Aktuell erfolgt ein Paradigmenwechsel in der Luftfahrtforschung: Weg vom Fokus rein auf Effizienz, hin zur Minimierung von Umweltwirkungen und Wirtschaftlichkeit. Die Ressourcenschonung und Minimierung der Umweltwirkungen durch schädliche Emissionen und gleichzeitigem Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit der nationalen Luftfahrtbranche ist bestimmend für die Technologieentwicklungen der kommenden Dekaden.
Während in der Vergangenheit eine Forschungsstrategie Luftfahrt mit Fokus auf Effizienz und Kostenminimierung entwickelt wurde, die wesentlich durch stetes Wachstum und evolutionäre Weiterentwicklung der Technologie geprägt war, stehen nun zusätzliche Herausforderungen gleichfalls im Fokus.
Auf internationaler Ebene verfolgen die EU-Kommission, die UN-Luftfahrtbehörde ICAO und die Verbände der Luftfahrtindustrie ehrgeizige Klimaschutzziele. Trotz des prognostizierten Wachstums des Luftverkehrsaufkommens sollen die Klimaauswirkungen des Sektors „Luftfahrt“ reduziert werden.
Die von der EU-Kommission und der Luft- und Raumfahrtindustrie gemeinsam erarbeitete Forschungs- und Innovationsstrategie „Fly the green Deal“ will die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Luftfahrtindustrie mit ehrgeizigen Zielen zur Emissionsreduktion stärken: Bis 2050 sollen die CO2-Emissionen um 75 % und die Stickoxid-Emissionen um 90 % pro Passagierkilometer sinken. Beide Werte beziehen sich auf ein Flugzeug des Technologiestands im Jahr 2050 relativ zum Basisjahr 2000.
Die Senkung der CO2-Emmissionen um 75% gemäß „Fly the green Deal“ lässt sich insbesondere durch massive evolutionäre Verbesserungen und disruptive technologische Ansätze wie z.B. (hybrid-)elektrische Antriebskonzepte realisieren. Einen weiteren Beitrag liefern nachhaltige Kraftstoffe. Durch bisherige F&E-Leistungen (u.a. durch das Luftfahrtforschungsprogramm gefördert) ist es bereits heute möglich, mit Kleinflugzeugen rein elektrisch zu fliegen. Da eine Höherskalierung auf größere Flugzeuge aufgrund der aktuell geringen Energiedichten der Batterien limitiert ist, sind alternative Treibstoffe notwendig, um ein rein elektrisches Fliegen mit ihnen zu ermöglichen.
Die Ziele kommen aus der Gesellschaft und der Natur, die Forschungshemen kommen aus der Industrie und Wissenschaft. Unsere Aufgabe ist es, die Ideen zu bewerten, zu vernetzen und zu finanzieren um Technologien für eine bestmögliche politische Unterstützung der aktuellen Herausforderungen zu entwickeln.
Das Luftfahrtforschungsprogramm des BMWE zielt darauf ab, ein nachhaltiges und wirtschaftliches Lufttransportsystem der Zukunft zu entwickeln. Die Fördermaßnahme soll die technologische Basis und die wirtschaftlich-technische Situation der Luftfahrtindustrie und des Luftverkehrs verbessern. Ziel ist es, die Innovationskraft und Kompetenzen bei Forschung, Entwicklung und Produktion der Luftfahrtbranche in Deutschland zu stärken. Durch die Förderung soll die Luftfahrtindustrie in der Lage sein, die in der Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms formulierten Ziele zu erreichen.
Die Zukunftsperspektive der Luftfahrt ist eng gekoppelt an ihre Fähigkeit, Umwelt und Ressourcen zu schonen. Deswegen sind innovative Technologien zur Reduzierung von Lärm und Schadstoffemissionen und zur Steigerung der Energieeffizienz notwendig. Dabei müssen die Umweltauswirkungen nach dem Prinzip der Ökobilanz über den gesamten Produktlebenszyklus in die Betrachtung mit einfließen. Lärm, Emissionen und Ressourcenverbrauch – auch während der Fertigungs-, Instandhaltungs- und Entsorgungsprozesse – sind deshalb im Luftfahrtforschungsprogramm des Bundes förderfähig, um dem Ziel eines klimaneutralen Luftfahrtsystems zu dienen.
