Ein Artikel von Catherine Bischofberger
Indem sie der Luftfahrtbranche helfen, umweltfreundlicher zu werden, tragen Normen und Konformitätsbewertungssysteme der IEC zur Erreichung mehrerer UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung bei.
Die Luftfahrtbranche leidet noch immer unter den Folgen der COVID-19-Pandemie, die zu einem drastischen Rückgang an Reisen, besonders bei Fernreisen, geführt hat. Wie für die meisten von uns war dies jedoch auch für die Luftfahrtbranche eine Zeit zum Nachdenken.
Die Forderung nach nachhaltigeren Flugzeugen, die weniger CO2 ausstoßen, gewann zunehmend an Dynamik. Infolge der geringeren Anzahl an Flugzeugen, die abhoben, und des gleichzeitigen Rückgangs bei anderen Transportmitteln (manche Branchen kamen ganz zum Erliegen) sank der Kohlendioxidausstoß drastisch – und hat den Weg in eine sauberere Zukunft aufgezeigt.
Nach Schätzungen war der Luftfahrtsektor vor der Pandemie für ca. 2 Prozent des weltweiten jährlichen Kohlendioxidausstoßes verantwortlich. Setzt sich der Wachstumskurs in diesem Tempo weiter fort, wird davon ausgegangen, dass sich die CO2-Emissionen durch Flugzeuge bis 2050 verdreifachen könnten, wenn sich nichts ändert.
Die Luftfahrtindustrie hat nicht auf die Pandemie gewartet, um Lösungen für einen umweltfreundlicheren Verkehr zu entwickeln. Die letzten Jahre haben aber ein neues Licht auf die Bemühungen geworfen und sie vielleicht auch jenen immer deutlicher vor Augen geführt, die anfangs eher zurückhaltend waren, wenn es darum ging, die sich ändernden Technologien und Prozesse vollständig zu unterstützen.
Auf dem letzten UN-Klimagipfel in Glasgow haben einige der größten Fluggesellschaften ein Abkommen zur Senkung der Treibhausgasemissionen unterzeichnet. Mittel- bis langfristig versprechen diese Transportunternehmen, sich Richtung Netto-Null-Kohlendioxidemissionen zu bewegen.
Eine der Optionen, um null Emissionen zu erreichen, ist Wasserstoff. Einer der größten europäischen Flugzeughersteller formuliert es so: „Wir glauben, dass Wasserstoff eine der vielversprechendsten Null-Emissionen-Technologien ist, um die negativen Auswirkungen der Luftfahrt auf das Klima zu reduzieren. Aus diesem Grund betrachten wir Wasserstoff als wichtige Technologie auf dem Weg zur Erreichung unseres Ziels, bis 2035 ein emissionsfreies Verkehrsflugzeug auf den Markt zu bringen.“
Der Flugzeugriese setzt auf ein Hybrid-Konzept, das sowohl Wasserstoff als Treibstoff als auch Strom, der durch Brennstoffzellen erzeugt wird, nutzt. Die Idee ist, ein modifiziertes Gasturbinentriebwerk zu verwenden, das durch die Verbrennung von Wasserstoff angetrieben wird – nicht unähnlich zu Raumfahrzeugen. Flüssigwasserstoff wird mit Sauerstoff vermischt, um Treibstoff zu erzeugen. Zudem werden Wasserstoffbrennstoffzellen Strom erzeugen, der die Energie, die von dem Gasturbinentriebwerk erzeugt wird, ergänzt, was zu einem hocheffizienten hybridelektrischen Antriebssystem führt. Laut dem Unternehmen „ergänzen sich alle diese Technologien, und der Nutzen addieret sich“.
IEC/TC 105 (DKE/K 384) hat kürzlich mehrere bahnbrechende Normen zur Brennstoffzellentechnologie veröffentlicht. Dazu gehört IEC 62282-8-201, die sich mit Energiespeichersystemen befasst, die Brennstoffzellenmodule im reversiblen Betrieb nutzen. Sie legt Leistungsindikatoren und Prüfverfahren für Power-to-Power-Energiespeichersysteme fest, die Wasserstoff nutzen.
„Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie kann teuer sein, aber durch die Standardisierung von Bestandteilen und Betriebsbedingungen in dem Bereich bereiten wir den Weg für die Massenfertigung“, sagt Stephen McPhail, Experte im IEC/TC 105.
Wasserstoff: Chemischer Winzling mit riesiger Bedeutung für eine erfolgreiche Energiewende
Grüner Wasserstoff wird als Energieträger der Zukunft gehandelt, allen voran im Mobilitätssektor. Aber der Umgang mit Wasserstoff ist auch nicht ungefährlich. Fachleute engagieren sich aus dem Grund in der Normung, um die Nutzung von Wasserstoff für unterschiedliche Anwendungen sicher zu gestalten.
Mehrere Flugzeughersteller, von kleinen Start-ups bis zu Branchenführern, arbeiten an der Entwicklung und Konstruktion batteriebetriebener Verkehrsflugzeuge, die zuverlässig sind und zu einem für Fluggesellschaften attraktiven Preis angeboten werden können.
Die Batterieleistung, die notwendig ist, um ein Flugzeug voll mit Passagieren, unter Einhaltung aller Sicherheitsvorkehrungen, auf Reiseflughöhe zu bringen, ist viel größer als das, was Fahrzeuge auf dem Boden brauchen, um durch die Stadt zu fahren. Die Batterien, die für kleine Verkehrsflugzeuge entwickelt werden, wiegen mehrere tausend Kilo – eines der Probleme, die es durch Ingenieure zu lösen gilt. Flüssigtreibstoff ist nicht nur viel leichter als eine Batterie, sondern infolge der Verbrennung des Treibstoffs werden Flugzeuge auch leichter.
Daher konzentrierten sich die anfänglichen Bemühungen auf Kleinflugzeuge, die ein Dutzend Passagiere über kurze Strecken transportieren. Wie im IEC-Blog berichtet, hat 2019 das weltweit erste elektrische Verkehrsflugzeug in der kanadischen Stadt Vancouver abgehoben. Der erste Testflug dauerte 15 Minuten. Die maximal mögliche Strecke, die das kanadische Flugzeug zurücklegen konnte, betrug 160 km. Es wird noch mehrere Jahre dauern, bis die Besitzer ihre gesamte Flotte elektrifizieren und kommerzielle Flüge anbieten können, aber der Testflug hat gezeigt, dass die technischen Hürden überwunden werden können.
Lithium-Ionen-Akkus: Kompendium und Praxisleitfaden für Hersteller, Entwickler und Anwender
Lithium-Ionen-Akkus verfügen über zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten – von tragbaren Geräten über die Elektromobilität bis hin zu stationären Heimspeichern. Der entscheidende Vorteil gegenüber anderen Akkus: eine deutlich höhere Energiedichte. Li-Ionen-Akkus sind allerdings nicht ganz unproblematisch.
Das VDE Kompendium sowie eine Risikoeinschätzung für Lithium-Ionen Speichermedien bieten allen Interessierten einen guten Einstieg in dieses Thema.
Ein israelisches Unternehmen arbeitet an Alice, einem batteriebetriebenen Flugzeug, das kurz vor seinem Jungfernflug steht. Riesige Batterien sind an der linken und rechten Seite des Flugzeugs angebracht. Die Batterien werden 50 Prozent des Startgewichts ausmachen und bilden den Rumpf des Flugzeugs in der Nähe des Bereichs, wo die Tragflächen angebracht sind. Das Aufladen des Flugzeugs wird ähnlich sein wie das Laden von Elektrofahrzeugen, die auf der Straße unterwegs sind. Während die Passagiere einsteigen, wird das Flugzeug angeschlossen und aufgeladen. Die erwartete Reichweite von Alice wird mit ca. 440 Meilen (708 km) angegeben.
Die Verwendung extra leichter Materialien bei der Entwicklung des Flugzeugs ist eine der Voraussetzungen. Moderne Jets sind aus fortschrittlichen Verbundwerkstoffen, wie carbonfaserverstärktem Kunststoff, hergestellt, die extrem leicht und langlebig sind, und das Gesamtgewicht des Flugzeugs um bis zu 20 Prozent im Vergleich zu Flugzeugen mit Aluminiumhülle reduzieren können. IEC/TC 113 (DKE/K 141) erarbeitet Normen und Standards im Bereich von Kohlenstoff-Nanoröhre-Materialien und Graphen-verwandter Materialien. Sie sollen die Sicherung der Qualität und Zuverlässigkeit dieser Materialien und Zwischenstücke erleichtern.
