Nachhaltigkeit im Ingenieurwesen

Disruptive Treibstoff- und Flugzeugtechnologien spielen eine Schlüsselrolle für den Beitrag der Luftfahrtindustrie zur Erreichung globaler Nachhaltigkeitsziele. Experten erzählen Lauren Haigh, wie sie die Herausforderung angehen, Nachhaltigkeit in ihre Materialien und Prozesse zu integrieren

Im Jahr 2021 war die Luftfahrt für mehr als zwei Prozent der weltweiten energiebedingten CO2-Emissionen verantwortlich, und die Branche hat sowohl eine Rolle als auch eine Verantwortung bei der Bewältigung von Umweltherausforderungen und der Unterstützung beim Übergang zu Netto-Null. Die Forschungs- und Technologiebemühungen in der Luftfahrt konzentrieren sich darauf, den globalen CO2-Fußabdruck des Luftverkehrs bis 2050 im Vergleich zu 2005 zu reduzieren. Zu den technologischen Innovationen, die zur Förderung der Nachhaltigkeit beitragen, gehören Entwicklungen zur Verbesserung der Treibstoffeffizienz von Flugzeugen und zur Reduzierung ihrer CO2-Emissionen. Laut dem Aircraft Technology Roadmap-Bericht 2019 der International Air Transport Association (IATA) werden „längerfristig bis zum Jahr 2050 radikal neue Flugzeugkonfigurationen erforderlich sein, um den Treibstoffverbrauch und die CO2-Intensität deutlich zu reduzieren.“ Daher wird Nachhaltigkeit in die Flugzeugkonstruktion und die technischen Produkte und Prozesse integriert.

Ein Gefühl der gemeinsamen Verantwortung und die Anerkennung eines wichtigen Engagements für ökologische Nachhaltigkeit ist bei den Interessenvertretern zu spüren, die ihre Gedanken zu diesem Thema geäußert haben. „Als Branchenführer tragen wir eine große Verantwortung dafür, gute Verwalter der Welt um uns herum zu sein. Dazu gehört die Weiterentwicklung unserer Technologien zur Bekämpfung des Klimawandels, die Sicherstellung, dass nachhaltigere Praktiken in unser gesamtes Unternehmen integriert werden, und die Festlegung ehrgeiziger Umwelt- und Sozialziele.“ und Governance (ESG)-Strategien in die Praxis umzusetzen“, erklärte Scott McElvaine, Vizepräsident, Business Development and Commercial Services, Pratt & Whitney Canada.

Ein entscheidender Teil davon betrifft nachhaltigen Flugtreibstoff (SAF). Nach Angaben der Federal Aviation Administration (FAA) werden SAFs, die aus erneuerbaren Rohstoffen und Abfallmaterialien hergestellt werden, „von entscheidender Bedeutung für die Fähigkeit der Luftfahrtindustrie sein, das Netto-Null-Emissionsziel zu erreichen, und sie haben das Potenzial, die Emissionen um bis zu 100 Prozent zu senken“. „SAF bietet eine ‚Drop-in‘-Lösung zur Reduzierung der CO2-Emissionen über den gesamten Lebenszyklus von Tausenden von Flugzeugen, die heute und in den kommenden Jahrzehnten fliegen“, erklärte McElvaine. „Die größte Herausforderung von SAF liegt in der schnellen Ausweitung der Produktionskapazität, da unsere derzeitigen Vorräte nur weniger als 0,1 Prozent des weltweiten Flugtreibstoffbedarfs decken können. Gleichzeitig müssen wir nachhaltige Rohstoffe zur Unterstützung von SAF entwickeln.“ , ohne Ackerland für die Nahrungsmittelproduktion zu beeinträchtigen. Unsere Motoren sind bereits bereit für den Betrieb mit SAF, das bis zu 50 Prozent mit herkömmlichem Jet-A-Kerosin gemischt ist, und wir unterstützen Bemühungen, unsere Motoren künftig für 100-prozentige SAF-Mischungen bereit zu machen ."

Bell engagiert sich auch für Nachhaltigkeit und betont in diesem Zusammenhang die Bedeutung von SAF. „Wir haben erkannt, dass wir eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung unseres Engagements für einen umweltfreundlichen Betrieb spielen müssen. Deshalb kündigte Bell im März 2021 an, dass es mit der Integration von SAF in alle Flugzeuge der Bell Training Academy (BTA) und Kundendemonstrationsflotte beginnen wird“, bekräftigte Eric Sinusas , Direktor für kommerzielle Entwicklungsprogramme, Bell. „SAF stellt eine sauberere Treibstoffquelle für den Antrieb von Drehflüglern dar und verringert die Umweltauswirkungen der allgemeinen Luftfahrt.“ Sinusas sagte, dass Textron im Jahr 2020 im Rahmen der Bell-Initiative Achieve 2025 eine neue Reihe von Fünfjahres-Nachhaltigkeitszielen festgelegt habe. „Diese sollen die Intensität der Treibhausgasemissionen um 20 Prozent, die Intensität des Energieverbrauchs um 10 Prozent, die Intensität des Wasserverbrauchs um 10 Prozent und die Intensität der Abfallerzeugung um 10 Prozent reduzieren“, erklärte er. „Bell setzt sich dafür ein, Textron und unsere Kunden mit nachhaltigeren Praktiken zu unterstützen, um die Mission des Luftfahrtsektors für eine umweltfreundlichere Zukunft zu unterstützen.“