Die Sicherheit und Gesundheit von Passagieren, Besatzungen und Dritten ist in der Luftfahrt ein entscheidender Faktor, bei dem keine Kompromisse gemacht werden können. Das bereits hohe Sicherheitsniveau der Luftfahrt muss durch die ganzheitliche Betrachtung des Lufttransportsystems mit allen relevanten Komponenten und Beteiligten weiter abgesichert und verbessert werden. Das gilt auch für neue Systeme wie die Einbindung unbemannter Luftfahrzeuge in das Lufttransportsystem. Eine geeignete Weiterentwicklung der Zulassungsverfahren parallel zur Technologieentwicklung ist notwendig, um diese Ziele zu erreichen. Für die Marktchancen und Akzeptanz der Technologie gilt es, die hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Komfort für die Passagiere von morgen ebenfalls sicher zu stellen. Daher ist jede neue Luftfahrttechnologie auch an den Märkten und Bedürfnissen der Passagiere auszurichten.
Die Leistungsfähigkeit und die Effizienz der Luftfahrt ist ein bedeutender Standortfaktor für die hochgradig global ausgerichtete Wirtschaft in Deutschland und in Europa. Die Verbesserung der Transportleistung gehört damit zu den wichtigen Zielen des Luftfahrtforschungsprogramms. Entwicklungs-, Fertigungs-, Instandsetzungs- und Betriebsprozesse sind hierbei wichtige Parameter. Fortschritte im Bereich Digitalisierung, Industrie IX und KI-Nutzung sind der Schlüssel für den Erfolg, bei der das Luftfahrtforschungsprogramm die deutsche Luftfahrtindustrie unter Beteiligung des akademischen Know Hows unterstützen wird.
Für den langfristigen Erhalt der deutschen Luftfahrtindustrie ist die Gesamtsystemfähigkeit ein zentraler Faktor. Grundsätzlich ist es wichtig, dass eigenständige Forschungs- und Entwicklungskompetenzen für das fachübergreifende Verständnis und die Gestaltungsfähigkeit von Luftfahrzeugen und ihren Komponenten auf Gesamtsystemebene vorhanden sind. Projektbezogen können verschiedene Ausprägungen der Gesamtsystemfähigkeit unterschieden werden. Diese schließen die Gestaltung, Fertigung und Instandsetzung sowie das Verständnis vollständiger Luftfahrzeuge, Antriebe und Subsysteme ein. Weiterhin ist die Fähigkeit, wesentliche Vorgaben, Schnittstellen und Design-Parameter zu bestimmen und das Verständnis der (technischen und kostenmäßigen) Wechselwirkungen zwischen einzelnen Systemen und dem ganzen Luftfahrzeug zu erhalten, von essenzieller Bedeutung.
Ein wichtiger Schlüssel um die Ziele in diesem Transformationsprozess zu erreichen, sind die aktuell klimafreundlichsten Energieträger: die klimaneutralen flüssigen Kraftstoffe (SAF-Sustainable Aviation Fuels) sowie grüner Wasserstoff (H2). Hierbei sind die technologischen Anforderungen bei der Entwicklung geeigneter Wasserstofftechnologien sowohl zeitlich als auch inhaltlich besonders herausfordernd. Daher sind SAF-Kraftstoffe zunächst als Drop-In-Kraftstoffe von großer Bedeutung. Wie die in 2023 als Teil des Gesetzespakets „Fit for 55“ verabschiedete europäische Verordnung „RefuelEU Aviation“ beschreibt, ist von 2025 an für Flüge, die von europäischen Flughäfen aus starten, eine Beimischquote von zwei Prozent SAF vorgeschrieben. Im Jahr 2030 beträgt die Beimischquote bereits fünf Prozent. Im Jahr 2050 sollen schließlich 70 Prozent des Kraftstoffs aus nachhaltigen Quellen stammen.* Zwei Erkenntnisse sind dafür verantwortlich:
Das Ziel der Minimierung der Umwelt- und Klimawirkungen besitzt nach wie vor eine hohe Priorität in Industrie und Politik und ist auch ein Treiber für die Luftfahrtforschung.
Das Luftfahrtforschungsprogramm bietet mit LuFo VII ein wertvolles Mittel, um die Entwicklung von Wasserstofftechnologien trotz der hohen zeitlichen und inhaltlichen Herausforderungen zu ermöglichen. Die im Luftfahrtforschungsprogramm geförderten Technologien und darüber ertüchtigte operationelle Maßnahmen besitzen ein kumuliertes Einsparpotential von 206 Mrd. t CO2-–Äquivalenten bis 2050 bzw. 24,7 Mrd. t CO2 (interne Studie, Linke et al. (2023)). Dieses gilt es durch eine gezielte Forschungsförderung zu entfalten.
