Für 140.000 Dollar können Sie Ihr eigenes Elektroflugzeug fliegen. Das slowenische Unternehmen Pipistrel vertreibt die Alpha Electro, das erste Elektroflugzeug, das 2018 von der Federal Aviation Administration (FAA) als flugtauglich zertifiziert wurde. Es ist ein Leichtgewicht mit nur 811 Pfund (368 Kilogramm), angetrieben von einem 21-kWh-Batteriepaket – etwa ein Fünftel der Leistung eines Tesla Model S. Für etwa 90 Minuten hält das Pilotentrainingsflugzeug Sie und einen Begleiter in der Luft, ohne einen Tropfen fossilen Brennstoff zu verbrauchen.
Wer keine Pilotenlizenz hat, wird länger auf einen emissionsfreien Flug warten müssen – aber nicht viel. Trotz aller Herausforderungen hat sich das Jahr 2020 als ein Meilenstein für die elektrische Luftfahrt erwiesen. Elektroflugzeuge haben neue Entfernungsrekorde aufgestellt, kurze kommerzielle Flugrouten nachgebildet, das US-Militär überzeugt und große Fluggesellschaften als Käufer gewonnen.
Und im Juni erteilten die europäischen Aufsichtsbehörden einem weiteren Flugzeug von Pipistrel, dem Velis Electro, die weltweit erste „Musterzulassung“ für Elektroflugzeuge, womit das gesamte Flugzeugdesign als sicher und serienreif eingestuft wurde (die Lufttüchtigkeit wird nur für einzelne Flugzeuge bescheinigt).
Viel mehr wird kommen. In zwei Jahren werden Sie das Air Race E sehen können, eine Rennstrecke, auf der acht elektrisch betriebene Flugzeuge gegeneinander antreten und mit einer Geschwindigkeit von 280 km/h nur 10 Meter über dem Boden schweben. Die führenden elektrischen Senkrechtstarter (eVTOL) Archer, Joby und Beta stellen sich mit ihren batteriebetriebenen Flügen der Frage nach der Zertifizierung.
„Wir haben eine gewisse Umwälzung in der elektrischen Luftfahrt gesehen, aber wir sehen auch, dass sie 2020 der Realität näher kommt“, sagt John Hansman, Direktor des International Center for Air Transportation des MIT und Teil des Hybrid-Elektroflugzeug-Startups Electra. „Es ist klar, dass es eine neue Klasse von Elektroflugzeugen geben wird. Nächstes Jahr werden Hybrid- und Batterieflugzeuge in Betrieb sein oder kurz davor stehen.“
Die bemerkenswerten Fortschritte bei Batterien, Elektromotoren und anderer Hardware, die in Elektroautos verbaut werden, sowie Hunderte von Millionen Dollar für Anwendungen in der Luftfahrt haben die elektrische Technologie nach Jahren des Zweifels dem kommerziellen Start ein großes Stück näher gebracht. Nach Schätzungen der Investmentbank UBS wird die Luftfahrtindustrie bis zum Jahr 2035 zu 25 % hybrid oder vollelektrisch sein.
Allerdings verlief der Aufstieg nicht ohne Turbulenzen. Im Januar ging ein vollelektrischer Prototyp von Eviation bei Bodentests auf einem Flughafen in Arizona in Flammen auf, wahrscheinlich wegen überhitzter Batterien (das Unternehmen sagt, dass es bis 2022 in Betrieb gehen wird). Uber hat seine Luftfahrtsparte Elevate an das Startup Joby verkauft, da die finanziellen Aussichten für elektrische Senkrechtstarter (eVTOL) für die angeschlagene Uber-Bilanz noch zu weit von der Rentabilität entfernt sind.
„Es besteht ein großer Unterschied zwischen einem Demonstrationsflugzeug und einem Flugzeug, das man zu zertifizieren versucht“, sagte Hansman und bezog sich dabei auf ein FAA-Verfahren, das Hunderte von Millionen Dollar über fast ein Jahrzehnt hinweg erfordert. Aber das neue Wettfliegen hat begonnen. Wer wird der erste sein, der ein Elektroflugzeug für den kommerziellen Einsatz zulässt?
Warum elektrisch?
Die Hälfte aller weltweiten Flüge ist kürzer als 500 Meilen. Das ist der ideale Bereich für Elektroflugzeuge. Weniger bewegliche Teile, weniger Wartung und billiger Strom bedeuten, dass die Kosten um mehr als die Hälfte auf etwa 150 Dollar pro Stunde sinken können (kleinere Flugzeuge wie das von Pipistrel kosten nur ein paar Dollar). Für die Fluggesellschaften bedeutet dies, dass dank niedrigerer Treibstoff-, Wartungs- und Arbeitskosten völlig neue Strecken möglich (und rentabel) werden, die bisher mit dem Auto oder der Bahn zurückgelegt wurden.
