Nachhaltige Luftfahrt

Antriebe für eine saubere Zukunft

Bei der MTU verfolgen wir den klaren Kurs: sauberer, sparsamer, leiser. Mit unserer Technologie-Agenda Claire (Clean Air Engine) formulieren wir innovative Konzepte für nachhaltige zivile Luftfahrtantriebe. Dabei verfolgen wir zwei Stoßrichtungen: Auf Basis des Getriebefans (GTF) wird die Fluggasturbine evolutionär weiterentwickelt. Parallel arbeiten unsere Triebwerksexpert:innen an völlig neuen, revolutionären Antriebstechnologien wie dem Revolutionären Turbofan und der Fliegenden Brennstoffzelle, Flying Fuel Cell™ (FFC). Eine wichtige Rolle spielen Sustainable Aviation Fuels sowie Wasserstoff. So arbeiten wir bereits an einem innovativen Flüssigwasserstoff-Treibstoffsystem für die FFC, während auf unserem Werksgelände in München zwei hochmoderne FFC-Prüfstände entstehen.

Technology-Agenda Claire

Der hocheffiziente Getriebefan

Die hocheffizienten Triebwerke der Pratt & Whitney GTF^TM-Triebwerksfamilie sind seit 2016 im Serieneinsatz. Zu diesen innovativen Antrieben steuern wir Schlüsseltechnologien bei, etwa unsere schnelllaufende Niederdruckturbine. Im Vergleich zu Vorgängertriebwerken verringert der Getriebefan (GTF) den Kraftstoffverbrauch sowie CO₂-Emissionen um bis zu 20 Prozent pro Flug. In Kombination mit Sustainable Aviation Fuels kann der GTF schon heute die Klimawirkung deutlich reduzieren. Und das Potential ist noch lange nicht ausgeschöpft: Mit dem GTF Advantage^TMkommt eine nochmals verbesserte Version auf den Markt. Dafür haben wir das Design der Hochdruckverdichterschaufeln optimiert und mit einer innovativen Erosionsschutzschicht versehen. Und auch an der nächsten, weiter verbesserten GTF-Generation wird bereits gearbeitet. Gegenüber dem heutigen GTF-Triebwerk erzielt sie weitere Einsparungen beim Energieverbrauch und den CO₂-Emissionen.

GTF-Triebwerksfamilie

Die gemeinsam von Pratt & Whitney und MTU entwickelte und gebaute Triebwerksfamilie Pratt & Whitney GTF^TM treibt die Airbus-Flugzeuge A220 und A320neo sowie die E-Jets von Embraer an. Die Triebwerke bieten Verbesserungen im zweistelligen Prozentbereich bei Kraftstoffverbrauch, Schadstoff- und Lärmemissionen sowie Betriebskosten. Ihr Untersetzungsgetriebe zwischen Fan und Niederdruckverdichter sowie der antreibenden Niederdruckturbine erlaubt es dem Fan, langsamer zu drehen. Gleichzeitig können Niederdruckverdichter und -turbine erheblich schneller laufen.

Schubbereich

14 k bis 33 k (steigerungsfähig)
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs

25 Prozent möglich pro Sitz mit einem GTF-betriebenen Flugzeug

Lärmreduzierung

20 dB gegenüber den ICAO Stage 4-Forderungen
Reduzierung der NOx-Emissionen

50 Prozent gegenüber dem Standard von 2009 (CAEP6)

Die Parameter des Erfolgs:

bis zu

75%

Lärmreduzierung
bis zu

50%

weniger NOx-Emissionen
pro Flug

20%

weniger Kohlenstoffdioxid-Emissionen möglich

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Der Revolutionäre Turbofan

Um die ambitionierten Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen, arbeiten wir auch an revolutionären Antriebskonzepten. Der Fokus liegt insbesondere darauf, die Abgaswärme zu nutzen, um den Gesamtwirkungsgrad zu verbessern. Im Rahmen des SWITCH-Konsortiums wird das Konzept des Revolutionären Turbofans mit hybrid-elektrischen Antriebselementen für zukünftige Triebwerke kombiniert – auf Basis des Getriebefans von Pratt & Whitney. Die neuen Technologien sind auch für den Betrieb mit Sustainable Aviation Fuels geeignet. Bewertet wird zudem der künftige Einsatz von Wasserstoff als Energieträger. SWITCH ist ein Forschungsprojekt, das vom europäischen Luftfahrtforschungsprogramm Clean Aviation gefördert wird. Projektpartner sind die MTU, Pratt & Whitney, Collins Aerospace, GKN Aerospace, Airbus und weitere Akteure der Luftfahrtindustrie.

Die fliegende Brennstoffzelle

Zu den revolutionären MTU-Antriebskonzepten gehört mit der Flying Fuel Cell^TM (FFC) auch ein elektrischer Antrieb. Die FFC soll zunächst auf kürzeren Strecken im Regionalverkehr fliegen. Mit verbesserter Effizienz soll sie ab 2050 auch auf der Kurz- und Mittelstrecke zum Einsatz kommen und die Klimawirkung des zivilen Luftverkehrs weiter verringern. Bei der FFC reagieren Wasserstoff und Sauerstoff in einer Brennstoffzelle unter Abgabe von elektrischer Energie zu Wasser. Mit der gewonnenen elektrischen Energie treibt ein hocheffizienter Elektromotor über ein Getriebe den Propeller an. Die FFC erzeugt weder CO₂- und NOx-Emissionen noch Partikel — emittiert wird lediglich Wasser.

HEROPS

Seit Anfang 2024 arbeitet das Clean-Aviation-Programm HEROPS (Hydrogen-Electric Zero Emission Propulsion System) unter Leitung der MTU an einem wasserstoffbetriebenen elektrischen Antriebsstrang auf Basis der Flying Fuel Cell™. Zunächst soll ein 1,2-Megawatt-Ground-Demonstrator entstehen. Zudem sollen die Machbarkeit der neuen Technologien nachgewiesen und die Hochskalierbarkeit auf Leistungen zwischen zwei und vier Megawatt auf Basis einer modularen Antriebsarchitektur gezeigt werden. HEROPS-Industriepartner sind MT Aerospace, RTX’s Collins Aerospace, die Lufthansa Technik, Eaton; Forschungspartner sind das Royal Netherlands Aerospace Center (NLR) und die Technische Universität Wien.

Das Potenzial von SAF und Wasserstoff

Mit nachhaltigen alternativen Kraftstoffen (Sustainable Aviation Fuels = SAF) lässt sich die Klimawirkung von Flugzeugen deutlich verringern. SAF können bereits heute eingesetzt werden — ganz ohne Anpassungen an Flugzeug und Antrieb. Sie führen zu einem nahezu geschlossenen CO₂-Kreislauf. Das im Flug freigesetzte CO₂ wird zur Kraftstoffherstellung bestenfalls vollständig aus der Atmosphäre gewonnen. Langfristig wird auch Wasserstoff eine zentrale Rolle für umweltfreundliches Fliegen spielen. Bei der MTU sehen wir drei Möglichkeiten, wie er eingesetzt werden kann: Direktverbrennung in der Fluggasturbine, Umwandlung in SAF sowie Wandlung in elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle.

Über das Potential von SAF spricht Fabian Donus, Leiter Technologie-Management bei der MTU, im Interview.

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