Große Dinge starten häufig klein.
Ein Interview mit Gerrit von Borries
Interview von Ende Juli 2022 ― Rüdiger Haude
SFV: Herr Borries, sind Sie für Ihre Aufgabe mehr motiviert durch die technischen Möglichkeiten, die durch Digitalisierung, neue Werkstoffe, neue Antriebs-Layouts sich bieten; oder ist es mehr der Problemdruck der Klimakrise, aus dem ja auch die Mittel kommen, mit denen Sie unterstützt werden?
Borries: Die Europäische Kommission hat mit dem „European Green Deal“ eine starke Richtung vorgegeben. Wir haben beobachtet, dass auch über die Pandemie die Luftfahrt in einen Prozess der Selbstreflexion gekommen ist. Und wir als Forschungseinrichtung sehen schon lange die Notwendigkeit, dass sich moderne Mobilitätskonzepte auch stark an den Veränderungen durch das Klima orientieren müssen. Das tun wir im DLR schon länger. Wir hoffen, dass wir mit der neuen Einrichtung „Technologien für Kleinflugzeuge“ hier in Aachen eine zusätzliche Umgebung zur Verfügung stellen können, in der gerade das elektrische Fliegen noch mal schnell weiterentwickelt werden kann. Vielleicht gibt es dann auch Synergien oder Lerneffekte für größere Fluggeräte, oder für den gesamten Luftverkehr.
Hier in Aachen stehen die Aktivitäten in einem direkten Zusammenhang mit dem Kohleausstiegsgesetz und dem Strukturstärkungsgesetz, welche beide 2020 vom Bund verabschiedet wurden. Das DLR hat diesen Ball sofort aufgegriffen und ist mit Verabschiedung der Gesetze hier in Aachen tätig geworden. Ich freue mich, dass das so schnell geht, weil so viele Hände mit anfassen im DLR.
Und ihre persönliche Motivation?
Also, für mich ganz persönlich ist weniger die Technologie der Treiber, sondern tatsächlich primär die Notwendigkeit durch den Klimawandel.
Es ist ja auch legitim zu sagen: Ich kann mich der Faszination nicht entziehen, wenn jetzt eVTOL-Fahrzeuge völlig neue Layouts haben. Z.B. der Volocopter ist wunderschön.
Genau. Das DLR hat auch zu diesen jungen Firmen, wie etwa Volocopter oder auch Lilium und anderen, Kontakte. Da gibt es Austausch. Das DLR setzt eine Ebene davor an: als Forschungseinrichtung. Wie kann man die Mobilität durch kleine Fluggeräte neu denken? Welche Konzepte sind die Vielversprechendsten für Mobilität mit kleinen Fluggeräten? Ob das dann so aussehen wird wie bei Volocopter, oder sich andere Konfigurationen auch als interessant erweisen – das hängt zuletzt auch von der Anwendung ab.
Es ist gut, wenn es verschiedene Ansätze gibt, die wissenschaftlich untersucht werden und die man ganzheitlich bewerten kann. Das ist auch eine Stärke des DLR: Weil das DLR eine gewisse Größe hat und sehr viele Fachdisziplinen abdeckt – schon allein innerhalb der Luftfahrtforschung, aber auch darüber hinaus – kann es hier eine Gesamtsystem-Bewertungsfähigkeit einbringen und Dinge miteinander verknüpfen.
Abb 1 — Der Volocopter 2X ist ein elektrisch angetriebenes, autonom fliegendes Luftfahrzeug für 2 Personen. Hier vorgestellt bei der IAA 2017. Foto: CC BY-SA 4.0 by Spielvogel •
Es geht ja auch um die sogenannte “Urban Air Mobility”. Welche Rolle kann der Luftverkehrssektor für städtischen Verkehr spielen? Man kann ja vermuten, dass es um eine Art gehobenen Taxiverkehr für reiche Menschen geht.
„Urban Air Mobility“, also der Luftverkehr in der Stadt oder zwischen Städten, ist nur ein Aspekt, den wir untersuchen. Da ist das, was Sie ansprechen, eine der Fragen: Welche Rolle kann denn der urbane Luftverkehr spielen? Wo bietet das einen Mehrwert? Und da wäre ich ganz bei Ihnen: Es ist nicht ausreichend, wenn das nur eine Form der Mobilität für einige Wenige wäre. Man kann sich aber vielleicht noch ganz andere Dinge vorstellen. Z.B. könnte es ja sein, dass medizinische Güter im urbanen Luftraum schnell transportiert werden sollen.
