Green for Take Off – Einblicke in die Elektroflugzeugindustrie

Warum United sein Bordmagazin um eine Unze reduziert hat

Im Jahr 2018 begann United Airlines damit, sein Bordmagazin auf leichterem Papier zu drucken, wodurch 1 Unze von jedem Magazin auf 6,85 Unzen reduziert wurde. Damals betrieb United 744 Hauptlinienflugzeuge mit einer durchschnittlichen Sitzplatzkapazität von etwa 210. Dies bedeutet eine Reduzierung von nur etwa 13 Pfund pro Flug – etwa das gleiche Gewicht wie ein dürrer Cavalier King Charles. Laut United führte dies jedoch zu jährlichen Kraftstoffeinsparungen von 170.000 Gallonen, was Kraftstoffkosten in Höhe von 290.000 US-Dollar entspricht.

Die Gewinnmargen der Luftfahrtindustrie gehören zu den dünnsten aller Branchen weltweit. Und Treibstoff macht fast die Hälfte der Betriebskosten einer Fluggesellschaft aus. Daher ist es nicht verwunderlich, dass Fluggesellschaften ständig nach neuen und kreativen Wegen suchen, um diese „unkontrollierbaren“ und großen Kosten zu senken.

Auftritt: das Elektroflugzeug.

Das Elektroflugzeug verspricht, die Treibstoffkosten erheblich zu senken (wie viel steht noch zur Debatte) und gleichzeitig den Planeten (etwas) vor gefährlichem Treibstoffabfall zu bewahren. Wenn Tesla jedoch ein Indikator ist, ist der Weg von fossilen Brennstoffen zu Elektroantrieben nicht glatt gepflastert; Batterie-, Infrastruktur-, Sicherheits- und Regulierungsfragen gibt es zuhauf.

Dieser Artikel analysiert die Gründe, warum das Elektroflugzeug jetzt in den Vordergrund rückt, die Technologien und Hürden, die Größe des Marktes und die Wettbewerbslandschaft. Wir schätzen auch, wann Sie in Ihrem ersten Elektroflugzeug fliegen werden.

Warum heben jetzt Elektroflugzeuge ab?

Die primäre Antwort auf die Frage, warum Elektroflugzeuge jetzt ihren Moment an der Sonne haben, ist die Klimaregulierung. Kürzlich haben US-amerikanische und ausländische Aufsichtsbehörden ernsthafte Forderungen zur Reduzierung von Emissionen erhoben. Während laut Roland Berger „nur“ 2-3 % der weltweiten Emissionen aus dem Fliegen stammen, könnten es bis 2050 10 % oder sogar 24 % sein, wenn andere Sektoren schneller sauberer werden, wie einige Experten prognostizieren. Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO), eine Organisation der Vereinten Nationen, fordert eine Obergrenze für die Netto-CO2-Emissionen des Luftverkehrs ab 2020 (klimaneutrales Wachstum). Bei einer stärkeren Einführung des Elektroantriebs könnte dies relativ konstant bei 2-5 % bleiben.

Flugreisewachstum und Emissionsprognosen von IATA

Und natürlich gibt es die wirtschaftliche Komponente. Der Business Case für Elektroflugzeuge beruht im Wesentlichen auf 3 Säulen:

1. Niedrigere Betriebskosten
2. Erschließung eines neuen regionalen Reisemarktes
3. Fähigkeit, die vorgeschriebenen CO2-Emissionsstandards zu erfüllen

Laut dem Elektroflugzeug-Startup Ampaire kann ein Elektroflugzeug im Vergleich zu einem Flugzeug mit fossilen Brennstoffen die Treibstoffkosten um 90 %, die Wartung um 50 %, den Start und die Landung um 66 % leiser und die Abgasemissionen um 0 % senken. Diese reduzierten Kosten werden ein Segen für den 26-Milliarden-Dollar-Kurzstreckenmarkt (~30 % aller Flüge derzeit) sein und einen Service zwischen kleinen, regionalen Flughäfen schaffen, die derzeit unwirtschaftlich sind.