Darüber hinaus sind zwei technische Komitees speziell mit der Erarbeitung von Normen für die Luftfahrtindustrie beschäftigt: IEC/TC 107 (DKE/K 682), Verfahrenslenkung im Bereich der Luft- und Raumfahrt (Avionics), und IEC/TC 97 (DKE/K 229), Elektrische Anlagen für Beleuchtung und Befeuerung von Flugplätzen.
IEC/TC 107 erarbeitet Normen für neue Leistungselektronik, die vermehrt für Elektroflugzeuge erforderlich sind. Dazu gehören beispielsweise Siliciumcarbid, Aluminiumnitridtransistoren und -dioden und andere neue Technologien. IEC/TC 97 erarbeitet internationale Normen für Energieverteilungsanlagen, die den Betriebs- und Sicherheitsanforderungen von Flugplatzbefeuerungsanlagen (en: aeronautical ground lighting, AGL) angepasst sind. IEC/TC 97 veröffentlicht außerdem eine Normenreihe zu Konstantstrom-Schaltsystemen, die speziell für lichtemittierende Dioden (LEDs), die für AGL verwendet werden, angepasst sind.
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Die Planung für umweltfreundlichere Flugzeuge bedeutet ebenso, Energieeffizienzprozesse innerhalb der Branche zu etablieren. Der flächendeckende Einsatz von LED-Leuchtmitteln ist ein solcher Prozess. IEC-Normen und Konformitätsbewertungssysteme gewährleisten, dass LED-Leuchtmittel sicher sind und die erforderlichen Leistungsniveaus erfüllen.
IEC/TC 34 (DKE/K 521) veröffentlicht unter anderem die Norm IEC 62031, die Sicherheitsanforderungen für LED-Module für Allgemeinbeleuchtung festlegt. IECQ (IEC Quality Assessment System for Electronic Components) betreibt das IECQ-System für LED-Beleuchtung. Das IECQ-System bietet Herstellern und Lieferanten von Elektrokomponenten, Modulen und Bauteilen, die bei der Herstellung von LED-Packages, -Engines, -Lampen, -Leuchten und zugehöriger LED-Vorschaltgeräte/-Treiber zum Einsatz kommen, die Möglichkeit einer Zertifizierung.
IECQ ist ein standardisierter Ansatz zur Bewertung von Lieferanten und kann als Supply-Chain-Management-Tool bei der Bewertung und Überwachung der verschiedenen Teilsystemlieferanten eingesetzt werden. Das System schützt Verbraucherinnen und Verbraucher, indem es sicherstellt, dass teilnehmende Unternehmen Produkte herstellen, die die relevanten Normen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Sicherheit und Effizienz erfüllen.
Durch ihren Einsatz für eine nachhaltigere Zukunft in allen Bereichen des Transportwesens, inklusive Flugzeuge, trägt die IEC mit ihrer Arbeit im Bereich der Normung und Konformitätsbewertung dazu bei, mehrere der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung zu erreichen, inklusive SDG 11 und SDG 13.
Redaktioneller Hinweis:
Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals auf etech.iec.ch in der Ausgabe 02/2022.
Zu finden unter: https://etech.iec.ch/issue/2022-02/green-aircraft-on-the-horizon
Die im Text aufgeführten Normen können Sie nach Veröffentlichung beim VDE VERLAG erwerben.
Die Elektromobilität ist eine Sprunginnovation, die ein neues, übergreifendes Systemdenken erfordert. Um die deutsche Wirtschaft erfolgreich im Bereich Mobility zu positionieren, ist es wichtig, die positiven Effekte von Normen und Standards von Beginn an in den Entwicklungsprozess einzubeziehen und damit voll auszuschöpfen. Gleiches gilt aber auch für die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Mobilität – die Mikromobilität. Weitere Inhalte zu diesem Fachgebiet finden Sie im
