Pratt & Whitneys pragmatischer Ansatz für eine nachhaltige Luftfahrt, unterstützt durch bewährte Technologien

Dec 12, 2023

In der gesamten Luftfahrtindustrie ist man sich allgemein darüber im Klaren, dass wir gemeinsam zu einer nachhaltigeren Basis übergehen müssen und dass eine solche Anstrengung bei den OEMs von Flugzeugzellen und Triebwerken beginnen muss. Der Luftverkehr trägt heute 2-3 % zu den CO2-Emissionen bei; Einige gehen davon aus, dass die Zahl bis 2050 auf 18 % ansteigen könnte, wenn nichts dagegen unternommen wird. Offensichtlich ist niemand bereit, dies zuzulassen, am allerwenigsten Pratt & Whitney.

Wir waren schon immer führend in Sachen Nachhaltigkeit – lange bevor es den aktuellen Wendepunkt erreichte – einfach weil der geringere Kraftstoffverbrauch den Kunden einen Mehrwert in Form niedrigerer Betriebskosten bietet. Bei der Entwicklung, Herstellung und Wartung von Flugzeugtriebwerken werden wir ständig daran erinnert, dass wir unseren Kunden einen Mehrwert bieten müssen, und daran wird sich auch nie etwas ändern. Historisch gesehen sorgt jede neue Generation unserer Motoren für einen deutlich verbesserten Kraftstoffverbrauch.

Im Laufe unserer fast hundertjährigen Erfahrung haben wir es immer wieder geschafft, den Gegenwind zu überwinden und bedeutende technologische Durchbrüche zu erzielen – und das alles im Rahmen der Zertifizierung von durchschnittlich vier neuen Motoren pro Jahr. Denken Sie an die neue Triebwerksserie PW127XT, die regionalen Fluggesellschaften 40 % mehr Zeit am Flügel und eine Reduzierung der Wartungskosten um 20 % sowie eine Verbesserung des Treibstoffverbrauchs um 3 % bietet.

Dank einer revolutionären Getriebefan-Architektur sparen unsere GTF™-Triebwerke, die Verkehrsflugzeuge antreiben, außerdem bis zu 20 % Treibstoff und CO2-Emissionen sowie bis zu 50 % regulierte Emissionen ein und haben einen um bis zu 75 % geringeren Lärmpegel.

Unsere Treue ist also gut dokumentiert und wir sind fest davon überzeugt, dass wir unsere Erfolgsbilanz fortsetzen werden. Lassen Sie mich erzählen, wie wir daran arbeiten, mit unseren Motoren mehr Nachhaltigkeit zu erreichen.

Wir konzentrieren uns auf drei große Säulen – die Entwicklung intelligenterer Technologie, die Verwendung saubererer Kraftstoffe sowie die Prozesse und Anlagen, die wir zur Herstellung und Wartung unserer Produkte verwenden – was wir als Schaffung eines umweltfreundlicheren Geschäfts bezeichnen. All dies begründet unsere Überzeugung, dass Nachhaltigkeit ein zentraler Unternehmenswert ist. In diesem Artikel werde ich mich auf die ersten beiden konzentrieren.

Bei unserem Streben nach Nachhaltigkeit verlieren wir nie das Sicherheitsgebot aus den Augen – die Zuverlässigkeit unserer Motoren, damit sie ihre Missionen überall auf der Welt sicher erfüllen können. Dieser Fokus auf Sicherheit hat unseren Erfolg über Jahrzehnte vorangetrieben und wird dies auch in vielen weiteren Jahren tun.

Wir sind optimistisch, was die Aussichten für einen Hybridmotor angeht, der einen Elektromotor mit einem Kraftstoffmotor kombiniert. Letztes Jahr haben wir unser regionales Hybrid-Elektro-Flugdemonstrationsprogramm mit einer Investition von 163 Millionen kanadischen Dollar angekündigt, das von den Regierungen Kanadas und Quebecs unterstützt wird.

