Die sanften Riesen kehren zurück

Doch Einsätze zur Erdbeobachtung, für die Telekommunikation oder Hochseerettungsmanöver sind nur Beispiele für eine breite Palette von Anwendungen, für die sich Luftschiffe eignen. Das zeigte eine internationale Konferenz, zu der sich Ende September 2023 viele Luftschiff-Experten aus aller Welt in Nürnberg getroffen haben. Organisiert hatte die Veranstaltung Christoph Pflaum. „Das Thema liegt im Trend“, meint der Ingenieurwissenschaftler. „Die Zahl der Forscher und Unternehmen, die sich damit beschäftigen, steigt stetig.“ Pflaum ist Professor für Numerische Simulationen mit Höchstleistungsrechnern am Institut für Informatik der Universität Erlangen-Nürnberg und forscht selbst mit seinem Team an der Entwicklung neuer Technologien für die fliegenden Riesen.

Im Fokus der Wissenschaftler steht dabei die Nutzung regenerativer Energiequellen für ein klimaschonendes Fliegen mit Luftschiffen, vor allem durch solare und elektrische Antriebstechniken. Welches enorme Potenzial für den Klimaschutz diese Techniken bieten, haben Pflaum und sein Team durch eine theoretische Studie belegt, deren Resultate im März 2023 im Fachmagazin Journal of Sustainable Energy erschienen sind. Dafür haben die Forscher in Erlangen die Emission von klimaschädlichem CO₂ sowie den Energieverbrauch beim Flug mit einem Solarluftschiff mit den entsprechenden Werten bei einem konventionellen Flugzeug verglichen – auf besonders häufig genutzten Flugrouten: über den Nordatlantik zwischen London und New York sowie zwischen Madrid und der Insel Gran Canaria.

E-Antrieb auf dem Prüfstand

„Wir sind von früheren kommerziellen Passagierluftschiffen wie dem 1937 verunglückten, 250 Meter langen Zeppelin ‚Hindenburg‘ ausgegangen und haben auf dieser Basis ein hypothetisches, elektrisch betriebenes Luftschiff entworfen“, berichtet Pflaum. „Dieses am Rechner generierte Fluggerät hat einen starren Rahmen sowie eine von dünnen und biegsamen Solarzellen überzogene Oberfläche und ein Paket von Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher.“ Der Strom für den elektrischen Antrieb des Luftschiffs soll ausschließlich aus Sonnenlicht erzeugt werden.

Die Größe der Batterien und die Bedeckung der Hülle mit Solarzellen wählten die Forscher so, dass Mittel- und Langstreckenflüge möglich sind. Zur Berechnung der Flugzeiten nutzten sie reale Wetterdaten von 2019 sowie die zeitabhängige Sonneneinstrahlung auf den betrachteten Flugrouten. Reiseroute und Batterienutzung passten die Forscher in der Simulation so an, dass die Flugzeiten möglichst kurz ausfielen. Dann ermittelten sie die Reisezeiten mit Passagieren oder Waren an Bord. „Zudem analysierten wir unter anderem den CO₂-Ausstoß und die Betriebskosten“, erklärt Pflaum.

Das Ergebnisse: „Die CO₂-Emissionen eines solarbetriebenen Luftschiffs, die nur durch das Aufladen der Batterien vor dem Flug entstehen, betragen je nach Start- und Zielort sowie nach der Art der Nutzung nur 1 bis 5 Prozent der Emissionen eines herkömmlichen Flugzeugs“, sagt der Wissenschaftler, der als Grundlage für die Berechnung den aktuellen Strommix in Deutschland verwendet hat. „Der geschätzte Energieverbrauch pro Kilometer beläuft sich auf gerade einmal 0,5 bis 2,5 Prozent dessen, was ein Jet benötigen würde.“ Ebenso stark lassen sich die Treibstoffkosten senken.

Aussicht auf klimaneutrales Fliegen

„Mit Blick auf die Nachhaltigkeit sind Luftschiffe somit ein interessanter Lösungsansatz, da die Reise mit einem innovativen, mit Solarzellen versehenen Luftschiff während des Flugs vollständig emissionsfrei ist“, resümiert der Erlanger Forscher. Für die Nutzung von Sonnenenergie seien Luftschiffe geradezu prädestiniert, da sie auf ihrer Außenhaut immens große Flächen für die Integration von Solarzellen bieten. Hinzu kommt, dass rund zwei Drittel der klimaschädlichen Wirkung des heutigen Luftverkehrs gar nicht durch die CO₂-Emissionen verursacht werden, sondern durch diverse andere Abgase sowie durch Kondensstreifen, die sich beim Flug mit einem Düsenflugzeug bilden und die Wärmeabstrahlung von der Erde ins All hemmen.

