Performance von Flugtaxis – berechtigte Kritik oder größeres Potential?

by Simon Eck, 18.01.2024

Performance von Flugtaxis – berechtigte Kritik oder größeres Potential?

by Simon Eck, 18.01.2024

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Performance von Flugtaxis – berechtigte Kritik oder größeres Potential?

18. Januar, 2024 | Simon Eck, Felix Meckenstock

Die Vorstellung in Zukunft zum Job oder jedem Reiseziel einfach zu fliegen, anstatt im zugestopften Verkehr gemächlich mit dem Auto oder dem Bus zu fahren, steckt in so manchem Kopf. Gleichzeitig nimmt die Nachfrage nach nachhaltigen und umweltfreundlichen Verkehrsmitteln immer weiter zu. Aus diesen Gründen haben sich weltweit einige Unternehmen an die Aufgabe gemacht, ein elektrisch betriebenes Flugobjekt zu entwickeln. Diese senkrechtstartenden eVTOL (electric Vertical Take-Off and Landing) stehen laut Entwicklern kurz vor der Zertifizierung und sollen in den kommenden ein bis zwei Jahren marktreif sein. Doch bereits jetzt gibt es Kritik und die Frage, ob die Fluggeräte die gewünschte und angekündigte Leistung tatsächlich bringen können und somit einen Mehrwert gegenüber anderen Verkehrsmitteln liefern.

Aus diesem Grund haben wir uns die 16 in der Entwicklung führenden Modelle im Detail angeschaut, um eine Abschätzung über die spätere Leistungsfähigkeit zu erhalten. Mittels eines selbst entwickelten Berechnungstools und der Nutzung öffentlich zugängliche oder abgeschätzten Daten über die Architektur der Fluggeräte wurden Analysen in drei Dimensionen vorgenommen. Hauptaugenmerk legen wir auf die Unterscheidung zwischen den drei Grundkonzepten Multicopter, Lift & Cruise und Vectored Thrust.

Dimension 1: Flug- und Schwebezeiten

Die Schwebezeit ist für die Sicherheit von eVTOLs relevant, da das Fluggerät in der Lage sein muss, ausreichend lange in der Schwebe zu verweilen, falls in der Start- oder Landephase Vorbereitungen durchgeführt werden müssen oder sonstige Vorkommnisse auftreten, die das Fluggerät zu einem Schwebeflug zwingen. Multicopter überzeugen mit langen Schwebezeiten. Ihre Architektur ermöglicht besonders Schwebe- und vertikale Flüge, wodurch sie am besten für Flugmissionen mit großen Anteilen an Vertikalflügen geeignet sind. Lift & Cruise sowie Vectored Thrust haben gute Schwebezeiten zwischen 10 und 20 Minuten. Einzig der Lilium Jet hat durch seine besondere Architektur eine Schwebezeit von nur etwas über 3 Minuten, wodurch manche Flugmission durchaus gefährdet sein könnten.

Bei den Reisezeiten überzeugen Vectored Thrust durch ihre hohe Reisegeschwindigkeit. Für einen 30 km Flug wurde im Berechnungsmodell eine Reisezeit von 9-10 Minuten errechnet. Lift & Cruise reisen etwas langsamer, wodurch auch eine mittlere Reisezeit von 11-16 Minuten für den gleichen 30 km Flug berechnet wurde. Multicopter fliegen deutlich langsamer, wodurch eine Reisezeit von 19-22 Minuten berechnet wurde. Trotzdem sind sie damit aber immer noch schneller als konventionelle Verkehrsmittel. Für Autos bzw. den öffentlichen Verkehr wurden für die reine Distanzüberwindung über 6 Großstädte weltweit hinweg Zeiten von durchschnittlich 45 (Auto) bzw. 85 (ÖV) Minuten ermittelt.

Dimension 2: Reichweite

Die erzielbare Reichweite ist für den Betreiber eines Flugtaxibetriebs von entscheidender Bedeutung, da diese beeinflusst, welche Flugmissionen geflogen werden können. Vectored Thrust erreichen die größte Reichweite mit 200 bis 280 km. Eine Ausnahme bildet auch hier wiederum der Lilium Jet, der durch einen hohen Verbrauch in der Startphase aufweist und dabei einen nicht unwesentlichen Anteil seiner verfügbaren Energiemenge verbrauchen. Für Lift & Cruise wurde eine Reichweite von 150 bis 180 km errechnet, wodurch wie bei Vectored Thrust eine große Menge unterschiedlicher Flugmissionen wie beispielsweise der Transfer zwischen mehreren Städten geflogen werden können. Multicopter kommen dagegen auf maximal 40 km, wodurch sie aus Sicht der Reichweite nur für Flüge innerhalb einer Stadt oder Region geeignet sind.

Bei der Konstruktion eines eVTOLs ist es das Ziel, neben einer großen Reichweite ressourcenschonend zu fliegen. So ist es auch bei den Batterien wünschenswert, möglichst wenig Batteriemasse bei guter Entfernung zu nutzen. Um eine Einordnung zu bekommen welches Fluggerät den besten Nutzen aus der zur Verfügung stehenden Batterie erzielt, teilen wir die Personen-km in der maximalen Reichweite durch das Batteriegewicht. Die Kennzahl stellt dar, wie weit eine Person mit einem kg Batteriemasse fliegen kann und ist ein Zeichen der Effizienz des eVTOL. Die Auswertung zeigt, dass die Kombination aus vor allem niedrigem Gewicht und zweitens guten Flugeigenschaften zu guten Ergebnissen kommt. Auch hier liegen die aktuellen Multicopter-Modelle im Ranking hinten, da sie eine wie bereits genannt geringe Reichweite und vor allem eine kleine Passagierzahl haben. Sie können eine bzw. im autonomen Flug maximal zwei Personen befördern, während die anderen Modelle meist 4 bis 6 Personen transportieren können. Bei voller Besetzung sind die anderen Modelle somit deutlich effizienter.