Der hybridelektrische Demonstrator zielt auf eine Reduzierung des Treibstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen um 30 % im Vergleich zu einem modernen regionalen Turboprop-Flugzeug ab. Dies wird durch die Optimierung der Leistung in den verschiedenen Flugphasen ermöglicht. Bei der Hybrid-Elektro-Anordnung arbeiten ein Elektromotor und ein Wärmemotor zusammen und sorgen beim Start für einen elektrischen Leistungsschub, wenn die Motorleistung am meisten benötigt wird.

Dadurch kann die Größe des Wärmemotors reduziert und für die Reiseleistung optimiert werden, wodurch das Gesamtgewicht des Flugzeugs reduziert wird. Diese Gewichtsreduzierung trägt zusammen mit dem Bedarf an weniger schwerem Kraftstoff dazu bei, das Gewicht der Batterie zu bewältigen.

P&WC arbeitet mit De Havilland Canada zusammen, um diese hybridelektrische Technologie in einen De Havilland Canada Dash 8-100-Flugdemonstrator mit einer Kapazität für 30 Passagiere zu integrieren. Dieser Demonstrator wird einen fortschrittlichen Elektromotor und eine Steuerung von Collins Aerospace umfassen. Collins Aerospace und Pratt & Whitney sind Schwesterunternehmen der Raytheon Technologies Corporation. Im Mai 2022 gaben wir bekannt, dass H55 SA die Batteriesysteme für das Programm bereitstellen wird. Die Kernkompetenzen des in der Schweiz ansässigen Unternehmens liegen in der Entwicklung modularer, leichter und sicherer Antriebs- und Energiespeicherlösungen.

Die Unternehmen streben Bodentests des Demonstrationstriebwerks im Jahr 2022 an, Flugtests sollen im Jahr 2024 folgen.

Die kanadische Regierung unterstützt unser Demonstratorprogramm durch ihren Strategic Innovation Fund, der Teil ihres grünen Konjunkturprogramms ist. Es ist ein großartiges Beispiel für die Zusammenarbeit von Regierung und Wirtschaft, um Innovationen in der Luft- und Raumfahrt voranzutreiben – insbesondere, da die Luft- und Raumfahrt in Kanada ein so wichtiger Wirtschaftszweig ist.

Das regionale Hybrid-Elektro-Flugdemonstratorprogramm ist auch ein Schaufenster für das kollektive Fachwissen von Raytheon. Während Pratt & Whitney seit fast einem Jahrhundert die Grenzen der Antriebstechnologie erweitert, ist Collins Aerospace führend in der Entwicklung, Herstellung und Integration elektrischer Flugzeugsysteme sowie einer Vielzahl anderer Flugzeugkomponenten.

Wir betrachten den Hybrid-Elektro-Demonstrator als Lernplattform, die wir je nach Marktanforderungen vergrößern oder verkleinern können. Aus unserer Sicht haben Flugzeuge mit weniger als 10 Sitzplätzen, die kurze Missionen von 30 Minuten oder weniger durchführen, das größte Potenzial für eine 100-prozentige Elektrifizierung. Wir sehen Hybrid-Elektromotoren mit einer Kapazität von 30 bis 50 Sitzplätzen als „Sweet Spot“, wenn wir die Leistungsdichte (elektrische Leistung pro Kilogramm Batterie) von Batterien vorantreiben. Es werden weitere Technologieeinspritzungen in Betracht gezogen, um die Leistungsfähigkeit des Hybrid-Elektromotors auf die Größe mit mehr als 70 Sitzplätzen zu steigern.

Unser Demonstrator ist ein Parallelsystem, bei dem der Elektromotor und der Wärmemotor kombiniert arbeiten, um eine optimierte Energieeffizienz zu erzielen. Wir prüfen auch bestimmte Technologien, bei denen ein Bord-Wärmemotor zum Aufladen der Batterien während des Fluges verwendet wird, während die Antriebskraft ausschließlich von den Elektromotoren erzeugt wird. Diese Option würde wahrscheinlich mehrere Elektromotoren im Flugzeug bedeuten.