Elektrische Antriebe lösen fast ein weiteres Problem der Luftfahrt: die Kohlenstoffemissionen. Der Luftverkehr verursacht mehr als 2 % (pdf) der weltweiten CO2-Emissionen, und bis Mitte des Jahrhunderts könnte es fast ein Viertel sein. Da kein alternativer Treibstoff zur Verfügung steht und sich die Zahl der Fluggäste bis 2035 verdoppeln wird, könnte die Elektrizität der beste Weg für die Branche sein, um in einer klimatisch eingeschränkten Welt voranzukommen.
Das Jahr 2021 wird daher wahrscheinlich das Jahr des Hybrids. Auf dem Weg zur Entwicklung vollelektrischer Flugzeuge modifizieren die Unternehmen der elektrischen Luftfahrt das, was funktioniert, um in der Luft zu bleiben. Diese Strategie verfolgte das in Los Angeles ansässige Unternehmen Ampaire mit seinem „Electric EEL“, das einen Verbrennungsmotor im Bug mit einem elektrischen Propellermotor im Heck kombiniert. Die modifizierte Cessna 337 Skymaster ist eines der ersten Hybridflugzeuge, das von der FAA als Versuchsflugzeug zugelassen wurde (nur die notwendige Besatzung und das Personal dürfen fliegen).
Im Oktober absolvierte der EEL einen 341 Meilen langen Testflug zwischen Los Angeles und der San Francisco Bay Area, nach Angaben des Unternehmens der längste Elektro-Hybridflug, der jemals mit einem Verkehrsflugzeug durchgeführt wurde. Ampaire fliegt derzeit 15-minütige Testflüge in Zusammenarbeit mit der hawaiianischen Fluggesellschaft Mokulele Airlines, um die Machbarkeit von Kurzstreckenflügen zwischen den kleinen Flughäfen der Insel mit Scheinfracht zu testen. Im Jahr 2021 will das Unternehmen nach eigenen Angaben mit dem Flugbetrieb in Großbritannien beginnen, mit der NASA zusammenarbeiten, um seine Flugzeugdesigns zu überarbeiten, eine Lieferkette aufzubauen und den Grundstein für sein eigenes Fahrzeug, den Tailwind, zu legen, einen speziell angefertigten Elektrojet auf dem Reißbrett (und in aerodynamischen Testkammern).
„Clean-sheet design“
Der ultimative Preis wird die Entwicklung eines völlig neuen Elektroflugzeugs sein. Aber die Zulassung eines neuen Flugzeugs ist nach wie vor mühsam und teuer. „Es braucht viel Zeit und viel Geld, um einen neuen Planeten von Grund auf neu zu bauen“, sagt Kevin Noertker, Mitbegründer von Ampaire. „Es wird fünf bis sieben Jahre dauern, bis man ein reines Design hat. Viele Unternehmen versuchen, uns das Gegenteil zu beweisen, aber wenn sie Erfolg haben, wird es eine viel bessere Welt sein.“
Ampaire
Eviation Aircraft ist eines der Start-ups, die auf dieser Piste am weitesten sind. Sein neues Elektroflugzeug, Alice, sorgte für Aufsehen, nachdem eine verkleinerte Version einen autonomen Demonstrationsflug auf der Paris Air Show 2017 absolvierte. Seitdem, so berichtet Eviation, hat das neunsitzige, 4 Millionen Dollar teure Flugzeug mehr als 150 Bestellungen erhalten. Für größere Flugzeuge baut Wright Electric nach eigenen Angaben eine Flotte von 186-sitzigen Elektroflugzeugen für die britische Billigfluggesellschaft easyJet, die bis 2030 auf den Markt kommen soll.
Dann gibt es die Flugzeuge, die überhaupt keine Landebahn benötigen. Lufttaxis, die übergroßen Drohnen ähneln, versprechen, den Preis und die Bequemlichkeit von Stadtflügen so weit zu senken, dass sie die Städte verändern und Lieferungen am selben Tag ermöglichen. Das eVTOL-Flugzeug von Archer Aviation wird vier Passagiere in seinen Fahrzeugen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 150 Meilen pro Stunde etwa 60 Meilen weit transportieren. „Wir bauen die erste vollelektrische Fluggesellschaft der Welt“, sagt Adam Goldstein, Mitbegründer von Archer. „Sie können damit rechnen, dass wir 2021 fliegen werden.“ Das Unternehmen zielt auf städtische Strecken zum Preis eines UberX, etwa 3 bis 6 Dollar pro Passagiermeile. Bis 2024 will das Unternehmen die Öffentlichkeit in seinen Fahrzeugen mitfahren lassen. Archer, wie auch die Konkurrenten Joby und Beta, bemühen sich um die FAA-Zulassung für ihre Flugzeuge.
