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Nachhaltigkeit in der Luftfahrtbranche durch Produktionsprozesse

Jorge Cordero

Jorge Cordero

AERTEC / Aerospace & Defence Systems

Nachhaltigkeit ist in der Luftfahrt von grundlegender Bedeutung für die Erfüllung der europäischen Verpflichtungen und Richtlinien, einschließlich des Europäischen Grünen Deals und der neuen Europäischen Industriestrategie, deren Ziel unter anderem in der Kohlenstoffneutralität besteht.

Die Senkung der Treibhausgasemissionen stellt den wichtigsten Beitrag zu den Umweltschutzzielen im Hinblick auf den Klimawandel dar. 2 % der gesamten CO2-Emissionen, der Hauptursache für die Erderwärmung, werden vom Flugverkehr verursacht. Das angestrebte Ziel besteht in der Verringerung der CO2-Emissionen um 50 % bis zum Jahr 2050. Das entspricht einer Halbierung der im Jahr 2005 erzeugten Emissionen. Aufgrund der derzeitigen Tendenz würde das prognostizierte Wachstum im Flugverkehr jedoch bis 2050 zu CO2-Emissionen führen, die dreimal so hoch wie die heutigen wären – unter Berücksichtigung des historischen Wachstums technologischer Verbesserungen in der Luftfahrt.

Die Luftfahrtbranche hat sich zum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen bis zum Jahr 2050 um 50 % zu senken. Darin sind auch die Produktionsprozesse einbezogen.

Die Luftfahrtindustrie spielt eine wichtige Rolle. Und zwar nicht nur durch die Entwicklung umweltfreundlicherer Flugzeuge. Es wird davon ausgegangen, dass Wasserstoff in der kommerziellen Luftfahrt voraussichtlich Biokraftstoffe und den Elektroantrieb ablösen wird. Neben den Antriebstechnologien wird auch an neuen, effizienteren strukturellen Konzepten und  leichteren Materialien geforscht. Auch die Industrie, Produktionsumfeld und -abläufe beeinflussen die Umwelt in erheblichem Maße. So ist die gesamte Lebensdauer eines Flugzeugs zu berücksichtigen, vom Entwurf bis zum Recycling am Ende des Kreislaufs. Es bedeutet das Einbeziehen aller Emissionen des gesamten Zyklus.

Die Innovationsstrategie bietet die Möglichkeit, den Luftfahrtsektor sowohl hinsichtlich der Produkte als auch der Verfahren grundlegend zu verändern.

In Europa war und ist das Clean Sky Programm, das in Clean Aviation umbenannt werden soll, das wichtigste Mittel zur Einführung von Verbesserungen durch Technologie mit positiven Folgen für die Umwelt in der Branche. Flughafeninfrastrukturen und ihr Betrieb verfügen ebenfalls über einen Fahrplan, um einen Beitrag zu den Zielen der nachhaltigen Entwicklung zu leisten. In Europa werden die entsprechenden Innovationen im Rahmen von de SESAR (Single European Sky ATM Research) geplant und finanziert.

Die Clean-Aviation-Strategie für den Übergang von einem auf fossiler Brennstoffe beruhenden zu einem klimaneutralen Flugverkehr ist in zwei Phasen strukturiert. In einer ersten Phase, etwa ab dem Jahr 2030 ist geplant, den Luftverkehr mittels der Entwicklung hocheffizienter Flugzeuge, den Einsatz alternativer und nachhaltiger Treibstoffe sowie der Einführung neuer Luftverkehrskonzepte kohlenstofffrei zu machen. Letztere sehen den Einsatz von kleinen Elektroflugzeugen oder hybridelektrischen Kurzsstreckenflugzeugen zur Förderung der Kurzstreckenmobilität vor.

Für das Erreichen der Klimaneutralität müssen in der zweiten Phase hyper-effiziente Flugzeuge entwickelt werden, die vollständig dekarbonisierte Energiequellen, etwa flüssigen Wasserstoff, Brennstoffzellen oder Batterien mit ultrahoher Energiedichte, nutzen.

AERTEC ist der wichtigste Partner des Clean Sky 2 Programms und nimmt mit dem PASSARO-Projekt (caPAbilities for innovative Structural and functional teSting of AeROstructures) daran teil. PASSARO wird von einem internationalen Unternehmens- und portugiesischen Forschungszentrenkonsortium in Zusammenarbeit mit AERTEC durchgeführt. Es ist mit der Erforschung und Entwicklung verschiedener Technologien befasst. AERTEC entwickelt Technologien im Bereich Herstellungsverfahren und in größerem Umfang für Prozesse bei der Funktionsprüfung von Flugzeugen mit speziellem Fokus auf Bodenfunktionstests bezogene Verfahren. Auch Technologien wie Augmented Reality zur Bedienerassistenz bei computergestützten Prüfverfahren, verstärkte Vernetzung  von Prüfmedien, Process-Mining zur Auswertung der bei Prüfverfahren gewonnenen Daten, strömungsdynamische Modellierung und Simulation zur Ermittlung von Flüssigkeitslecks bei der Dichtigkeitsprüfung sowie die Entwicklung neuartiger funktionaler Prüfsysteme, die in der Lage sind, Signale von beliebigen Flugzeugsystemen zu erfassen und zu verarbeiten, wurden erforscht und führten zu hochentwickelten Technologiedemonstratoren. 

Im Rahmen des Projektes war es auch möglich, durch eine Querschnittsmaßnahme (Ökodesign) einen Beitrag zur Erstellung von Umweltverträglichkeitsstudien für Produktionsprozesse zu leisten. In Zusammenarbeit mit Airbus Defence & Space und dem Fraunhofer Institut nahm AERTEC kürzlich an einer Studie zur Bewertung von Umweltauswirkungen bei der Einführung von kooperierenden Robotern und automatischen Kohlenstofffaserbandverfahren bei der Herstellung von Motorhauben teil. Alle diese neuartigen Verfahren tragen zur Optimierung des Rohstoffeinsatzes und der Energieeffizienz von Herstellungsprozessen bei. Das geschieht mittels der so genannten LCA (Life Cycle Assement) bzw. Lebenszyklusanalyse. Als Schlüsselfaktor wurde der durchschnittliche Energieverbrauch pro Produktionszeiteinheit als Verbindung von Umweltbelastung und Produktivität ermittelt. Es konnte festgestellt werden, dass die Automatisierung eindeutig zu einer verkürzten Produktionszeit pro Produkteinheit und folglich zu einer Senkung des durchschnittlichen Nettoenergieverbrauchs führt. Damit lässt sich ein wesentlicher Beitrag zur Umweltbilanz des Produktionsprozesses leisten.

Die Ergebnisse dieser Studie werden in Macromolecular Symposia – TOP 2021 im Wiley Verlag in einem Forschungsbeitrag mit dem Titel veröffentlicht: “Gate-to-gate study for collaborative robot-assisted composite parts manufacturing using a work effort unit approach”. Der Verfasser dieses Beitrags ist Mitautor der Veröffentlichung.

 

Production processes

 

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