Mark Burns, Präsident der Gulfstream Aerospace Corporation, unterstrich die Bedeutung von Innovation für die Wahrung des gemeinsamen Engagements für Nachhaltigkeit: „Die Geschäftsluftfahrtbranche nimmt in der gesamten Luftfahrt die Führungsposition ein, wenn es darum geht, unsere Ziele für einen Netto-CO2-Ausstoß von Null zu erreichen. Gulfstream hat sich für diese Bemühungen eingesetzt.“ „Wir sind von Anfang an dabei und tun dies auch weiterhin durch einen blitzschnellen Fokus auf Innovation“, erklärte er. „Ob es darum geht, die Effizienz des Motor- und Aerodynamikdesigns zu steigern, Produktionsabfälle zu reduzieren oder die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Nützlichkeit von SAF zu demonstrieren, wir tragen unseren Teil dazu bei, die Branche in eine nachhaltige Zukunft zu führen.“

Leonardo erzählte AirMed&Rescue auch von ihrem Nachhaltigkeitsansatz. „Kontinuierliche Verbesserung ist Teil der DNA von Leonardo und ökologische Nachhaltigkeit wird zunehmend zu einem integralen Bestandteil unserer Designprozesse“, sagte ein Sprecher. „Derzeit sind in unseren technischen Abteilungen und Labors verschiedene Strömungen an neuen Materialien und Prozessen aktiv, mit dem Ziel, deren Leistung, Anwendbarkeit und Integration in einem so anspruchsvollen und regulatorisch geprägten Umfeld wie der Luftfahrt vollständig zu verstehen. Neue Materialien werden gemäß unseren genehmigten Tests getestet.“ und zertifizierte interne strenge Verfahren und Methoden sowie mit der Unterstützung unserer Lieferanten, um alle notwendigen Informationen zu sammeln. Auch neue Herstellungsprozesse und ihre Auswirkungen auf die Umwelt werden hinsichtlich ihrer Integration entlang unserer Wertschöpfungskette bewertet.“

Ein wichtiger Weg zur Nachhaltigkeit ist die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz. Tatsächlich arbeiten die NASA und die FAA im Rahmen der nachhaltigen Flight National Partnership mit der Industrie zusammen, um „die Entwicklung effizienterer Flugzeug- und Triebwerkstechnologien mit einer 30-prozentigen Verbesserung der Treibstoffeinsparungen zu beschleunigen“. McElvaine bestätigte, dass ein vorrangiger Bereich für Pratt & Whitney Canada die kontinuierliche Verbesserung der Effizienz von Triebwerken ist, um Leistung, Treibstoffeinsparungen und Emissionsreduzierung zu steigern: „Das PW127XT-Triebwerk ist der neue Standard für Nachhaltigkeit für regionale Turboprop-Flugzeuge. Es bietet zusätzliche drei Prozent.“ Treibstoffeffizienz sowie 40 Prozent längere Einsatzdauer und 20 Prozent geringere Wartungskosten im Vergleich zu früheren Flugzeuggenerationen, was den inhärenten 40-Prozent-Effizienzvorteil von Turboprops im Vergleich zu Regionaljets, die auf vergleichbaren Strecken fliegen, weiter ausbaut.“

Ein zweiter Schwerpunkt von Pratt & Whitney Canada ist die Weiterentwicklung der hybridelektrischen Antriebstechnologie durch eine Reihe von Demonstrationsprojekten. „Diese kombinieren Kraftstoff verbrennende Motoren optimal mit Elektromotoren und Batteriesystemen, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und Emissionen zu reduzieren“, erklärte McElvaine. „Unser regionaler Hybrid-Elektro-Flugdemonstrator strebt eine 30-prozentige Verbesserung der Treibstoffeffizienz im Vergleich zu den modernsten Turboprop-Flugzeugen von heute an. Im Dezember 2022 haben wir den ersten Triebwerkslauf des Demonstrators abgeschlossen und wir gehen davon aus, dass die Flugerprobung im Jahr 2024 beginnen wird.“