Dean Donovan, Geschäftsführer der Luftfahrt- und Reiseinvestmentfirma DiamondStream Partners, sieht, wie Elektroflugzeuge den Tag für derzeit unwirtschaftliche regionale Ziele retten können, und schätzt, dass weitere ~8.000 Flughäfen rentabel angeflogen werden könnten.

Elektroflugzeuge sollen bisher unrentable regionale Strecken erschließen

Darüber hinaus kommen dank vieler technologischer Durchbrüche von Automobilunternehmen, die an Elektrofahrzeugen arbeiten, neue kostengünstigere, leichtere und leistungsstarke Lösungen auf den Markt.

Obwohl sich alle genannten Faktoren in den letzten Jahren langsam entwickelt haben, ist nichts wirklich neu. Was die Dinge wirklich an einen Wendepunkt gebracht hat, sind laut Jeffrey Engler, CEO von Wright Electric, Tier-1-Lieferanten und unterstützende Spieler, die ihr Engagement für Elektroflugzeuge ankündigen. „Zum Beispiel hat der Flughafen Heathrow letztes Jahr angekündigt, dass er für die ersten Hybrid-Elektroflugzeuge oder Elektroflugzeuge im ersten Jahr auf Landegebühren verzichten wird. Im Jahr zuvor gab easyJet bekannt, dass sie mit uns zusammenarbeiten. An sich ist es nur ein Stück, aber wenn man es zusammenzählt, ist es aussagekräftig.“

Tatsächlicher Skin ist jetzt im Spiel.

Im April 2019 stellte Collins Aerospace Pläne zur Entwicklung des Elektroflugmarktes vor, darunter eine 50 Millionen US-Dollar teure Anlage mit hoher Leistung und Hochspannung zum Entwerfen und Testen des „leistungsdichtesten und effizientesten Antriebsmotors der Branche“ in Rockford, Illinois. Im Juni 2019 beschleunigte Rolls-Royce seine Elektrifizierungsstrategie durch die Übernahme des elektrischen und hybrid-elektrischen Luftfahrtantriebsgeschäfts von Siemens. Schließlich kam die letzte Ankündigung im Juli 2019 von BAE Systems, die ankündigten, dass sie mit Wright Electric, einem Start-up-Unternehmen für elektrische Flugzeuge, an „Flugsteuerungen und Energiemanagementsystemen“ zusammenarbeiten werden.

Ein riesiger regionaler Markt, der darauf wartet, sich zu entzünden (Marktgrößenanalyse)

Der Markt für Elektroflugzeuge ist derzeit winzig – geschätzte 99 Millionen US-Dollar im Jahr 2018. MarketsandMarkets prognostiziert, dass dieser bis 2023 auf bescheidene 122 Millionen US-Dollar wachsen wird, was einer CAGR von etwa 4 % entspricht. Zum Vergleich: Der Markt für Elektrofahrzeuge beläuft sich auf rund 119 Milliarden US-Dollar und der weltweite Markt für Verkehrsflugzeuge auf 840 Milliarden US-Dollar. Also die Kartoffeln sind momentan klein. Um ehrlich zu sein, gibt es heute einfach keine elektrisch betriebenen Flugzeuge im kommerziellen Betrieb.

Wenn man weiter hinausschaut, sieht die Zukunft … nun ja, elektrisch aus. UBS prognostiziert bis 2040 einen Markt für Hybrid-Elektroluftfahrt im Wert von 178 Milliarden US-Dollar mit besonders starkem Wachstum ab 2028, wenn das erste Hybrid-Elektroflugzeug mit 50 bis 70 Sitzplätzen ausgeliefert werden soll. Dies geht von etwa 16.077 Lieferungen mit einem Durchschnittspreis von etwa 11 Millionen US-Dollar aus. Es wird erwartet, dass die Attraktivität des Marktes bis 2028 begrenzt bleiben wird, da es an wettbewerbsfähigen Produkten mangelt, aber wenn neue, ruppige Marktteilnehmer wie Eviation, Ampaire und Wright Electric mit brauchbaren Produkten auf den Markt kommen, sollte der Markt beginnen, in die Luft zu gehen.