Am Beispiel der H2-Infrastruktur, sind die Themen Betankung und Ökosystem am Flughafen erste Forschungsthemen, die thematisch über das BMV im Rahmen des Förderprogramms NIP abgedeckt werden könnten. Eng verzahnt hiermit werden über das Luftfahrtforschungsprogramm die zugehörigen Technologien, wie beispielsweise die Antriebe oder die Wasserstofftanks in den Fluggeräten, entwickelt. Hierzu wären idealerweise gemeinsame Arbeitsgruppen der Flughäfen und der Forschenden zu gründen, die von Anfang an auch die Skalierung und den flächendeckenden Roll-Out im Blick haben.
Die Entwicklungshorizonte für CO2--freie Technologien für die wichtigen Mittel- und Langstreckenflugzeuge sind erstrecken sich über einen langen Zeitraum und gehen nach heutigem Kenntnisstand deutlich über 2050 hinaus. Komplexität und hohe Anforderungen machen neben dem Zeitargument daher einen Buttom-up-Entwicklungsansatz notwendig, bei dem Zwischenstufen der Technologieentwicklungen zunächst in kleinen Flugzeugklassen zum Einsatz kommen werden. Das hat den Vorteil, dass der Entwicklungsaufwand überschaubar bleibt, die Risiken gering sind, Zertifizierungsvorschriften mitwachsen können, die Systeme in begrenzten Marktsegmenten erprobt werden können und schließlich die Akzeptanz für neue Systeme geschaffen wird.
CO2-freie Technologieentwicklungen sind verbunden mit hohen technologischen als auch ökonomischen Risiken. Hier wird Planungssicherheit gebraucht. Es müssen Meilensteine definiert werden, die es gestatten, die Technologie etappenweise an den Markt zu bringen. Demonstrationsprojekte sind hierbei ein notwendiges Hilfsmittel. Es geht darum, den Prozess der Bereitstellung und Technologieverfügbarkeit sauber aufeinander abzustimmen.
Ultraeffizienztechnologien sind universell anwendbar, sowohl in der Weiterentwicklung konventioneller als auch für die neuer CO2-freier Flugzeuge. Verbesserungspotentiale von bis zu 50% in den kommenden 20 Jahren, durch eine Reduktion des aerodynamischen Widerstands, beispielsweise durch eine deutliche Erhöhung der Flügelstreckung und das Erzielen hydraulisch glatter Oberflächen sowie eine Reduktion des Gesamtgewichts um 10% durch baugruppenübergreifenden Systemleichtbau, sorgen bereits für erhebliche Einsparungen an Kerosin oder SAF. Bei dem erwarteten Wachstum der Luftfahrtbranche mit einer Verdopplung des Flottenbestands bis 2050 reicht das gerade aus, um den wachstumsbedingten Energieverbrauch zu kompensieren.
SAF ist eine klimafreundlichere Alternative gegenüber herkömmlichem Kerosin, welches aus Erdöl hergestellt wird. Es kann aus verschiedenen nachhaltigen Quellen erzeugt werden, wie z.B. biogenen Reststoffen oder durch Verfahren, die erneuerbare Energien und CO2 nutzen. In heutigen Flugzeugen und Antrieben ist es bereits möglich, bis zu 50 Prozent des Kerosins durch SAF zu ersetzen. Bis ca. 2030 sollen Flugzeuge komplett mit SAF fliegen können. Je nach Herstellungsverfahren des nachhaltigen Treibstoffs können diese Flugzeuge nahezu CO2-neutral fliegen. Die Kosten von SAF werden aber auch langfristig höher sein als die von fossilem Kerosin. Daher bleibt es wesentlich, den Energie- und damit Kraftstoffverbrauch durch eine konsequente Optimierung des Flugzeugs, der Antriebe, Systeme und Kabine weiter zu reduzieren. Mit einem maximalen Potential von 80% kann SAF das Fliegen deutlich umweltfreundlicher machen als fossile Energieträger: weniger Ruß, Feinstaub, NOx und SOx sowie deutlich weniger Contrails (Non-CO2-Effekte). SAF ist in der Herstellung insbesondere in den PTL-Verfahren sehr teuer. Er bietet sich daher als Brückentechnologie an, bis neue disruptive Technologien auf Basis von Wasserstoff marktreif sind. Der Markthochlauf befindet sich jedoch noch in einer frühen Phase.
