Forschung für umweltfreundlichere Flugzeugtriebwerke
Europa hat sich strenge Emissionsziele gesetzt: gemäß den Vorgaben des Rates für Luft- und Raumfahrtforschung in Europa (ACARE) für die 2020-Vision soll allein der europäische Sektor Flugzeugtriebwerke den gesamten 2000 CO2- und Kraftstoffverbrauch je nach Motorgröße um 15 bis 20 % zu reduzieren. Zudem strebt der gesamte europäische Luftverkehrssektor im Vergleich zum Jahr 2000 eine Reduzierung um 50 % an. Mit steigenden Passagierzahlen und dem immer stärkeren Druck, Flugverkehr rentabler und sicherer zu machen, könnten diese Ziele zu hoch gesteckt sein. Nicht LEMCOTEC. Mit den von LEMCOTEC entwickelten Technologien für Kerntriebwerke auf Subsystem- und Komponentenebene könnte es gelingen, den CO2-Ausstoß um 20 bis 30 % zu reduzieren. Sie arbeiten bei höherem Druck und Temperaturen, was den Wärmekreislauf des Triebwerks effizienter macht. Für das Projekt wurden stabilere und leichtere Motorgehäuse entwickelt, die den Energieverbrauch für die Luftkühlung heißer Bauteile senken. "Höhere Druckverhältnisse machen die Triebwerke in der Regel schwerer und teurer", erklärt Projektkoordinator Ralf von der Bank. "LEMCOTEC erreichte hier insgesamt Verbesserungen, indem das Gewicht der Komponenten reduziert, die Aerodynamik und die Kühlung verbessert und neueste Materialien mit höherer Temperaturbeständigkeit und geringerer Dichte verarbeitet wurden." Technologische Verbesserungen LEMCOTEC baute keine gänzlich neuen Motoren, sondern führte technologische Verbesserungen der Komponenten von Teilsystemen des Motors durch, etwa bei Kompressoren, Magerverbrennungssystemen, Verbrennung-Turbinen-Grenzflächen, Turbinen und modernsten Ultrahochdruckmotoren. "Als so genanntes Integriertes Projekt Level 2 validierte LEMCOTEC Kerntriebwerkstechnologien für künftige Triebwerke mit ultrahohem Druckverhältnis bis hin zur Teilsystemebene", erklärt von der Bank. "Auf diese Weise konnten wir dazu beitragen, die Lücke zwischen Grundlagenforschung/Innovation und vorwettbewerblichen Technologiedemonstrationen der Clean-Sky-Initiative zu schließen." Über die Projektdauer definierten die Forscher drei generische Triebwerksarchitekturen für den Regional-, Mittel- und Langstreckenverkehr. Zum Beispiel konnten die Forscher beim Triebwerk für Regionalflüge mehrere Komponenten identifizieren, mit denen sich Emissionswerte verbessern lassen. Um dieses Potenzial zu erschließen, entwickelte das Projekt Verbrennungsteilsysteme, die Magerverbrennung und effiziente Treibstoffeinspritzung kombinieren. Mit seinem neuen Teilsystem der Magerverbrennung ist das Triebwerk ein Beitrag, um eine Reduzierung der NOx-Emissionen um 65 bis 70 % zu erreichen. Ermutigende Ergebnisse Die Forscher testen derzeit eine der drei Technologien für emissionsarme Brennkammern. "Unsere Ergebnisse sind sehr ermutigend", sagt von der Bank. "Wie die Auswertung zeigte, wurden die Projektziele hinsichtlich der Reduzierung von CO2-Emissionen bei allen drei Triebwerkstypen fast erreicht." Und er fügt hinzu, dass durch die niedrigeren CO2-, Wasserdampf- und Schwefeloxidemissionen auch der Treibstoffverbrauch sinkt. Da die Magerverbrennungssysteme sehr effektiv sind, könnten die NOx-Emissionen noch weiter reduziert werden als ursprünglich gedacht. Effizientere Teilsysteme bei Triebwerken könnten den gesamten ökologischen Fußabdruck eines Flugzeugs auf etwa zwei Liter Treibstoff pro Passagier und 100 Flugkilometer verringern. "Dies ist eine wesentliche Verbesserung bei der Effizienz, für die man sich auf das Kerntriebwerk als wichtiges Element eines Flugzeugantriebssystems konzentrierte", fügt von der Bank hinzu. "In Verbindung mit Effizienzsteigerungen bei Gehäuse, Flugbetrieb und Flugverkehrsmanagement sind die Ziele der Vision 2020 machbar. So könnte langfristig auch ein Verbrauch von nur einem Liter Kraftstoff pro 100 Passagierkilometer greifbar werden."
Schlüsselbegriffe
LEMCOTEC, Flugzeugtriebwerke, CO2-Emissionen, Vision 2020