Neue Materialien und Herstellungsverfahren sind ein wichtiger Teil der Nachhaltigkeitsreise und bringen zusätzliche Vorteile im Hinblick auf die Entwicklung immer leichterer Komponenten und führen zu einem geringeren Kraftstoffausstoß. „Neue Materialien können sowohl für unsere Kunden als auch für unseren Betrieb verschiedene Vorteile und Vorteile bringen“, bestätigte Leonardos Sprecher. „Fortschrittliche Materialien und damit verbundene Herstellungsprozesse können zu leichteren Komponenten führen, da das Material genau dort platziert ist, wo es benötigt wird, um den unterschiedlichen Belastungsbedingungen standzuhalten. Leichtere Komponenten bedeuten leichtere Hubschrauber und je weniger der Hubschrauber wiegt, desto geringer ist der Treibstoffverbrauch.“

Bei Gulfstream sind Forschung und Entwicklung (F&E) ein wichtiger Bestandteil der Nachhaltigkeitsstrategie des Unternehmens und dazu gehören auch Innovationen bei neuen Materialien. „Wir verfolgen kontinuierlich neue Innovationen, Materialien und Prozesse, die die Nachhaltigkeit unseres Betriebs und unserer Flugzeuge verbessern“, erklärte Burns. „Was die Leistung und Technik des Flugzeugs angeht, lag der Schwerpunkt vor allem auf der Verbesserung der Effizienz des Flugzeugs durch fortschrittliche Aerodynamik. Der von Gulfstream entwickelte Flügel und das Winglet, die bei der G650 eingeführt wurden, reduzieren den Luftwiderstand erheblich, wodurch das Flugzeug viel effizienter arbeitet.“ Wir haben dieses Flügeldesign auf die G500, G600, G700 und G800 der nächsten Generation angewendet. Dank dieses kontinuierlichen Fokus auf Forschung und Entwicklung haben wir bei den kürzlich angekündigten Modellen G700 und G800 weitere Innovationen entwickelt und ein völlig neues Hochgeschwindigkeits-Winglet-Design entwickelt Flugzeuge, was die Geschwindigkeitsfähigkeit dieser Flugzeuge erhöht und die Effizienz weiter erhöht.

Ein aufkeimender Trend in der Luftfahrt ist der Einsatz von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen (CMCs). Ihre zuverlässige Leistung bei extremen Temperaturen und die Gewichtseinsparung sind nur zwei ihrer vorteilhaften Eigenschaften. McElvaine glaubt, dass sich aus Investitionen in fortschrittliche Materialien wie CMCs weitere Möglichkeiten zur Verbesserung von Effizienz und Leistung ergeben: „Pratt & Whitney hat kürzlich sein CMC Engineering and Development Center in Carlsbad, Kalifornien, eröffnet. Gemeinsam entwickeln wir CMC-basierte Triebwerkskerntechnologien.“ mit der NASA im Rahmen des HyTEC-Programms (Hybrid Thermally Efficient Core).

Für Gulfstream liegt ein zentraler Schwerpunkt auf der Verbesserung der Nachhaltigkeit der Produktionsabläufe durch fortschrittliche Fertigungstechniken: „Die Werkzeuge, die wir in unseren Produktionsanlagen der nächsten Generation implementiert haben, verkürzen die Zykluszeiten, senken den Energie- und Wasserverbrauch und eliminieren erhebliche Abfälle“, sagte Burns . Das Unternehmen hat bereits beeindruckende Ergebnisse erzielt: „Wir haben die Treibhausgasemissionen um 18 Prozent reduziert und gleichzeitig unsere Kapazität um 30 Prozent erhöht“, bestätigte er.

Bei Bell werden mehrere Kanäle gleichzeitig verfolgt, um ökologische Nachhaltigkeit zu erreichen, wie Sinusas es ausdrückte: „Konstruktionsdesign- und Innovationsteams streben nach alternativen Energiequellen, leiserem Flug, reduzierten Betriebskosten und minimaler Umweltbelastung. Umweltgesundheits- und Sicherheitsteams und „Integrierte Betriebe identifizieren Möglichkeiten, den Energieverbrauch in Fabriken zu reduzieren und Abfall zu minimieren.“ Ein derart vielschichtiger Ansatz ist der Schlüssel zur Bewältigung einer äußerst komplexen Herausforderung.

Ein erreichbares Ziel?