Es wird erwartet, dass der regionale Markt, definiert als Reisen mit einer Reichweite von weniger als 500 Kilometern (km) oder ~310 Meilen, das Wachstum für Elektro- und Hybridflugzeuge anführen wird. Dies liegt an (1) der begrenzten Batteriekapazität und (2) der neuen wirtschaftlichen Realisierbarkeit der Bedienung dieser zuvor verlustreichen Strecken.

Siemens prognostiziert eine relativ ähnliche Chronologie mit der Erwartung, dass Ultraleichtflugzeuge und Militärflugzeuge zuerst landen (aufgrund weniger strenger Zertifizierungsregeln), gefolgt von einem Hochlauf für zertifizierte Systeme im Jahr 2022, Linienflügen auf Basis von Hybridflugzeugen im Jahr 2030 und schließlich , prognostiziert Siemens, dass der Elektroantrieb bis 2050 die „Standardlösung“ für alle Flugzeugsegmente sein wird. Die Prognosen des Expertengremiums von Roland Berger für die Luft- und Raumfahrt befinden sich in einer ähnlichen Hemisphäre – sie gehen davon aus, dass das erste Hybrid-Elektroflugzeug mit >50 Sitzen bis 2032 in den kommerziellen Dienst gehen wird.

Siemens Electric Propulsion Prediction Map: e-Propulsion wird der Standard bis 2050 sein

Betrachten wir den Markt aus der Nutzungsperspektive. Kevin Noertker, CEO von Ampaire, schätzt: „Große Fluggesellschaften bedienen etwa 150 Flughäfen in den Vereinigten Staaten. Kommerzielle US-Fluggesellschaften bedienen etwa 500 Flughäfen, es gibt jedoch etwa 5.000 kommunale Flughäfen, die die kommerzielle Luftfahrt unterstützen könnten. Das bedeutet, dass die Anzahl der Flughäfen, die kommerziell angeflogen werden könnten, um das 10-fache steigen könnte.“

Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, besteht darin, die erwartete Anzahl von Regionalflugzeugen zu betrachten, die in den Ruhestand gehen und daher ersetzt werden müssen. Die großen OEMs prognostizieren, dass rund 10.000 Flugzeuge mit 9 Passagieren ersetzt werden müssen, wenn man von einer Marktexpansion von Null ausgeht. Geht man von einem Flugzeugpreis von 5 bis 10 Millionen US-Dollar aus, beläuft sich der Markt auf 50 bis 100 Milliarden US-Dollar. Viele in der Branche, darunter auch Noertker, erwarten jedoch eine deutliche Expansion des regionalen Marktes „getrieben durch Preissenkungen auf bestehenden Strecken, aber insbesondere getrieben durch die Erschließung neuer Strecken, die zuvor nie wirklich rentabel waren“. Noertker weiter: „Die konservativsten Kreise sprechen von der doppelten Anzahl benötigter Flugzeuge. Einige gehen so weit zu sagen, dass die Zahl der Flugzeuge, die den Markt bedienen, um das Zehnfache gestiegen ist. Die gestiegene Nachfrage ist der treibende Faktor.“

Als nächstes werfen wir einen Blick auf die einzelnen Akteure, die diesen Markt vorantreiben.

Große OEMs tauchen in die Elektrobranche ein

Große OEMs wie Boeing und Airbus haben ihre Zehen in den Markt für Elektroflugzeuge getaucht. Boeing hat sich mit dem Startup Zunum (mehr dazu weiter unten unter Shocking Startups ) zusammengetan, um sich der Branche zu präsentieren, und Airbus hat mit Projekten wie Vahana, City Airbus und E Fan X experimentiert.