Aber noch vorgelagert wäre für mich die Frage: Ist sowas überhaupt sinnvoll? Können solche Fluggeräte etwa Zubringer-Rollen einnehmen? Ist das sinnvoll, und wenn ja, in welcher Form? Und welche Technologien braucht man dafür? Wenn wir uns jetzt im DLR vorstellen, dass solche Geräte sich in interurbanen oder urbanen Räumen bewegen, dann gehen wir davon aus, dass es eine sehr viel höhere Präzision in der Navigation braucht, weil sich dann ja möglicherweise viele dieser Geräte auf engem Raum bewegen und dann auch viel sicherer navigieren, möglicherweise auch untereinander kommunizieren können müssen, damit Kollisionen ausgeschlossen werden können.
Bei den elektrischen Antrieben ist ja immer noch die Frage, ob man die schweren Akkus nimmt, oder die ineffizienten Brennstoffzellen. Wohin geht die Reise? Gibt es auch für Langstrecken-Flüge Alternativen zum Verbrennen von e-Fuels?
Da lade ich Sie ein, zu differenzieren zwischen dem, was wir hier in Aachen rund um die kleinen Fluggeräte machen, und was es darüber hinaus noch im Bereich der großen Fluggeräte gibt. Wir hatten ja schon über den Kohleausstieg gesprochen und das Strukturstärkungsgesetz. Darin hat der Gesetzgeber gesagt: Wir wollen nicht nur den Strukturstärkungsfonds bereitstellen, so dass die betroffenen Bundesländer Nordrhein-Westfalen, Brandenburg, Sachsen-Anhalt und Sachsen selber neue Projekte für den regionalen Strukturwandel definieren und gestalten können; sondern wir können auch selbst, als Bund, etwas tun und z.B. unsere Bundes-Forschungseinrichtung DLR in diesen Regionen einsetzen. Und so hat der Gesetzgeber in den Gesetzestext expressis verbis hineingeschrieben, dass das DLR im Jahr 2020 „zusätzliche Einrichtungen“ errichtet. Das ist zum ersten das, was wir heute das „Institut für Future Fuels“ nennen, in Jülich, zur „Erforschung alternativer, insbesondere solarer Brennstoffe“ …
Schöner Begriff!
Ja, genau. Das halte ich auch für ein hochspannendes Thema. Dann, unter Nummer 2 steht das Institut – heute heißt es „Institut für elektrifizierte Luftfahrtantriebe“, vorher „Institut zur Erforschung emissionsärmerer Flugtriebwerke“ – in Cottbus im Lausitzer Revier. Und unter Nummer 3 stehen dann mehrere Einrichtungen im Rahmen eines institutionellen Forschungsprogramms zu den Themen des elektrischen Fliegens; und zwar einmal hier an den beiden Standorten Aachen und Aachen-Merzbrück, sowie eine Aktivität in Cochstedt in Sachsen-Anhalt, in der Nähe von Magdeburg. Der Vorteil in Cochstedt ist: Dort hat das DLR bereits zuvor einen früheren Verkehrsflughafen übernommen. Da ist die Infrastruktur vorhanden, und im weiteren Umfeld gibt es nicht so viel; d.h., da hat das DLR eine Umgebung zur Verfügung, in der unbemannte Luftfahrzeuge gefahrlos getestet werden können. Das sind häufig auch kleine Fluggeräte. Da gibt es eine gewisse Brücke zwischen Cochstedt und uns hier in Aachen. Deswegen ist es im Gesetz auch unter einem Punkt zusammengefasst.
Mehr Info:
Was sind E-Fuels und wo kommen sie zum Einsatz?
Im Unterschied zu „Bio-Kraftstoffen“, bei denen Öle oder Gas aus pflanzlichen statt aus fossilen Rohstoffen hergestellt werden, spricht man von „e-Fuels“ bei synthetischen Treibstoffen, die unter Einsatz elektrischer Energie aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt werden. Dabei wird zunächst aus dem Wasser durch Elektrolyse Wasserstoff gewonnen, der sodann mit dem Kohlenstoff aus dem Kohlendioxid zu verschiedenen Kohlenwasserstoff-Verbindungen synthetisiert wird.
