhaut immens große Flächen für die Integration von Solarzellen bieten. Hinzu kommt, dass rund zwei Drittel der klimaschädlichen Wirkung des heutigen Luftverkehrs gar nicht durch die CO₂-Emissionen verursacht werden, sondern durch diverse andere Abgase sowie durch Kondensstreifen, die sich beim Flug mit einem Düsenflugzeug bilden und die Wärmeabstrahlung von der Erde ins All hemmen.

„Eine klimafreundliche Luftfahrt sollte daher während des Flugs jede Art von Emissionen vermeiden“, mahnt Pflaum. „Und das ist mit herkömmlichen Flugzeugen nur schwer zu erreichen – selbst wenn zum Antrieb statt Kerosin und Verbrennungstriebwerken mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen genutzt werden.“ Wobei für Langstreckenflüge derzeit gar keine auf Wasserstoff basierende technische Lösung für die Jets existiere. Zum Starten eines klassischen Großraumjets müssten die Brennstoffzellen extrem stark sein. Und für den enormen Energieverbrauch eines Langstreckenflugs würden so große Wasserstofftanks benötigt, dass dafür in einem Flugzeug kein Platz wäre. Ein Luftschiff dagegen bietet genug Raum dafür. Und wegen des Auftriebs durch das Traggas ist beim Start kein starker Schub aus Brennstoffzellen nötig.

Eine Erdumrundung per Luftschiff geplant

Wie ein Langstreckenflug per Luftschiff und ganz ohne die Verwendung fossiler Brennstoffe gelingen kann, will ein Team französischer Forscher und Entwickler demonstrieren – mit der Umrundung der Erde an Bord des „Solar Airship One“. An der Technik des Luftschiffs haben die Pioniere des Start-ups Euro Airship aus Pau im Südwesten Frankreichs mehr als zehn Jahre lang gefeilt. Nun haben sie mit dem Bau begonnen. Das Fluggerät soll mehr als 150 Meter lang und mit 53 Millionen Liter Helium gefüllt werden. Angetrieben wird es elektrisch: tagsüber durch Strom, den die auf seiner Hülle angebrachten Solarmodule mit 4800 Quadratmetern Fläche liefern, nachts durch Brennstoffzellen. Wird der dafür mitgeführte Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Quellen hergestellt, etwa durch Elektrolyse von Wasser, fliegt das Luftschiff ohne Klimagas-Emissionen. 2026 soll es zur Erdumrundung abheben.

Kalifornisch-deutsche Zusammenarbeit

Den derzeitigen Größenrekord bei Luftschiffen hält „Pathfinder 1“ – ein Flugobjekt, das die kalifornische Firma LTA („Lighter than Air“) aus Mountain View im Silicon Valley entwickelt und Ende 2023 der Öffentlichkeit vorgestellt hat. Hauptfinanzier des Unternehmens ist der Google-Mitgründer Sergey Brin. Das ultraleichte Flugschiff, das ein von ihm unterstütztes Team entwickelt hat, misst vom Bug bis zum Heck etwa 125 Meter. Damit übertrifft es alle anderen heutigen Luftschiffe.

Die Bauart von Pathfinder 1 ähnelt den alten Zeppelinen des Erfinders und Unternehmers Ferdinand Graf von Zeppelin, was kein Zufall ist. Denn die Kalifornier haben das Knowhow der einst von ihm gegründeten Firma Zeppelin Luftschifftechnik in Friedrichshafen am Bodensee bei ihrer Entwicklung mit einbezogen. Das deutsche Unternehmen lieferte zudem Bauteile für Pathfinder 1 und zwei weitere Exemplare dieses Luftschiffmodells, die in den USA gerade noch gebaut werden. Sie werden allesamt mit einem Elektromotor ausgestattet sein und sollen zudem über Solarzellen für die Energiegewinnung verfügen.

Als Einsatzmöglichkeiten für diese Luftschiffe hat die Firma LTA die Versorgung von Menschen in Krisengebieten, nach Naturkatastrophen wie einem Erdbeben oder in besonders schwer erreichbaren Regionen der Welt im Visier – zum Beispiel in arktischen Gebieten im Norden Kanadas. Ähnliche Pläne verfolgt das französische Unternehmen Flying Whales aus Suresnes bei Paris, das mit „LCA60T“ derzeit ebenfalls ein solar-elektrisch angetriebenes Luftschiff entwickelt.

Luftschiffe zum Transport großer Lasten

Große Flugobjekte wie Pathfinder 1 und LCA60T könnten künftig auch schwere Lasten befördern, beispielsweise Teile für den Bau von Offshore-Windparks auf dem Meer, Geräte für Kommunikationseinrichtungen im Hochgebirge oder auch einfach gefällte Bäume, die aus schwer zugänglichen Waldgebieten abtransportiert werden müssen. So kann das erste Exemplar der Pathfinder-Serie beispielsweise bis zu 28 Tonnen tragen.