„Eine klimafreundliche Luftfahrt sollte daher während des Flugs jede Art von Emissionen vermeiden“, mahnt Pflaum. „Und das ist mit herkömmlichen Flugzeugen nur schwer zu erreichen – selbst, wenn zum Antrieb statt Kerosin und Verbrennungstriebwerken mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen genutzt werden.“ Für Langstreckenflüge existiere derzeit keine technische Lösung.

Zum Starten eines klassischen Großraumjets müssten die Brennstoffzellen extrem stark sein. Zudem ist der Energieverbrauch auf einer langen Strecke enorm, und im Flugzeug gibt es keinen Platz für ausreichend große Wasserstofftanks. Ein Luftschiff bietet dafür genug Raum. Und wegen des Auftriebs durch das Traggas benötigt es beim Start keinen starken Schub aus Brennstoffzellen.

Wie ein Langstreckenflug per Luftschiff und ganz ohne die Verwendung fossiler Brennstoffe gelingen kann, will ein Team von französischen Forschern und Entwicklern demonstrieren – mit der Umrundung der Erde an Bord des „Solar Airship One“. An der Technik für dieses Luftschiff haben die Pioniere des Start-up-Unternehmens Euro Airship aus Pau im Südwesten Frankreichs mehr als zehn Jahre lang gefeilt. Nun haben sie mit dem Bau des Fluggeräts begonnen. Es soll mehr als 150 Meter lang und mit 53 Millionen Liter Helium gefüllt sein. Angetrieben wird es elektrisch: tagsüber durch den Strom, den auf seiner Hülle angebrachte Solarmodule mit 4.800 Quadratmetern Fläche liefern, nachts durch Brennstoffzellen. Wird der dafür mitgeführte Wasserstoff mit Strom aus erneuerbaren Quellen hergestellt, etwa durch Elektrolyse von Wasser, fliegt das Luftschiff ohne Klimagas-Emissionen. 2026 soll es zur Erdumrundung abheben.

Ein Hüne aus Kalifornien

Den aktuellen Größenrekord bei Luftschiffen hält „Pathfinder 1“ – ein Flugobjekt, das die kalifornische Firma LTA Research and Exploration (das Kürzel LTA steht für „Lighter than Air“) aus Mountain View im Silicon Valley entwickelt und im November 2023 zum ersten Mal der Öffentlichkeit vorgestellt hat. Hauptfinanzier des Unternehmens ist der Google-Mitgründer Sergey Brin. Das federleichte Flugschiff, das ein von ihm unterstütztes Team entwickelt hat, misst vom Bug bis zum Heck etwa 125 Meter. Damit übertrifft es zwar alle anderen derzeitigen Luftschiffe – ist aber nur halb so groß wie die beiden größten je gebauten Luftschiffe. Eines davon war der in Deutschland gebaute und im März 1936 in Dienst gestellte Zeppelin LZ 129 „Hindenburg“. Er ging am 6. Mai 1937 bei der Landung in Lakehurst im US-Bundesstaat New Jersey in Flammen auf, als sich seine Wasserstoff-Füllung entzündete.

Die Bauart von Pathfinder 1 ähnelt der Konstruktion der Zeppeline, die der Erfinder und Unternehmer Ferdinand Graf von Zeppelin ab Ende des 19. Jahrhunderts entworfen hat. Die von ihm einst gegründete Firma Zeppelin Luftschifftechnik in Friedrichshafen am Bodensee stand mit ihrem Know-how auch Pate bei der Entwicklung des neuen Luftschiffs aus Kalifornien. Zudem lieferte das deutsche Unternehmen Bauteile wie die Passagiergondel, Leitwerke und Tankanlage für Pathfinder 1 und zwei weitere Exemplare dieses Luftschiff-Modells, die in den USA gerade noch gebaut werden.

Sie werden allesamt mit einem Elektromotor ausgestattet sein und sollen künftig zudem über Solarzellen für die Energiegewinnung verfügen. Als Anwendung für ihre Luftschiffe hat die Firma LTA vor allem Einsätze zur Versorgung von Menschen in Krisengebieten, nach einem Erdbeben oder in ansonsten schwer erreichbaren Regionen im Visier – beispielsweise in arktischen Gebieten im Norden Kanadas. Ähnliche Anwendungsperspektiven verfolgt das französische Unternehmen Flying Whale aus Suresnes bei Paris, das mit „LCA60T“ derzeit ebenfalls ein solar-elektrisch angetriebenes Luftschiff entwickelt.

Zudem sollen große Flugobjekte wie Pathfinder 1 und LCA60T künftig schwere Lasten befördern, zum Beispiel für den Bau von Offshore-Windparks auf dem Meer, von Kommunikationseinrichtungen im Hochgebirge oder zum Abtransport gefällter Bäume aus Waldgebieten. Dazu kann das erste Exemplar der Pathfinder-Serie bis zu 28 Tonnen tragen.