Beim Übergang vom Triebwerk zum Treibstoff werden nachhaltige Flugkraftstoffe eine Schlüsselrolle bei der Schaffung einer umweltfreundlicheren Luftfahrtindustrie spielen. Unsere gesamte Motorenflotte ist der Zeit deutlich voraus und ist seit mehr als einem Jahrzehnt SAF-kompatibel bis zu einer Mischungsgrenze von 50 %. Wir arbeiten mit mehreren OEMs an weiteren SAF-Entwicklungen zusammen, um den Einsatz von SAF in Zukunft zu maximieren.

Beispielsweise arbeiten wir mit unserem OEM-Kunden ATR daran, eine 100-prozentige SAF-Kompatibilität zu erreichen. Im Juni flog ATR ein ATR 72-Flugzeug (im Besitz und Betrieb von Braathens Regional Airlines) mit zwei unserer Produktionskonfiguration PW127M-Triebwerke mit 100 % SAF in beiden Triebwerken mit hervorragenden Ergebnissen. Dies war das erste Mal, dass ein Test dieser Art durchgeführt wurde. Anfang des Jahres hatte ATR eines unserer PW127XT-M-Triebwerke mit 100 % SAF im Flug getestet, während das andere Triebwerk Standardtreibstoff verbrennt. Embraer hat auch eines seiner E-Jets E2-Flugzeuge mit einem GTF-Triebwerk mit 100 % SAF geflogen, wiederum mit hervorragenden Ergebnissen. Das GTF-Team hatte zuvor eine Reihe von Bodenläufen mit 100 % SAF durchgeführt.

Diese Schritte sind wichtig für die Etablierung von Industriestandards und die Akzeptanz von 100 % SAF.

Über SAF hinaus glauben wir, dass Wasserstoff eine CO2-freie Chance darstellt – vorausgesetzt, die Industrie findet Lösungen für Infrastrukturherausforderungen im Zusammenhang mit Wasserstoffproduktions-, -speicherungs- und -verteilungssystemen. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Motortechnologie zur Verbrennung von Wasserstoff kein einschränkender Faktor ist und Pratt & Whitney in der Lage ist, unsere Motoren so umzurüsten, dass sie die direkte Verbrennung von gasförmigem H2 ermöglichen.

Ein vielversprechender Aspekt ist eine speziell für die Verbrennung von Wasserstoff konzipierte Brennkammer, die die Stickoxidemissionen (NOx) in Kondensstreifen verringern und mit einem Wärmetauscher der nächsten Stufe die Gesamteffizienz verbessern würde.

Pratt & Whitney wurde von der Forschungsabteilung des US-Energieministeriums (ARPA-E) mit der Entwicklung eines wasserstoffdampfinjizierten, zwischengekühlten Turbinenmotors (HySIITE-Motor) beauftragt. Das Projekt wird die Verbrennung von flüssigem Wasserstoff (LH2) und die Wasserdampfrückgewinnung nutzen, um während des Flugs keine CO2-Emissionen zu verursachen, während gleichzeitig die NOx-Emissionen um bis zu 80 % und der Treibstoffverbrauch für Single-Aisle-Flugzeuge der nächsten Generation um bis zu 35 % gesenkt werden.

Wie Sie sehen, gehen wir die Herausforderungen einer nachhaltigen Luftfahrt an mehreren Fronten an, wie es sich für ein Unternehmen mit einer fast hundertjährigen Erfolgsgeschichte im Antriebsbereich gehört. Wir sind davon überzeugt, dass Nachhaltigkeit durch Branchenzusammenarbeit und durch additive und komplementäre technologische Fortschritte erreicht werden kann, natürlich alles im Rahmen angemessener Kosten.

Dieser Ansatz ermöglicht es uns, im Gleichschritt mit unserer Entschlossenheit, unseren Kunden einen Mehrwert zu bieten, einen Mehrwert für die Gesellschaft zu schaffen.

https://www.ainonline.com/sponsored-content/business-aviation/2022-09-01/pratt-whitneys-pragmatic-approach-sustainable-aviation-supported-proven-technologies