Die resultierenden Brennstoffe (z.B. e-Methanol) können in herkömmlichen Verbrennungsmaschinen verwendet werden. Da das CO₂, das bei der Verbrennung entsteht, zuvor der Atmosphäre entnommen wurde, handelt es sich im Prinzip um einen klimaneutralen Kreislauf, wenn der eingesetzte Strom aus Erneuerbaren Quellen stammt. Bei der Verbrennung in hohen Atmosphärenschichten ist die Treibhaus-Wirkung jedoch viel größer als am Boden.
Das Hauptproblem der e-Fuels sind die hohen energetischen Umwandlungsverluste, die – verglichen mit batterieelektrischen Lösungen – um ein Vielfaches mehr Erneuerbare-Energien-Anlagen erfordern.
“Institut zur Erforschung emissionsärmerer Flugtriebwerke” – das liest sich so, als ob es da um mit überschüssigem Strom erzeugte Treibstoffe, also e-Fuels ginge. Jetzt haben Sie aber gesagt: Inzwischen heißt das ganz anders, und es geht um elektrische Antriebe.
Genau. Das war auch von Anfang an so gedacht: Also der Gesetzestext sagt ja „emissionsärmere Triebwerke“, und wir haben das so entwickelt, dass wir auf die Elektrifizierung setzen. Das kann verschiedene Gestalt annehmen. Das gilt es genau zu erforschen. Und dort ist der Fokus auf größeren Fluggeräten. D.h., da geht es eher schon um die Mittelstrecke, oder größere Fluggeräte eben.
Wir müssten den Gründungsdirektor, Prof. Enghardt, dort fragen, wie er das beschreiben würde. Ich glaube das so sagen zu können: Es geht darum, elektrifizierte Luftfahrtantriebe zu untersuchen, die z.B. über ein Batteriesystem und einen elektrischen Antrieb direkt betrieben werden; oder es kann ein Konzept betrachtet werden, wo Wasserstoff z.B. über eine Brennstoffzelle in Strom umgewandelt wird und damit ein elektrischer Antrieb versorgt wird. Man kann sich auch vorstellen, dass der Wasserstoff in einer Gasturbine zu Wasser verbrannt wird, die dann ihrerseits Strom generiert. Also, da gibt es verschiedene Konzepte.
Die Idee hier in Aachen ist eben nicht nur, die urbane Mobilität zu untersuchen, sondern grundsätzlich neue Technologien für Kleinflugzeuge zu entwickeln, für die sogenannte Allgemeine Luftfahrt. Und davon versprechen wir uns nicht nur, solche Kleinfluggeräte damit auszustatten, sondern im Idealfall können wir daraus auch etwas für größere Fluggeräte lernen, so dass dann möglicherweise Technologien für das elektrische Fliegen, die wir hier in Aachen mit dem Fokus auf Kleinflugzeuge entwickeln, von anderen Instituten im DLR weiterentwickelt werden können, die ihrerseits den Fokus auf größere Fluggeräte setzen. Das wäre der Idealfall.
Und diese „Systemfrage“ – Akku, Brennstoffzelle oder Verbrennungsmotoren mit e-Fuels – kann man noch nicht als entschieden betrachten?
Ich glaube, wenn ich die wissenschaftlichen Kollegen im DLR da richtig zitiere, dann ist das große Potenzial bei den e-Fuels, dass man sie sehr zeitnah schon in vorhandenen Fluggeräten einsetzen kann. Der Engpass hier ist allerdings die Produktionsmenge. Es ergibt ja nur Sinn, wenn man den Energieaufwand, den man in die Produktion solcher e-Fuels steckt, mit nachhaltiger Energie betreibt …
… und mit ganz ordentlichen Mengen davon, die wir eigentlich auch woanders brauchen.
Ja. Und das ist genau das Dilemma: Ist es möglich, so einen Prozess zu organisieren, der Produktionskapazitäten und damit auch Energiekapazitäten bereitstellt, um solche Treibstoffe herzustellen, die dann sicherlich sehr viel klimafreundlicher eingesetzt werden könnten, auch in vorhandenen Fluggeräten?
