�kologisch und �konomisch: Das Fraunhofer-Institut f�r Bauphysik IBP pr�sentiert sich auf der Farnborough International Airshow in England
Im Rahmen des europ�ischen Projekts �Clean Sky� hat sich das Fraunhofer IBP gemeinsam mit weiteren Fraunhofer-Instituten sowie Partnern aus der Luftfahrtindustrie ein bedeutendes Ziel gesetzt. Die Forscher wollen mit ihrer Arbeit dazu beitragen, die CO2- und Stickoxidemissionen sowie die L�rmbelastung in den kommenden Jahren deutlich zu senken. Zentrale Frage ist hier die nach der ��kolonomie�: Wie kann der Flugverkehr stetig �kologischer werden, dabei aber auch �konomisch bleiben? Neben der Schadstoff- und L�rmreduktion geht es im Wesentlichen um Energieeffizienz und einen nachhaltigen Lebenszyklus. Auf der Farnborough International Airshow in England zeigt das Fraunhofer IBP von 9. bis 13. Juli (Stand C 2, Halle 2) seine Antworten auf diese Frage. Das Fliegen ist im Laufe der vergangenen Jahrzehnte zu einem essenziellen gesellschaftlichen Element geworden. Die Luftfahrt bringt nicht nur Menschen zusammen, sondern erm�glicht weltweiten Handel und wirtschaftliches Wachstum. Gleichzeitig ist die Industrie sehr sensibel f�r Umweltbelange wie Luftverschmutzung, L�rm und Klimawandel. Die Technologieinitiative �Clean Sky� ist mit 1,6 Milliarden Euro das gr��te EU-Projekt f�r Nachhaltigkeit und Wettbewerbsf�higkeit der Luftfahrt in Europa. Ziel ist die Steigerung der Wettbewerbsf�higkeit der europ�ischen Luftfahrtindustrie bei gleichzeitiger Abnahme der Umweltbelastung infolge des steigenden Flugaufkommens. Bis 2020 sollen sich die CO2-Emissionen um 50 Prozent, die Stickoxidemissionen um 80 Prozent, die L�rmbel�stigung um 50 Prozent senken und ein nachhaltiger Lebens-zyklus f�r alle Komponenten des Luftverkehrs einf�hren lassen. �Das Fliegen und damit die Luftfahrt gewinnt in unserer globalisierten Gesellschaft immer mehr an Bedeutung. Umso wichtiger ist es, sowohl der �kologie als auch der �konomie, also der �kolonomie, Rechnung zu tragen. Unter dem Gesichtspunkt forscht auch das Fraunhofer-Institut f�r Bauphysik an neuen Architekturen f�r Flugzeuge, damit diese umweltfreundlicher werden, ihren Passagieren aber gleichzeitig ein Maximum an Komfort und Leistung bieten�, sagt John Cullen Simpson, Vorsitzender der Fraunhofer Aviation Group.
Testfl�ge am Boden am Standort Holzkirchen
An seinem Standort in Holzkirchen verf�gt das Fraunhofer IBP �ber eine weltweit einmalige Testeinrichtung, die �Flight Test Facility� (FTF). In einer Niederdruckkammer befindet sich ein originales Flugzeugsegment mit rund 15 Meter L�nge und Platz f�r bis zu 80 Probanden. Neben Untersuchungen zum Kabinenklima wird auch das Flugzeug als Gesamtsystem erforscht. Dabei werden beispielsweise Cockpit, Passagierkabine, Avionik und Frachtraum unter energetischen Aspekten und Nutzungsanforderungen betrachtet. Zudem ist das Fluglabor vor kurzem durch eine weitere einzigartige Testvorrichtung erg�nzt worden. Die �Ground Thermal Test Bench�, ein thermischer Pr�fstand, er�ffnet den Wissenschaftlern und ihren Partnern aus der Industrie zus�tzliche Forschungsfelder. Vor dem Hintergrund der "all-electric�-Philosophie, das hei�t dem zunehmenden Einsatz von Elektronik statt Hydraulik zur Steuerung s�mtlicher Funktionen, sowie der Verwendung leichter Materialien in der Entwicklung neuer Flugzeuge spielt der Pr�fstand eine wichtige Rolle bei der Simulation und Pr�fung neuer Systeme unter thermischen Gesichtspunkten. Auch hier ist ein originaler Flugzeugrumpf im Einsatz, der � in drei typische Bereiche des Flugzeugs (Cockpit, Kabine und Heck) aufgeteilt � verschiedenste thermische Messungen erm�glicht. Ziel ist es, innovative Energiemanagementkonzepte zu entwickeln, zu validieren und schlie�lich zu demonstrieren.