Zusätzlich zu seiner Investition in Zunum arbeitet Aurora Flight Sciences von Boeing, ein 2017 erworbenes Luft- und Raumfahrtforschungsunternehmen, mit einer Uber-Partnerschaft an der Entwicklung eines Netzwerks von fliegenden Taxis. Im Januar 2019 führte Aurora Flight Sciences den ersten Testflug seines vollelektrischen autonomen Passagierluftfahrzeugs durch (siehe Abbildung unten).

Der Test war jedoch relativ klein, da das vertikale Start- und Landeflugzeug (VTOL) vor der Landung nur wenige Sekunden schwebte. Es ist jedoch ein Fortschritt zu sehen, dass ein großer OEM wie Boeing in die Zukunft autonomer, elektrischer „Flugtaxis“ investiert und ein völlig neues Transportmittel für die urbane Mobilität schafft (denken Sie: Wolkenkratzer-Hopping).

Airbus ist auch daran interessiert, ein eigenes Flugtaxi-Netzwerk zu starten. Letztes Jahr demonstrierte Airbus sein Vahana VTOL-Flugzeug. Im März 2019 stellten Airbus und Audi ihr 4-Personen-Lufttaxi CityAirbus im Rahmen der EU-Initiative Urban Air Mobility vor und twitterten „Bald Jungfernflug“.

Es gibt jedoch so viele Unsicherheiten – eventuelle wirtschaftliche, regulatorische Probleme, Sicherheitsprobleme, Infrastrukturprobleme (wie geht ein bereits angeschlagenes Flugsicherungssystem mit einer 10-fachen Zunahme der Anzahl von 9-Sitzer-Flugzeugen um?) und mehr. Diese Unbekannten machen es großen, börsennotierten OEMs schwer, erhebliches Kapital zu investieren und den Markt daher für unternehmerische, temperamentvolle Start-ups zu öffnen, die nach Alpha suchen.

Dean Donovan, Geschäftsführer der Luftfahrt- und Reiseinvestitionsfirma DiamondStream Partners, bemerkt: „OEMs sind sehr an der Raumfahrt interessiert, sehen aber den Wert in der Zusammenarbeit mit Start-ups, um ihre vorhandenen Fähigkeiten zu ergänzen. Sie erkennen die Stärken ihrer bestehenden Modelle in vielen Fällen als Ergänzung, anstatt direkt mit den Start-up-Ideen zu konkurrieren. Es ist nicht klar, wie es ablaufen wird, also lassen Start-ups sie auf risikoarme Weise an einigen Bereichen teilhaben.“

Werfen wir also einen Blick auf diese schäbigen, neuen Spieler.

Schockierende Start-ups elektrisieren eine verschlafene Branche (Finanzmodell- und Wettbewerbslandschaftsanalyse)

Roland Berger schätzt, dass derzeit etwa 170 elektrische Flugkonzepte in der Umsetzung sind. Trotz erheblicher Kundennachfrage wurden laut Dean Donovan jedoch nur wenige der 170 Transaktionen, die eine Finanzierung erhalten haben, in großem Umfang finanziert. Donovan weist darauf hin, dass, wenn jedes dieser 170 Unternehmen rund 100 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln benötigen würde, die gesamte Branche 17 Milliarden US-Dollar an Finanzmitteln benötigen würde – eine relativ große Menge an Kapital im Vergleich zu ihrer Branchengröße.

Der Grund, so argumentiert Donovan, warum dieses Geld auf der Ebene institutioneller Anleger so schwer zu bekommen ist, liegt darin, dass das Investitionsprofil eines Flugzeug-Start-ups viel schwerer zu ertragen ist als das aktuelle Feld der Möglichkeiten, das sich hauptsächlich auf Software konzentriert. Software-Startups können recht einfach zu einem Minimum Viable Product gelangen. Zertifizierungsprobleme für Start-ups in der Luft- und Raumfahrt verursachen jedoch enorme Vorabkosten. In der Zwischenzeit erwirtschaftet das Unternehmen keine Einnahmen. Das bedeutet, dass der Pitch gegenüber einer VC-Firma darin besteht, dass Sie ein sehr cooles Produkt haben, das die Regierung Sie möglicherweise irgendwann verkaufen lässt. In der Zwischenzeit muss das Unternehmen wahrscheinlich 2 Millionen US-Dollar pro Monat ausgeben.