Mit steigender spezifischer Energiedichte der Batterien steigt durch die größere Energiemenge auch die Reichweite. Hier ist festzustellen, dass die Reichweite überproportional zunimmt. Bei einer Verdreifachung der spezifischen Energiedichte (auf Pack-Ebene) konnte eine durchschnittliche Steigerung der Reichweite des 3,2-fachen errechnet werden. Der Lilium Jet hat hierbei die größten Potentiale. Je länger die Reise ist, desto kleiner ist der prozentuale Anteil der Start- und Landephase. Ist der Lilium Jet erst einmal in der Luft, kann er durch die guten Flugeigenschaften auch große Reichweiten erreichen. Die Batterieentwicklung hat durch Verbesserungen der Technologie ein großes Potential, zur Erhöhung der Reichweite beizutragen.

Dimension 3: Energieverbrauch

Um ein nachhaltiges und umweltfreundliches Transportmittel zu erschaffen und um wettbewerbsfähig zu anderen Verkehrsmitteln zu sein, muss der Energieverbrauch niedrig sein. Aus diesem Grund wurde für jedes eVTOL für verschiedene Distanzen der jeweilige Verbrauch errechnet. Es fällt auf, dass bei jedem eVTOL der durchschnittliche Verbrauch pro Personen-km bei kürzeren Flügen höher ist als bei längeren. Das liegt daran, dass die Phasen des senkrechten Startens und Landens, und in denen der Verbrauch besonders hoch ist, einen immer kleineren Anteil am Gesamtflug ausmachen, je länger der Flug dauert.

Für einen Vergleich zwischen den eVTOLs, aber auch um den Verbrauch mit weiteren Transportmitteln zu vergleichen, wird wiederum der Fall eines 30 km Flugs betrachtet. Zunächst ist festzustellen, dass alle eVTOLs bei voller Besetzung einen besseren Verbrauch als Helikopter aufweisen. Somit sind sie aus rein ökologischer Sichtweise bessere Alternativen und könnten Flüge von Helikoptern übernehmen. Darüber hinaus ist zu erkennen, dass vor allem Multicopter sowie besonders schwere eVTOLs einen hohen Energieverbrauch haben. Ansonsten ist erstaunlich, dass die meisten eVTOLs aus Verbrauchssicht konkurrenzfähig sind. Sie haben einen geringeren Verbrauch als einfach besetzte klassische Autos oder teilweise auch gegenüber Bussen. Natürlich muss man sagen, dass die elektrifizierten Varianten von Bussen und Autos vor allem bei voller Besetzung dieser weiterhin Vorteile gegenüber eVTOLs haben. Nutzt man als allein reisende Person allerdings ein Flugtaxi, dass dann voll besetzt wird, anstatt beispielsweise eines fossil betriebenen Taxis, fällt der Energieverbrauch deutlich geringer aus.

Fazit

Nach Betrachtung der 3 Dimensionen sind einige Erkenntnisse festzuhalten.

  • Vectored Thrust-Modelle sind leistungsstarke eVTOLs mit der größten Reichweite und dem Potenzial für einen geringen Verbrauch, solange das Gewicht niedrig gehalten wird. Sie können vor allem bei langen Distanzen eine gute Ergänzung zu bestehenden Angeboten sein.
  • Lift & Cruise-Modelle zeichnen sich als vielseitige Allrounder aus. Sie sind sowohl auf kurzer als auch auf mittlere Entfernung einsetzbar und haben bei gering gehaltenem Gewicht den geringsten Verbrauch.
  • Multicopter scheinen vor Herausforderungen zu stehen, die ihre langfristige Wettbewerbsfähigkeit aufgrund ihrer unzureichenden Leistung und ihres erheblich höheren Energieverbrauchs gefährden könnten. Für Flüge mit großem vertikalen und Schwebeanteil könnten sie allerdings geeignet sein.

Die Auswahl des richtigen Grundkonzepts ist somit von entscheidender Bedeutung bei der Planung des Aufbaus eines Flugtaxibetriebs.

Die Weiterentwicklung der Batterieleistung spielt eine entscheidende Rolle und bietet das größte Potenzial zur Erhöhung der maximalen Reichweite. Insgesamt sollte das Gewicht des eVTOL im Verhältnis zur Anzahl an zu beförderten Personen niedrig und die Flugeigenschaften hoch sein, um einen niedrigen Verbrauch und eine große Reichweite zu erreichen.

Im Vergleich zu anderen Transportmitteln können eVTOLs durch die schnelle Überwindung von Distanzen und den dabei teilweise vergleichbaren Verbräuchen überzeugen und sind somit auch wettbewerbsfähig.

Mit dem richtigen Modell und Konzept ist der Traum vom Flugtaxi zumindest aus Betrachtung der Leistungsfähigkeit weiterhin möglich. Es bleibt dabei spannend, wie die Zertifizierung ablaufen und sich die Batterietechnologie entwickeln wird.

Gerne unterstützt P3 bei diesen Themen. Kommen Sie gerne auf uns zu.

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