Mithilfe der �kobilanzierung zum �kologisch gerechten Design
Nachhaltigkeit spielt auch im Bereich der Luftfahrt eine zentrale Rolle. Diverse Studien zeigen, dass sowohl das Transport- als auch das Passagieraufkommen in den n�chsten Jahren stark ansteigen werden. Um dennoch die Umweltwirkung zu reduzieren, ist es notwendig, neue und �kologischere Entwicklungen zu untersuchen sowie bestehende Prozesse zu optimieren. Aufbauend auf dem Lebenszyklusgedanken arbeitet das Fraunhofer IBP daher mit der Methode der �kobilanzierung. F�r die Beurteilung der Nachhaltigkeit sowie der Identifikation der systemrelevanten Einflussgr��en und Parameter eines Flugzeuges werden seine drei Lebenszyklusphasen (Entwicklung und Herstellung, Nutzung sowie Recycling bzw. Entsorgung) analysiert. Anwendungsfelder und Themenschwerpunkte finden sich in der Prozessanalyse und -optimierung, der Bewertung von Recyclingkonzepten, Zukunftstechnologien sowie der Bilanzierung von Gesamtflugzeugen und -systemen. Basierend auf den Ergebnissen der �kobilanz lassen sich zudem zielgerichtete Ma�nahmen und Strategien zum �kologisch gerechten Design der betrachteten Systeme ableiten.
Mehr als nur Abfall: Am Ende des Lebenszyklus
Der Wiederverwertungsgedanke ist auch zentrales Element der Arbeit im Betonlabor des Fraunhofer IBP. Das Recycling ist eines der gravierenden Probleme in der Luftfahrtindustrie � bisher lassen sich ausrangierte Maschinen n�mlich nur sehr schwer entsorgen. Deshalb arbeiten die Wissenschaftler am Fraunhofer IBP derzeit an L�sungen zur Wiederverwertung von Flugzeugteilen und ihren Komponenten. So k�nnte sich Aluminiumabfall aus ausgemusterten Flugzeugen in Zukunft beispielsweise in antimikrobiell beschichteten Pflastersteinen wiederfinden. Derzeit wird haupts�chlich Kupferschlacke verwendet, um ungewollten Bewuchs auf Gehwegen, Einfahrten etc. zu verhindern. Ebenso gute Ergebnisse erzielt man mit Aluminiumabfall aus Flugzeugen, der daf�r mit S�ure vorbehandelt wird. Das dabei gewonnene Aluminiumfluoridhydrat wird gemeinsam mit Zement zur Beschichtung von Pflastersteinen verwendet und hat bisherigen Untersuchungen zufolge bereits in einer Konzentration von 0,1% sehr gute antimikrobielle Eigenschaften.
Neben Aluminiumschrott kommt in Zukunft auch verst�rkt ein weiteres Abfallprodukt in der Luftfahrtindustrie hinzu: Im Flugzeugbau werden Metalle zunehmend durch Karbonfaser verst�rkte Kunststoffe (CFKs) ersetzt, da sie bei geringerem Gewicht vergleichbare mechanische Eigenschaften aufweisen. F�r ihre Wiederverwertung gibt es jedoch bislang noch keine wirtschaftlichen L�sungen. Derzeit werden CFKs entweder mit energieaufwendigen Prozessen, wie Hochtemperaturpyrolyse behandelt, oder mechanisch zerkleinert. Doch nur bei ersterem Verfahren ist die Wieder-gewinnung der Fasern m�glich. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IBP forschen deshalb an der Weiterentwicklung eines Verfahrens, das urspr�nglich aus dem Bergbau kommt.
Die elektrodynamische Fragmentierung wird zum Beispiel zur Zerkleinerung von hochreinem Quarz f�r die Silizium-Wafer Industrie eingesetzt. Das Verfahren beruht auf dem Prinzip, dass ultrakurze Unterwasserimpulse Festk�rper selektiv fragmentieren, indem die Blitz-entladungen bevorzugt entlang von Phasengrenzen verlaufen. Ein elektrischer Blitzschlag erzeugt dabei Druckwellen mit einer Sprengwirkung einer TNT-Explosion, wodurch das Verbundmaterial in seine Komponenten zerlegt wird. Die Fasern k�nnen so also erhalten bleiben und wiederverwendet werden. Gleichzeitig ist der Energieaufwand deutlich geringer als bei anderen Methoden, die den Fasererhalt erm�glichen. Noch steht das Verfahren in diesem neuen Anwendungsfeld am Anfang, doch arbeiten die Fraunhofer-Forscher intensiv an seiner Weiterentwicklung, um auch die Recycelbarkeit von Karbonfaser verst�rkten Kunststoffen und deren Wirtschaftlichkeit voranzutreiben. Denn auch hier steht die Frage der �kolonomie an vorderster Stelle.