Das Forschungsspektrum im Luftfahrtforschungsprogramm bietet ein enormes Potential, um die Ziele Deutschlands und der Europäischen Union zu erreichen. Insbesondere die stärkere Einbeziehung von MRO-Themen sowie die Befähigung und Unterstützung der KMU-Landschaft bringen einen erheblichen Nutzen mit sich. Diese Themen beziehen sich insbesondere auf die Nachhaltigkeit und die Resilienz in der Lieferkette. Bei Eingriffen zur Steuerung dieser Zusammenhänge ist es wichtig, die Chancen und Risiken sorgfältig abzuwägen. In diesen Bereichen liegt noch ein großes Potential hinsichtlich Nachhaltigkeit und Resilienz in der Lieferkette, das gehoben werden muss.
Nur durch das Zusammenwirken der Bundesinstrumente werden bahnbrechende Innovationen in der Luftfahrt ermöglicht.
Das Luftverkehrssystem ist für die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo eine entscheidende Rahmenbedingung, da es einen direkten Einfluss auf die Luftfahrttechnologien hat, die zu erforschen sind.
Ebenso gibt es auch Wechselwirkungen, wie beispielsweise die Auswirkungen neuer Antriebskonzepte auf das gesamte Luftverkehrssystem. Dieser Themenpunkt wirkt sich übergreifend auf eine Vielzahl von Themenfeldern in der Luftfahrtforschung aus. Um beispielsweise eine klimaneutrale Luftfahrt mit Wasserstoff zu ermöglichen, ist es notwendig, dass das Luftverkehrs- und Energiesystem als Ganzes umgebaut und optimiert wird.
Die in dieser Neuausrichtung des LuFo beschriebenen Technologien leisten daher einen großen Beitrag, um einen Zero Emission Airport am Standort Deutschland zu schaffen, was einen erheblichen Einfluss auf die Wettbewerbsfähigkeit des Luftfahrt- und Wirtschaftsstandorts Deutschland hätte.
Nur wenn die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms mit den technologischen Roadmaps aller Ressorts in Deutschland übereinstimmt, werden wir Synergien heben, Dopplungen vermeiden und Ressourcen zielgerichtet einsetzen können. Es ermöglicht uns, das Ziel eines zukunftsfähigen Luftverkehrssystems zu erreichen.
Die Neuausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo betrachtet, zusätzlich zu den reinen Technologien am Fluggerät, auch die Ziele der Schnittstellentechnologien und die Auswirkungen der Technologien auf die gesamten Prozesse im internationalen Luftverkehrssystem und der deutschen Zulieferindustrie.
Wirksame Maßnahmen erfordern das Zusammenwirken von Bundesinstrumenten. Die Herausforderungen in der Luftfahrt können nicht allein durch das Luftfahrtforschungsprogramm gelöst werden. Eine enge Abstimmung mit den Ressorts in der Bundesregierung ist daher essenziell für den Erfolg.
Mit der neuen Ausrichtung des Luftfahrtforschungsprogramms LuFo werden somit Antworten für die teils komplexen künftigen Herausforderungen vorbereitet. Dabei geht es neben der gegenseitigen Abstimmung und Austausch von Informationen im Bedarfsfall auch um das Zusammenwirken mehrerer Instrumente. Hiervon können insbesondere Demonstrationsprojekte profitieren, indem neue Technologien in ihrer Gesamtheit und ihren Wechselwirkungen untersucht werden können.
Die Luftfahrt steht vor großen Herausforderungen und braucht daher gezielte und hochwertige Forschung. Für Deutschland bietet sich die Chance, neue Wertschöpfungsketten zu schaffen. Komplexe und großvolumige Forschungsprogramme erfordern jedoch intensive staatliche Unterstützung mit enger Zusammenarbeit der Ressorts.
Zwischen den Programmen des BMV und dem LuFo gibt es eine Reihe wichtiger Berührungspunkte:
Das BMV stellt folgende Fördermöglichkeiten für Themen der Luftfahrtforschung zur Verfügung, die ergänzend zum Luftfahrtforschungsprogramm wirken:
Das Nationale Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II 2016 – 2026 (NIP II) des BMV ergänzt das Luftfahrtforschungsprogramm bei der Forschung und Entwicklung in der Luftfahrt gezielt mit komplementären Schwerpunkten.
Mit dem Aufbau der vier Innovations- und Technologiezentren Wasserstoff (ITZ) setzt das BMV einen entscheidenden Impuls zur Beschleunigung der Markteinführung von Wasserstofftechnologien im Mobilitätssektor. Insbesondere für KMU und die Zulieferindustrie sollen Entwicklungs- und Testinfrastrukturen geschaffen werden, um die Transformation der Wertschöpfungskette von Unternehmen zu unterstützen.