Ein ähnliches Konzept hat auch schon die 1996 gegründete Firma Cargolifter aus Berlin verfolgt. Für die Fertigung ihrer Luftschiffe errichtete sie eine riesige Werfthalle bei Briesen in Brandenburg, südlich von Berlin. Doch noch bevor die Produktion von Lasten-Luftschiffen dort beginnen konnte, musste das Unternehmen 2002 Insolvenz anmelden. Heute beherbergt die Halle den Freizeitpark „Tropical Island“.

Rundflüge über dem Bodensee

Aber nicht nur beim Befördern schwerer Lasten, sondern auch für Passagierflüge scheinen sich die Perspektiven für Luftschiffe zu verbessern. Momentan werden diese vor allem als Werbeplattform und für Rundflüge eingesetzt – etwa in Deutschland, wo die zwei einzigen Luftschiffe meist mit Touristen an Bord über dem Bodensee unterwegs sind. Gebaut wurden die 75 Meter langen „Zeppelin NT“ bei Zeppelin Luftschifftechnik. Hin und wieder dienen sie auch als Vehikel für wissenschaftliche Missionen, bei denen es darauf ankommt, möglichst ruhig und reglos in der Luft zu agieren.

Das britische Unternehmen Hybrid Air Vehicles will diesem Schattendasein von Luftschiffen ein Ende bereiten. Für den US-amerikanischen Rüstungskonzern Northrop Grumman hat es ab 2010 zunächst ein sogenanntes Hybridluftschiff entwickelt: ein Fluggerät, das wie ein normales Luftschiff mit einem tragenden leichten Gas gefüllt ist, aber zusätzlich einen dynamischen Auftrieb durch Tragflächen erzeugt. Es sollte für militärische Einsätze in Afghanistan dienen. Doch das Projekt wurde eingestellt.

Ein Hybride für die Luftfahrt

Nun arbeitet die Firma mit Sitz nördlich von London an hybriden Luftschiffen für den zivilen Flugverkehr. Das erste Modell „Airlander 1o“ startete im August 2016 auf einem ehemaligen Militärstützpunkt zu seinem Jungfernflug. Danach gab es mehrere Zwischenfälle – so wurde beim Landeanflug ein Stromkabel gestreift, was zur Bruchlandung führte –, weshalb die Ingenieure bei Hybrid Air Vehicles das technische Konzept überarbeiteten. Finanziell unterstützt wurden sie dabei unter anderem vom Gashersteller Linde und von Bruce Dickinson, dem Sänger der britischen Heavy-Metal-Band Iron Maiden – ein ehemaliger Berufspilot.

Offenbar hat sich der Einsatz gelohnt. Der schwedische Reiseanbieter Ocean Sky Cruises will den 92 Meter langen und 42 Meter breiten Airlander 10, der Platz für 48 Passagiere bietet, in den nächsten Jahren für „Luftkreuzfahrten“ zum Nordpol nutzen. Und die spanische Fluggesellschaft Air Nostrum hat zehn Exemplare des Luftschiffs bestellt, die sie ab 2026 im Flugverkehr über Spanien einsetzen will. Angesichts bequemer Sitze, viel Platz und einem freien Blick nach unten werden die Fluggäste die gemächlichen Reisen im Airlander als sehr komfortabel erleben. Der Hersteller plant derweil eine größere Variante des Hybridluftschiffs und entwickelt als Ersatz für den Dieselmotor einen Elektroantrieb.

Auch am Auftrieb für Luftschiffe feilen die Ingenieure. So fliegt ein von der finnischen Firma Kelluu gefertigtes, unbemanntes Objekt statt mit Helium mit dem viel billigeren Wasserstoff – wie schon die Zeppeline vor rund 100 Jahren. Das US-Unternehmen Anuma Aerospace setzt auf ein völlig anderes Konzept: Es hat einen Auftriebskörper entwickelt, in dem ein Vakuum erzeugt wird.

Für Christoph Pflaum weist die Weiterentwicklung der Luftschiff-Technik in die richtige Richtung. „Elektrische Luftschiffe sind extrem leise und bieten Passagieren mehr Freiraum als ein Flugzeug oder Zug“, sagt er. Zudem gebe es immer mehr Menschen, die wegen des Klimawandels nicht mehr mit klassischen Jets fliegen wollten. Der Erlanger Forscher sieht daher ein großes Marktpotenzial für einen klimafreundlichen Güter- und Personentransport mit Luftschiffen und ist fest von deren Rückkehr überzeugt – wenn die technische Entwicklung weiter vorangetrieben und gefördert wird. „Ich gehe davon aus, dass sich solche Investitionen rentieren“, meint Pflaum. „Denn innovative Luftschiffe mit Solarzellen sind eine machbare Technologie, die sehr klimafreundlich ist und vergleichsweise wenig Energie verbraucht.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…