Wie also schließen wir diese Finanzierungslücke? Basierend auf der Erfahrung der Vergangenheit brauchen Sie das Herz und die Seele eines Milliardärs, der bereit ist, in ein Haustier-Leidenschaftsprojekt zu investieren. A la Paul Graham und die Stratolaunch (ein Flugzeug, das gebaut wurde, um Raketen ins All zu befördern) oder das offensichtlichere, Elon Musk und Elektroautos und Raumfahrt. Wenn das die Antwort ist, dann sieht es so aus, als hätte Eviation an diesem Punkt mit der Unterstützung des Milliardärs Richard Chandler den größten Vorsprung. Aber werfen wir einen genaueren Blick auf alle Spieler.

Ampaire - Augen auf den Preis: Aggressiv auf Regionalität ausgerichtet

Strategie

Das in Los Angeles ansässige Startup Ampaire konzentriert sich zunächst auf Flugzeuge für sechs, neun und 19 Passagiere. Ampaire nutzt eine bestehende Struktur und rüstet eine Lösung nach – vom IDTechEx-Bericht als „Walking-before-they-try-to-run“-Strategie gepriesen. Kevin Noertker, CEO von Ampaire, glaubt, dass „der kapital- und zeiteffizienteste Ansatz darin besteht, mit bestehenden Flugzeugzellen zu beginnen.“

Ampaire hat kürzlich erfolgreich ein Flugzeug mit fünf Passagieren getestet, bei dem ein nachgerüsteter Elektromotor einen Propeller im Heck des Flugzeugs antreibt, während ein normaler Verbrennungsmotor den Propeller vorne im Flugzeug antreibt. Die Nachrüstung, ursprünglich eine Cessna Skymaster, kann mit einer einzigen Ladung bis zu 200 Meilen zurücklegen, verbraucht 55 % weniger Treibstoff als ein nicht modifiziertes Flugzeug und kostet bis zu 50 % weniger Wartung. Kevin Noertker, CEO von Ampaire, sagt: „Es ist so etwas wie ein Plug-in-Hybridauto. Wir fahren hier wirklich auf den Rockschößen von bodengebundenen Elektrofahrzeugen.“

Kunden

Später in diesem Jahr wird Hawaiis Mokulele Airlines damit beginnen, ein Hybridflugzeug mit Ampaire auf seiner Pendlerstrecke zwischen den Flughäfen Kahului und Hana auf Hawaii zu testen. Der aktuelle Plan ist laut Noertker, den Hybrid-Service bis 2021 kommerziell verfügbar zu haben.

Neben Mokulele verfügt Ampaire über 14 Interessenbekundungen (LOIs) von regionalen Fluggesellschaften. Für Noertker sind das die wichtigsten Kunden, die er gewinnen kann.

[Regionale Fluggesellschaften] sind die Unternehmen, die sich bestens auskennen. Aufgrund der Kraftstoffkosten hatten sie Schwierigkeiten, rentabel zu sein. Sie brauchen jetzt Flugzeuge. Und darauf konzentrieren wir uns.

Kevin Noertker, CEO von Ampaire

Finanzierung

Ampaire hat Geld von einer Vielzahl von VCs, staatlichen Zuschüssen und von Akteuren der Luftfahrtindustrie wie dem Triebwerkshersteller Continental Aerospace gesammelt.