Die Idee der Lasten-Luftschiffe hatte auch schon die 1996 gegründete Firma Cargolifter aus Berlin. Für die Fertigung ihrer Luftschiffe errichtete sie eine riesige Werfthalle bei Briesen in Brandenburg, südlich von Berlin. Doch noch bevor die Produktion beginnen konnte, musste das Unternehmen 2002 Insolvenz anmelden. Heute beherbergt die Halle den Freizeitpark „Tropical Island“.

Auch wieder Passagierfahrten

In Deutschland sind seit 1997 wieder zwei Luftschiffe regelmäßig mit Touristen an Bord über dem Bodensee unterwegs. Gebaut wurden die 75 Meter langen „Zeppelin NT“ bei der traditionsreichen Zeppelin Luftschifftechnik in Friedrichshafen. Die Erinnerung an die Tragödie um den im März 1936 in Dienst gestellten Zeppelin LZ 129 „Hindenburg“ scheint langsam zu verblassen. Der Zeppelin war ab 1936 zehnmal in die USA und siebenmal nach Rio de Janeiro geflogen. Doch am 6. Mai 1937 ging er bei der Landung in Lakehurst im US-Bundesstaat New Jersey in Flammen auf, 36 Menschen starben. Das damalige Ende für die Passagierfahrten per Luftschiff.

Doch nun könnte mit neuer Technologie die Zeit für einen Neuanfang gekommen sein. Das britische Unternehmen Hybrid Air Vehicles hat dahingehend erste Schritte unternommen, jedoch zu Beginn mit einem speziellen Fokus. Für den US-amerikanischen Rüstungskonzern Northrop Grumman entwickelte es ab 2010 zunächst ein sogenanntes Hybridluftschiff: ein Fluggerät, das wie ein normales Luftschiff mit einem tragenden leichten Gas gefüllt ist, aber zusätzlich einen dynamischen Auftrieb durch Tragflächen erzeugt. Es sollte für militärische Einsätze in Afghanistan dienen. Doch das Projekt wurde eingestellt. Die Firma mit Sitz nördlich von London arbeitet nun an hybriden Luftschiffen für den zivilen Flugverkehr. Das erste Modell „Airlander 10“ startete im August 2016 auf einem ehemaligen Militärstützpunkt zu seinem Jungfernflug. Danach gab es mehrere Zwischenfälle – so wurde beim Landeanflug ein Stromkabel gestreift, was zur Bruchlandung führte –, weshalb die Ingenieure bei Hybrid Air Vehicles das technische Konzept überarbeiteten. Finanziell unterstützt wurden sie dabei unter anderem vom Gashersteller Linde und von Bruce Dickinson, dem Sänger der britischen Heavy-Metal-Band Iron Maiden – ein ehemaliger Berufspilot.

Offenbar hat sich der Einsatz gelohnt. Der schwedische Reiseanbieter Ocean Sky Cruises will den 92 Meter langen und 42 Meter breiten Airlander 10, der Platz für 48 Passagiere bietet, in den nächsten Jahren für „Luftkreuzfahrten“ zum Nordpol nutzen. Und die spanische Fluggesellschaft Air Nostrum hat zehn der Luftschiffe bestellt, die sie ab 2026 im Flugverkehr über Spanien einsetzen will. Angesichts bequemer Sitze, viel Platz und einem freien Blick nach unten werden die Fluggäste die gemächlichen Reisen im Airlander als sehr komfortabel erleben. Der Hersteller plant derweil eine größere Variante des Hybridluftschiffs und entwickelt als Ersatz für den Dieselmotor einen Elektroantrieb. Auch am Auftrieb für Luftschiffe feilen die Ingenieure. So fliegt ein von der finnischen Firma Kelluu gefertigtes, unbemanntes Objekt statt mit Helium mit viel billigerem Wasserstoff – wie schon die Zeppeline vor rund 100 Jahren.

Für Christoph Pflaum weist die Weiterentwicklung der Luftschifftechnik in die richtige Richtung. „Elektrische Luftschiffe sind extrem leise und bieten Passagieren mehr Freiraum als ein Flugzeug oder Zug“, sagt er. Zudem gebe es immer mehr Menschen, die wegen des Klimawandels nicht mehr mit klassischen Jets fliegen wollten. Der Erlanger Forscher sieht daher ein großes Marktpotenzial für einen klimafreundlichen Güter- und Personentransport mit Luftschiffen und ist fest von deren Rückkehr überzeugt – wenn die technische Entwicklung weiter vorangetrieben und gefördert wird. „Ich gehe davon aus, dass sich solche Investitionen rentieren“, meint Pflaum. „Denn innovative Luftschiffe mit Solarzellen sind eine machbare Technologie, die sehr klimafreundlich ist und vergleichsweise wenig Energie verbraucht. //