Dies erfordert in der Tat eine intensive Kombination aus Zusammenarbeit verschiedener Interessengruppen und Innovation über zahlreiche Kanäle hinweg und natürlich Investitionen. „Das Erreichen des Ziels von Netto-Null-Emissionen in der Luftfahrt hängt von unserer fortgesetzten branchenübergreifenden Zusammenarbeit sowie öffentlich-privaten Partnerschaften ab, um die notwendigen Investitionen in Technologie und Infrastruktur zu unterstützen“, betonte McElvaine. Der Leonardo-Sprecher stimmte zu: „Es handelt sich um ein herausforderndes und anspruchsvolles Ziel, und als Teil des größeren Luftfahrtsektors arbeitet Leonardo aktiv daran, den Übergang zu den Zielen für 2050 zu unterstützen. Zusammenarbeit zwischen Industrien, Regulierungsbehörden, öffentlichen Stellen, Institutionen und Betreibern.“ ist von grundlegender Bedeutung.“

Neben der Zusammenarbeit mit der Industrie ist auch die Zusammenarbeit mit Kunden notwendig. „Wir arbeiten aktiv mit unseren Kunden und vielen anderen Branchenpartnern an einer Reihe nachhaltiger Luftfahrtinitiativen, um dazu beizutragen, Effizienzmaßnahmen, Energiewende und Innovation im gesamten Luftfahrtsektor zu beschleunigen“, sagte McElvaine. „Zum Beispiel gab Pratt & Whitney Canada im November 2021 seine Teilnahme an einem langfristigen SAF-Pilotprogramm mit den deutschen Luftrettungsbetreibern ADAC Luftrettung und ihrer Hubschrauberflotte bekannt. Die Zusammenarbeit verpflichtet sich, SAF mit Mischungen von 30–40 pro zu betreiben Cent im Laufe von 36 Monaten.“

Auch die Kunden von Leonardo sind wichtige Kooperationspartner. „Kunden, die Produkte von Leonardo Helicopters weltweit fliegen, sind aktive Akteure auf diesem Weg bis 2030 und 2050 und ihre aktive Unterstützung beim gemeinsamen Aufbau der Zukunft dieses Sektors ist von entscheidender Bedeutung. Der Weg zur Dekarbonisierung muss durch eine strikte und offene Zusammenarbeit klar definiert und vereinbart werden.“ Unsere Kunden können die vom Markt geforderten Prioritäten identifizieren und der Branche ermöglichen, alle erforderlichen Ressourcen und Investitionen ordnungsgemäß zu planen und einzusetzen, um den Markterwartungen gerecht zu werden.“

Burns betonte, wie wichtig es sei, Verantwortung zu übernehmen und eine Vorreiterrolle zu übernehmen, wobei Vorbildfunktion einen wichtigen Teil der Zusammenarbeit mit Kunden darstelle. Mit abgestimmten Zielen werden Fortschritte erzielt: „Wir haben das Glück, dass unsere Kunden mit einem Unternehmen wie Gulfstream zusammenarbeiten möchten, dessen Nachhaltigkeitsziele mit ihren übereinstimmen“, erklärte er. „Es liegt an Gulfstream als Erstausrüster, unseren Kunden durch SAF, Flugzeugdesign, Effizienz und Betrieb nachhaltige Innovationen anzubieten, die ihnen helfen, ihre eigenen Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Durch die Zusammenarbeit können wir insgesamt eine größere Wirkung erzielen.“ "

Wenn es darum geht, den Weg zur Nachhaltigkeit in der Luftfahrt voranzutreiben, sind Innovation und Zusammenarbeit zwei Schlüsselwörter. Innovationen wie SAF und CMCs sorgen in der Branche für Aufsehen, und ein Großteil der Forschung, Entwicklung und Weiterentwicklung kommt nicht nur der Umwelt, sondern auch den Betreibern und ihren Kunden zugute und führt zu fortschrittlichen Modellen mit zunehmend wünschenswerten Eigenschaften. Um voranzukommen, muss die Zusammenarbeit offen und weitreichend sein und Branchenakteure und Kunden einbeziehen. Indem sie Verantwortung übernehmen und den Weg weisen, beeinflussen die Experten, die mit uns gesprochen haben, den Raum positiv. „Wir nehmen diese Verantwortung sehr ernst, sodass wir jede Gelegenheit, jede innovative Idee oder jedes neue Produkt bewahren und priorisieren können, um unseren Kunden dabei zu helfen, einen saubereren, umweltfreundlicheren und nachhaltigeren Luftverkehr zu ermöglichen und ihnen zu ermöglichen, das Ziel der Branche, Netto-Null-Kohlenstoffemissionen zu verursachen, zu erreichen.“ „, erklärte McElvaine.

Letztendlich ist die Luftfahrtindustrie eine einflussreiche und entscheidende Branche und nutzt die Chance, neuartige Flugzeugtechnologien zu entwickeln und umzusetzen. Mit kontinuierlichen gemeinsamen Anstrengungen und geeigneten Finanzinstrumenten und Anreizen befindet sich die Branche auf dem Weg in eine nachhaltigere Zukunft.

Lauren arbeitet seit acht Jahren in der Verlagsbranche und liest und schreibt täglich über Gesundheitswesen, Wissenschaft und Reiseversicherungen. Ihr Lieblingsflugzeug ist das Flugzeug aus der Titelsequenz der britischen pädagogischen Kinderfernsehserie Come Outside.