Wright Electric – Blitzskalierung auf 150-Sitzer-Flugzeuge

Strategie

Wright Electric ist ein weiteres in Los Angeles ansässiges Startup, das den Markt für Elektroflugzeuge angreift. Wrights Geschäftsplan ist es, Flugzeugbauer zu werden, ähnlich wie Airbus und Boeing, wobei sie Systeme entwerfen und integrieren. Zunächst nimmt Wright jedoch ein herkömmliches vorhandenes Flugzeug mit 9 Passagieren und führt eine Nachrüstung durch. Im Gegensatz zu Ampaire ist Wrights ultimatives Ziel jedoch, sich um das traditionellere Passagierflugzeug zu kümmern – ein Flugzeug mit 150 Sitzplätzen.

Kunden

Im Jahr 2017 schlossen sich Wright Electric und easyJet zusammen, um ein Elektroflugzeug mit 180 Sitzen zu bauen, das ab 2027 Strecken von bis zu 300 Meilen fliegen kann. easyJet ist ein natürlicher Partner für Wright Electric, da die Billigfluggesellschaft auf eine lange Geschichte der Förderung zurückblickt Innovation emissionsarmer Flugzeuge und natürlich Kostensenkung. Die Entwicklung eines vollelektrischen Jets dieser Größe scheint jedoch eine ziemliche Strecke zu sein – und wird wahrscheinlich nicht in mindestens einem Jahrzehnt stattfinden.

Zukünftige easyJet-Flugzeuge könnten mit austauschbaren Akkupacks mit verbesserter Zellchemie ausgestattet werden.

Finanzierung

2017 stellte Wright Electric beim Y Combinator Demo Day im Silicon Valley seine Idee für ein gasfreies Flugzeug mit 150 Sitzen vor, mit dem Ziel, in den nächsten 10 bis 20 Jahren Kurzstreckenflüge durchzuführen. Laut Crunchbase hat das Unternehmen mit Y Combinator als Hauptinvestor insgesamt 120.000 US-Dollar aufgebracht.

Zunum Aero - Enorme Vision, aber die Finanzierung stottert

Im Bundesstaat Washington bereitete Zunum Aero , unterstützt von Boeing und JetBlue, irgendwann im Jahr 2019 Testflüge für sein Hybridflugzeug vor, gab jedoch kürzlich zu, dass es einige Schwierigkeiten hat, eine neue Finanzierungsrunde aufzubringen. Zunum scheint den Fehler gemacht zu haben, direkt zu größeren hybrid-elektrischen Flugzeugen überzugehen. Forbes berichtete im Juli 2019, dass Zunum seinen Hauptsitz in Bothell, Washington, geschlossen, Büros in Indianapolis und Illinois geschlossen und fast alle 70 Mitarbeiter entlassen habe. Die Seattle Times berichtete, dass Zunum „kein Bargeld mehr hat und ein Großteil der Operation zusammengebrochen ist“. Auf seiner Website wirbt Zunum derzeit um Investoren für eine Serie B in Höhe von 50 Millionen US-Dollar. Zunum schätzt, dass zusätzliches Eigenkapital von 80 Millionen US-Dollar abzüglich Kundeneinlagen und Produktionsdarlehen erforderlich sein wird, um seinen ZA10 auf den Markt zu bringen (dies umfasst eine Produktionsanlage mit 150 Einheiten/Jahr). ).

Während einige in der Branche glauben, dass Zunum mehr abgebissen hat, als sie kauen könnten, wenn sie versuchen, gleichzeitig Antrieb und Flugzeugzelle zu machen, sieht Dean Donovan, Geschäftsführer der Luftfahrt- und Reiseinvestmentfirma DiamondStream Partners, keinen großen Unterschied In Bezug auf das erforderliche Kapital: „Wenn Sie 100 Millionen US-Dollar und vier Jahre brauchen, um zum Fliegen zu kommen, oder 75 Millionen US-Dollar und drei Jahre, um zum Fliegen zu kommen … macht das wirklich einen Unterschied?“ Donovan war tatsächlich beeindruckt vom Zunum-Team und stellte fest, dass sie eine „unglaubliche Vision“ hatten.

