Im Zeichen des Klimawandels werden sich, so scheint es, die Triebwerke der großen Verkehrsflugzeuge ändern müssen. Der Triebwerkshersteller mtu nutzte den diesjährigen Aero Salon in Paris, um einige seiner Konzepte für die Jet-Antriebe der nächsten und übernächsten Generation zu präsentieren.

mtu präsentiert neue Antriebskonzepte

Als Fluggäste merken wir in der Regel wenig davon. Aber die Triebwerke unter den Airbussen und Boeings müssen leiser und sparsamer werden, um die Klimaziele der Politik zu erfüllen. Bereits 2011 legte das EU-Weissbuch Verkehr fest, bis 2050 die Treibhausgasemissionen um mindestens 60 Prozent gegenüber dem Niveau von 1990 zu senken. Zudem soll der Luftverkehr im Jahre 2050 bis zu 40 Prozent CO2-arme Treibstoffe aus nachhaltiger Produktion nutzen.

Das Unternehmen produziert bereits heute zusammen mit Pratt&Whitney Getriebefan-Triebwerke. Getriebefans oder Geared Turbofans nutzen zwei oder sogar drei Antriebswellen. Zwischen Niederdruckturbine und dem großen, vorne am Triebwerk installierten Fan arbeitet ein Untersetzungsgetriebe. So kann der Fan langsamer und die Niederdruckturbine schneller laufen. Beide Triebwerkskomponenten arbeiten in ihrem optimalen Leistungsbereich. Das macht das gesamte Triebwerk leiser und sparsamer. Gegenüber konventionellen Triebwerken lassen sich rund 10 Prozent Treibstoff einsparen.

BU: Schema eines Getriebefan-Triebwerks mit Fan (1) und Getriebe (2). Dahinter sitzen die Verdichterstufe und die Brennkammer.
Foto: Tosaka via Wikimedia Commons.

Klimaziele erfordern neuartige Lösungen

Allerdings sind die Einsparziele der Politik nach Einschätzung der mtu-Verantwortlichen nur mit neuen Technologien erreichbar. Die Entwickler des Unternehmens arbeiten an zwei neuen Lösungen. Der so genannte Composite Cycle-Ansatz fügt dem Hochdruckverdichter einen Kolbenverdichter und -motor hinzu. “Damit können wir den thermischen Wirkungsgrad deutlich seigern”, erläuterte Dr. Stefan Weber, Leiter Technologie und Vorauslegung das Prinzip.

Schaubild des Entwurfs einer Compsite Cycle Engine.

Das Composite Cycle-Triebwerk fügt dem Hochdruckverdichter einen Kolbenverdichter und -motor hinzu.
Illustration: mtu

Die STIG Cycle Engine nutzt die Energie im Abgasstrahl, um zusätzliche Leistung zu erzeugen. STIG steht für „Steam Injected Gas turbine“. In die Gasturbine wird Wasserdampf gespritzt, der wiederum aus einem Wärmetauscher am Triebwerksauslass stammt. Durch diese nasse Verbrennung ließen sich sowohl der Ausstoß von CO 2 als auch von Stickoxiden deutlich senken.

Darstellung der STIG Cycle Engine. Im hinteren Bereich sind die Wärmetauscher erkennbar, die die Hitze aus dem Triebwerksstrahl in Wasserdampf verwandeln. Der wird dann in die Gasturbine gespritzt.
Illustration: mtu

Fernziel: Fliegen ohne Abgase

Ein weiterer Schritt zur klimaneutralen Fliegerei sind nachhaltig produzierte synthetische Kraftstoffe, die durch Solarenergie erzeugt werden könnten. Für sie bräuchte man keine neue Infrastruktur. Zudem interessieren sich die mtu-Entwickler auch für elektrische Antriebe. Vorausgesetzt, der verwendete Strom würde klimaneutral erzeugt, ließe sich so das Fliegen ohne Abgase verwirklichen.

Allerdings reicht die Leistung heutiger Batteriesysteme noch nicht aus, um ein großes Verkehrsflugzeug anzutreiben. Einen möglichen Ansatz böten turboelektrische oder hybridelektrische Systeme. Den Strom würden Gasturbinen und Generatoren im Rumpf erzeugen. Dieser wiederum würde an den Flügeln verteilte Fanpropeller antreiben, eine Lösung, die sich heute schon bei mehreren Lufttaxi-Konzepten findet. Allerdings müssen diese Konzepte ihre Praxistauglichkeit noch beweisen.