An solchen Technologien wird an verschiedenen Stellen im DLR gearbeitet, insbesondere an den „Sustainable Aviation Fuels“, abgekürzt SAF. Hier in Aachen und Merzbrück setzen wir den Fokus eher direkt auf die elektrischen Antriebe. Und das wird, meiner Einschätzung nach, eher batterieelektrisch oder hybridelektrisch, wahrscheinlich in der Form, dass man Wasserstoff zum Einsatz bringt.
Abb 2 —Erster Besuch von DLR-Flugzeugen am Forschungsflugplatz Aachen-Merzbrück. Foto: DLR •
Es gibt Luftfahrttechnologien, die um eine ganze Größenordnung energieeffizienter sind als unsere Flugzeuge, nämlich Luftschiffe. Nach meiner Einschätzung könnte man die viel besser auch auf langen Strecken mit akkuelektrischen Antrieben einsetzen. Und man hätte, weil sie eine große Außenhülle haben, große Flächen, um Photovoltaik darauf anzubringen und so einen Teil der Energie, die während der Fahrt benötigt wird, unmittelbar zu erzeugen. Ist das im DLR ein Thema?
Ob es Bereiche im DLR gibt, die sich intensiv mit Luftschiffen befassen, ist mir jetzt ad hoc nicht bekannt. Ich würde es erst mal so bewerten: Ich glaube, dass es viele verschiedene Technologien gibt, die man quasi in ein Portfolio einsortieren könnte, die jeweils ihre Stärken und Schwächen haben. Und ich glaube, am Ende werden wir uns die Frage stellen müssen: Welche Anwendungen benötigen welche Technologien? Und umgekehrt: Wenn man als Forscher eine neue Technologie entdeckt oder erweitert, muss man sich immer die Frage stellen: Für welche Anwendungen könnte diese Technologie besonders interessant sein? Bei den Luftschiffen würde ich sagen, dass die Geschwindigkeit, mit der man die Distanz überbrückt, eine andere ist als bei anderen Luftfahrzeugen. Und so könnte man das entsprechend bewerten: Es gibt bestimmt Anwendungen, bei denen die Geschwindigkeit eine Rolle spielt, und andere, bei denen sie nicht so eine große Rolle spielt.
Geschwindigkeit kommt in meiner letzten Frage auch noch vor, aber in ganz anderem Sinne, nämlich: die Geschwindigkeit, in der die Klimaneutralität des Luftfahrtsektors erreicht werden kann. Heute lautet das Ziel ja: 2050 klimaneutral. Das ist eigentlich ein toller Fortschritt, denn vor sechs Jahren hieß es: für 2050 streben wir an, nicht mehr auszustoßen als heute – „klimaneutrales Wachstum“ nannten das die Verbände. Heute will man auf Null kommen. Aber nach Überzeugung des SFV reicht das nicht. Wir vertreten die Forderung, wir müssten in allen Sektoren 2030 bei 100% Erneuerbaren Energien sein. Es kann ja nun sein, wenn sich die Extremwetterereignisse weiter häufen, dass die Bundesregierung sagt: 2030 darf in Deutschland nur noch fliegen, was emissionsfrei ist! Was würde das bedeuten, erstens für die Luftfahrt, zweitens für Sie und Ihre Einrichtung hier?
Das DLR als Forschungseinrichtung tut, glaube ich, vor dem Hintergrund, den Sie geschildert haben, gut daran, an diesen Technologien zu forschen und sie in den Technologie-Reifegraden so weit voranzutreiben, dass sie in die wirtschaftliche Verwertung Eingang finden. Dass es also Unternehmen gibt, die diese Technologien für so interessant und so weit entwickelt halten, dass sie sie zum Einsatz bringen wollen. Das heißt, wir als Forschungseinrichtung sind da jetzt genau richtig aufgestellt, und mit unserer neuen Luftfahrt-Strategie, die sich ganz konkret am European Green Deal ausgerichtet hat, sind wir vorbereitet.
Mit dem Ansatz hier in Aachen wollen wir erreichen, dass wir zusammen mit den Partnern vielversprechende Technologien möglichst schnell in die Anwendung bekommen. Wir glauben, dass das mit einem engen Austausch am besten geht, bis dahin, dass z.B. Unternehmen frühzeitig neue Geschäftsmodelle für sich erkennen und ein intrinsisches Interesse entwickeln, diese klimafreundlichen Technologien an den Markt zu bringen. Das DLR als Forschungseinrichtung kann auf dem vorderen Teil dieses Weges etwas tun, bevor andere übernehmen müssen – nicht zuletzt sicherlich auch der Gesetzgeber, der die Rahmenbedingungen setzt.