Wenn das von Boeing und Jet Blue unterstützte Zunum darum kämpft, seine Finanzierung aufrechtzuerhalten, wie kann ein Startup mit unsicherer Wirtschaftslage und unzähligen technologischen und regulatorischen Hürden erfolgreich sein? Vielleicht liegt die Antwort darin, einen gigantischen Milliardär als Unterstützer zu haben – wie es bei der in Israel ansässigen Firma Eviation der Fall ist.

Eviation – Die Schönheit der Paris Air Show fängt echte Aufträge ein

Eviation sorgte im Juni auf der Paris Air Show für Furore. Das Unternehmen erhielt Aufträge im zweistelligen Bereich für sein 4-Millionen-Dollar-Elektroflugzeug Alice. Alice kann bis zu 650 Meilen bei ~ 500 Meilen pro Stunde fliegen, mit einem Elektromotor an ihrem Heck und jeder ihrer Flügelspitzen. Die Regionalfluggesellschaft Cape Air soll eine der ersten Fluggesellschaften gewesen sein, die Bestellungen für kommerzielle Elektroflugzeuge aufgegeben hat.

Im Februar 2019 (was in dieser schnelllebigen Branche wohl Lichtjahre zurückliegt) war Eviation ein Unternehmen mit 35 Mitarbeitern und einer gesicherten Finanzierung von rund 200 Millionen US-Dollar, um die Zertifizierung zu bestehen – eine relativ solide Kriegskasse. Der größte Teil der Finanzierung stammt aus dem privaten Investmentfonds Clermont Group des Milliardärs Richard Chandler. Clermont investierte laut einer SEC-Anmeldung 76 Millionen US-Dollar im Austausch für Schuldverschreibungen, die in eine 70-prozentige Beteiligung an Eviation umgewandelt werden konnten.

Adoption von elektrischen Verkehrsflugzeugen: Ein Hauch von Turbulenzen, um in den blauen Himmel zu gelangen

Vollelektrische Flugzeuge verwenden Batterien (oder ein Energiespeichergerät wie Brennstoffzellen) zum Antreiben eines Elektromotors anstelle von Düsentreibstoff zum Antreiben eines Triebwerks. Moderne Batterietypen für den Antrieb von Elektromotoren basieren häufig auf Lithium, haben jedoch aufgrund der begrenzten Lebensdauer zwischen den Ladevorgängen eine begrenzte Reichweite.

Gegenwärtige Lithium-Ionen-Batterien wären nur in der Lage, eine Höchstgeschwindigkeit von etwa 320 km/h zu erzeugen, im Vergleich zu einer Reisegeschwindigkeit von derzeit etwa 800 km/h für Passagierflugzeuge. Während die Automobilindustrie große Fortschritte bei Lithium-Ionen-Batterien gemacht hat, würde die Autoindustrie wahrscheinlich mit einer gravimetrischen Dichte von ~350-400 Wh/kg zufrieden sein, während aktuelle Flugzeugantriebssysteme eher bei ~500 Wh/kg bräuchten. Daher wird es an der Luftfahrtindustrie liegen, von hier aus den Staffelstab zu übernehmen. Roland Berger hat hier einen vernünftigen Fahrplan zu 500 Wh/kg Batterien vorgeschlagen.

Die zweite Option, die in naher Zukunft am wahrscheinlichsten abheben wird, ist das Hybrid-Elektromodell , das eine Gasturbine mit einem Energiespeichersystem kombiniert, das während bestimmter Abschnitte des Fluges einen Elektromotor antreibt. Immerhin gingen den vollelektrischen Automobilen rund 20 Jahre lang Hybride voraus.

Ampaire hat Cessnas für sein Hybridkonzept mit seinem Ampaire 337 umgerüstet, bei dem einer der beiden Motoren durch einen Elektromotor ersetzt wird. Abgesehen von den technologischen Einschränkungen ist die Nachrüstung von Hybridmodellen ein attraktiver Weg für Interessenvertreter von Elektroflugzeugen, da die behördliche Aufsicht wahrscheinlich weniger streng sein wird.