Die neuesten Vertreter sind STOL-Flugzeuge (Short Take-off and Landing). Sie kombinieren die Einfachheit und Kostenersparnis von Starrflüglern mit einer extrem kurzen Startstrecke von 100 Fuß oder weniger, etwa einem Drittel eines Fußballfeldes. Eine Reihe von Elektromotoren entlang der Tragflächen erzeugt zusätzlichen Auftrieb und vermeidet so einige der technischen Komplexität und Zertifizierungsprobleme, mit denen eVTOLs konfrontiert sind.
Alle diese Unternehmen müssen schwierige Entscheidungen treffen, um sicherzustellen, dass die richtige Technologie in die Flugzeuge einfließt, und das in einer Zeit, in der sich die Entwürfe schnell weiterentwickeln, sagt Matt Trotter von der Silicon Valley Bank: „Das Innovationstempo in der Luftfahrt ist derzeit höher, als wir es bei den Unternehmern, mit denen wir sprechen, je erlebt haben.“ Treibstoff, Autonomie und Formfaktoren stehen zur Disposition. Batterien sind billig und leicht verfügbar, aber Wasserstoff wird für Flüge über einige hundert Meilen immer attraktiver (seine Beschaffung und Lagerung bleibt eine Herausforderung).
Autonome Verkehrsflugzeuge heben endlich ab, und die Kombination von pilotenlosen Flugzeugen mit Elektroantrieb könnte enorme Kosteneinsparungen bringen. Aber die FAA will die Piloten noch nicht aus dem Cockpit lassen. Und exotische Flugzeugformen sind vom Reißbrett verschwunden, da kleine Elektromotoren den Ingenieuren der Luft- und Raumfahrt die Möglichkeit geben, einen – oder ein Dutzend – auf verschiedenen Oberflächen der Flugzeugzelle zu platzieren.
All dies zwingt Startups dazu, Flugzeuge zu entwickeln, die verschiedene Technologien aufnehmen können, die in den kommenden Jahren wahrscheinlich an Bedeutung gewinnen werden. Jeff Engler, CEO von Wright Electric, sagt, dass sein Unternehmen verschiedene Entwürfe „parallel bearbeitet“, während es sich darauf vorbereitet, ein Flugzeug zu zertifizieren, das Batterien, Hybrid oder Wasserstoff aufnehmen kann. Insgesamt werden 2019 schätzungsweise 200 Elektroflugzeuge in der Entwicklung sein, ein Drittel mehr als im Vorjahr.
Investoren setzen eifrig auf diesen Sektor. „Die größte Veränderung, die wir in letzter Zeit beobachten, ist der Zugang zu Kapital für Deep Tech“, sagt Trotter. Seit 2015 haben zehn der weltweit führenden Start-ups im Bereich der elektrischen Luftfahrt mehr als 1,2 Milliarden US-Dollar aufgenommen, die meisten davon im letzten Jahr (angeführt von einer 590-Millionen-Dollar-Runde von Joby Aviation), so PitchBook. Die Fluggesellschaften investieren Geld in die Lieferkette für elektrische Antriebe. Die Investitionsabteilung von JetBlue Airways investierte in den letzten drei Jahren 250 Millionen Dollar in Start-ups im Bereich der elektrischen Luftfahrt, und Intel, Toyota Motor, Daimler und Geely Automobile in China drängen in diesen Bereich.
Und das Militär kehrt zu seinen Wurzeln als früher Geldgeber für Silicon-Valley-Technologie zurück: Sowohl die Navy als auch die Air Force stellen Mittel, Unterstützung und Tests für autonome und elektrische Frachtdrohnen bereit. Das Vier-Personen-eVTOL-Flugzeug von Joby Aviation hat vor kurzem die Lufttüchtigkeitsbescheinigung der Air Force erhalten, um militärische Einsätze fliegen zu können (19 andere Unternehmen stehen in der Warteschlange, um dasselbe zu tun).
Diese Unternehmen werden alles Geld brauchen, das sie bekommen können. Startups in der Elektro-Luftfahrt, so prognostiziert eine Führungskraft einer Fluggesellschaft, könnten 17 Milliarden Dollar (vielleicht sogar 40 Milliarden Dollar) benötigen, um ihre Flugzeuge zu zertifizieren und ihr Geschäft aufzubauen – ein beträchtlicher Anteil an Risikokapital pro Jahr. Einige Unternehmen haben bereits eine Bruchlandung hingelegt. Zunum Aero ging 2018 das Geld aus, obwohl es 6,8 Millionen Dollar von Investoren wie Boeing und JetBlue erhalten hatte, und entließ 70 Mitarbeiter (jetzt werden wieder Mittel beschafft). Ohne massive Finanzspritzen und neue Einnahmequellen, bevor ihre eigenen Flugzeuge flugbereit sind, werden sich wahrscheinlich noch mehr Unternehmen Zunum anschließen.
Das Rennen in der Elektrofliegerei wird sowohl gegen die Pleite als auch gegen die Konkurrenten geführt.