Es hängt also auch an der Bürokratie, die teilweise mit guten Gründen in der Welt ist, aber auch teilweise gar nicht auf elektrische Antriebe zugeschnitten. In einer Zulassungsklasse gab es die Bestimmung, dass die Flugzeuge mit Kolbenmotoren angetrieben werden müssen, weil man verhindern wollte, dass sie Strahltriebwerke kriegen; und jetzt verhindert diese Bestimmung Elektroantriebe. Das alles auszuräumen, dauert doch seine Zeit, oder? Ist da bis zum Jahr 2030 überhaupt etwas Nennenswertes in die Luft zu bekommen?
Das ist eine gute Frage. Die kann man auch mal an die zuständigen Behörden richten, die diese Regelwerke machen. Wir können uns da als Forschungseinrichtung vor allem beratend anbieten. Es gibt auch entsprechende Schnittstellen mit den Behörden, die sich die technologische Expertise des DLR holen. Das Beispiel mit dem Kolbenmotor trifft es ganz gut. Im Bereich der Kleinflugzeuge gibt es auch noch wenig regulierte Lufträume. Da findet ein lebendiger Austausch statt: zwischen Vertretern aus der Industrie, vom DLR und den Behörden, weil die Behörden auch auf die Beratung Wert legen: Wie muss man möglicherweise solche Regelwerke neu denken? Oder Lufträume, die bisher gar nicht geregelt waren, noch mal betrachten, ob da auch etwas gemacht werden muss. Wir als Forschungseinrichtung können da immer nur anbieten zu unterstützen; es ist ja nicht unsere Aufgabe, die Funktion dieser Behörden zu übernehmen.
Bei den großen Flugzeugbauern Airbus und Boeing laufen die Planungen darauf hinaus, dass alle Technologien der Antriebssysteme erforscht werden, aber auf der langen Strecke sehen sie in den nächsten Jahrzehnten noch ihre klassischen Layouts. Airbus sagt: Bis 2030 sollen alle Konstruktionen 100% SAF-ready sein. Das sind dann aber klassische Layouts. Das ist eben deren Geschäft. Insofern denke ich: Es wird da auch zu Konflikten kommen.
Also, wie vorhin schon erwähnt, glaube ich, dass dort kurzfristig ein großer Hebel sein könnte. Das muss ich so hypothetisch ausdrücken; das können andere besser bewerten. Aber das ist das, was ich so höre. Es gibt vielleicht eine Chance, mit diesen klassischen Konfigurationen schneller klimafreundlicher zu werden. Ich muss davon ausgehen, dass auch größere Firmen oder Entwickler, Anbieter von Luftfahrzeugen an neuen Technologien forschen. Teilweise tun sie das auch mit dem DLR zusammen. Wir im DLR machen das aber eben auch, und versuchen, neutral auf die Situation zu gucken, um verschiedene Technologien bewerten zu können, und sie dann auch zusammen mit Partnern wie Airbus oder anderen in ihrem Reifegrad noch weiter zu bringen, um herauszufinden, ob sie ihren Weg bis in die Anwendung finden können.
Das muss natürlich besser schneller als langsamer passieren. Aber was genau die Firmen im Hintergrund machen, das können sie selbst am besten erklären – sofern sie das offenlegen. Auch wir sind nicht festgelegt, dass Fluggeräte der Zukunft unbedingt so diese klassische Konfiguration haben müssen, wie wir sie heute schon kennen. Sie haben vorhin schon andere Firmen und Startups erwähnt, die andere Konfigurationen testen und erproben; und jede Konfiguration hat ihre Vor- und Nachteile. Da kann man für verschiedene Anwendungsfälle verschiedene Technologien bewerten, erforschen und entwickeln, und muss dann sehen, was sich für welche Anwendung eignet.
Ja; das werden wir weiter beobachten.
Sehr gerne! Wir sind auch gespannt, was wir da noch alles entdecken werden!
Abb 3 — Kleinflugzeug-Konzept „HyBird“ über dem Forschungsflugplatz Aachen-Merzbrück. Illustration: DLR •