Hybrid-Elektroflugzeug

Die NASA war eine der ersten, die elektrische Flugzeugantriebe (EAP) untersuchte, um Emissionen und Lärmbelästigung zu reduzieren. Die NASA verfügt über ein halbelektrisches Flugzeug, bei dem Brennstoffzellen anstelle von Batterien elektrische Energie erzeugen, die voraussichtlich 2035 in Betrieb genommen werden könnte. Im Wesentlichen entwickeln sie Energiesysteme, die viel leichter und effizienter sind und EAP für Einzel- Gangflugzeuge wie eine Boeing 737. Ein so großes Flugzeug wie eine 737 ist jedoch wahrscheinlich sehr weit entfernt, da sich erste Lösungen auf Regionalflugzeuge konzentrieren werden, die besser geeignet sind, Tier-2-Flughäfen zu bedienen.

EAP-Plan (Electrified Aircraft Propulsion) der NASA für größere Flugzeuge

Kevin Noertker, CEO von Ampaire, bemerkte eine interessante Herausforderung bei der Verfolgung dieser Technologie – bis die Teile eines elektrifizierten Antriebssystems einen FAA-Zulassungsprozess durchlaufen haben, wird es veraltet sein. Als solche müssen sie ständig 10 Schritte voraus denken. Noertker setzt die notwendige Innovation mit einem iPhone-Upgrade-Zyklus gleich. „Wir müssen uns um regelmäßige Upgrades kümmern, fast wie iPhone-Versionen für diese Flugzeuge, und ob es sich dabei um die Software, die Steuerungssysteme oder die Batterietechnologie handelt, das ist ein interessanter Bereich, in dem man nie warten muss. Wir warten nicht auf Technologie. Wir bewegen uns sicherlich mit dem, was verfügbar ist, aber wir müssen diesen Veränderungen standhalten. Und das ist eine interessante Chance und Herausforderung.“

Dean Donovan stellt auch einige erhebliche Hürden für die Einführung elektrischer Verkehrsflugzeuge fest: „Sie müssen Lösungen für die Batterieladezeit, Probleme der Flugsicherung, Pilotenprobleme und die Sicherheit finden. Aus sicherheitstechnischer Sicht könnte jeder einzelne Flug tatsächlich sicherer sein, weil man in einen Elektromotor Redundanz einbauen kann, die in herkömmlichen Motoren nicht verfügbar ist, sodass man nicht das ganze Ding verliert, wenn man ein Teil verliert … Aber mit viel mehr Flugzeugen Da Flugzeuge mit 9 Passagieren immer mehr Passagiere befördern, könnte die Zahl der Unfälle zunehmen.“

Das größte Hindernis für die Einführung ist laut einigen Führungskräften, mit denen wir gesprochen haben, Gleichgültigkeit. Ohne Flugzeugmanager davon zu überzeugen, dass dies eine lohnende Investition ist, wird die Branche nicht abheben. Jeff Engler, CEO von Wright Electric, glaubt, dass höhere F&E-Investitionen von oben nach unten sickern werden, um viele Herausforderungen für Elektroflugzeuge zu beschleunigen. „Stellen Sie sich vor, wenn 100-mal so viele Ingenieure [am Batterieproblem] arbeiten würden, wie viel mehr Innovation würden wir bekommen.“

Wann beleuchten wir also den Himmel?

Der gestiegene Wunsch, Emissionen zu senken, Kosten zu senken und einen regionalen Markt zu erschließen, sind alles treibende Faktoren des Hybridelektromarkts. Es scheint wahrscheinlich, dass der Markt die folgenden Märkte chronologisch adressiert: (1) Kleinflugzeuge für Pflanzenschutz/Inselhüpfen/Fallschirmspringen/Buschhüpfen im Jahr 2020, (2) kleine Charter- und Frachtflugzeuge im Jahr 2025 und (3) 50-70-Sitzer bis ~2030.

Jetzt brauchen wir nur noch die Batterietechnik (und die Infrastruktur). Mr. Musk ausrufen.