Rund 130 Mio. Euro investiert das BMV in den Aufbau der Technologieplattform Power-to-Liquid (TPP) am Chemiestandort Leuna – der weltweit größten Forschungs- und Demonstrationsinfrastruktur für strombasierte Kraftstoffe. Damit wird gezielt die Forschung und Entwicklung entlang der gesamten Power-to-Liquid-Wertschöpfungskette gestärkt und ein Anlagenbetrieb mit einer Kapazität von bis zu 2500 Tonnen jährlich ermöglicht.
Ein aktiver Austausch zwischen BMVg und BMWE hinsichtlich militärischer und ziviler Forschung steigert die nationale Fördereffizienz im Bereich von Dual-Use-Technologien insgesamt deutlich. Das Luftfahrtforschungsprogramm leistet mit seinen Technologieentwicklungen einen wesentlichen Beitrag zu resilienten, europäischen Lieferketten. Es kann damit auch bei der Deckung militärischer Bedarfe mit geeigneten innovativen und robusten Technologien unterstützen, z.B. im Bereich:
Hierbei ist zu beachten, dass das Luftfahrtforschungsprogramm Technologieentwicklung offen über alle entsprechenden Fachbereiche unterstützt, während das BMVg im Rahmen der wehrtechnischen Forschung vorwiegend gezielte Technologieentwicklung zur Schließung von militärischen Fähigkeitslücken betreibt (mit einem hohen Anteil an Auftragsforschung). Trotz dieser unterschiedlichen Ansätze bietet die enge Vernetzung ein enormes synergetisches Potential.
Im aktuellen Rahmen ist ebenfalls eine sehr enge internationale Vernetzung der nationalen, regionalen und Europäischen Luftfahrtforschungsprogramme notwendig. Aktuell hat Deutschland mit dem Projektträger Luftfahrtforschung daher im EU-Projekt „AREANA“ die Verantwortung für die Schaffung von Synergien zwischen diesen drei Ebenen übernommen. Um die im Projekt erarbeiteten Lösungsvorschläge auch langfristig weiterzuführen wurde im Mai 25 gemeinsam mit Ministerien und Fördereinrichtungen aus den Niederlanden, Österreich, Rumänien und dem Vereinigten Königreich ein Memorandum of Understanding unterzeichnet in dem sich die Partner verpflichten die Europäische Zusammenarbeit in der Luftfahrtforschung weiter voranzutreiben. Neben einer engen Kooperation der verschiedenen Forschungsprogramme über einen gemeinsamen „JoinED Call“ wird auch ein engerer Abgleich der jeweiligen Forschungsstrategien sowie eine flexible Zusammenarbeit verwandter Forschungsprojekte („Twinning“) angestrebt. Auch eine höhere Transparenz in der Zusammenarbeit durch Austausch relevanter Daten sowie eine intensivere Kooperation im Bereich der Forschungs- und technologischen Infrastruktur ist geplant. Am Beispiel der H2-Technologie in den Fluggeräten und der H2-Infrastruktur an deutschen Flughäfen ist zu erkennen, dass sowohl die Technologien als auch die Infrastruktur global abgestimmt und normiert sein müssen, um eine sinnvolle und wirtschaftliche Umsetzung der Technologie zu ermöglichen.
Zur Verwertung der am Standort entwickelten Technologien wird es weiterhin zukünftig notwendig sein, in den jeweiligen Normierungs- und Zulassungsgremien der EASA und ICAO wieder mehr Technologiestandards aus Deutschland einzubringen, um eine Verwertung der Technologie rechtlich zu ermöglichen (insbesondere im Bereich AAM/UAV, Brennstoffzelle, H2, etc.).
Eine stärkere internationale Verflechtung und der gestiegene Abstimmungsbedarf erfordern eine starke Stimme für deutsche Industrieinteressen in internationalen Gremien der EASA und ICAO.
Im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms ist eine starke Zusammenarbeit der einzelnen Stakeholder notwendig. Dies ergibt sich aus der Komplexität der Systeme, den hohen Sicherheitsanforderungen und der Notwendigkeit, die Innovationsgeschwindigkeit zu erhöhen. Weiterhin ist es die enge Zusammenarbeit unerlässlich, um die Kosten und Ressourcen im Entwicklungsprozess zu teilen und um einheitliche Standards entwickeln zu können. Diese Zusammenarbeit findet sowohl auf Ebene der Forschenden in Form von Verbundvorhaben statt, als auch auf ressort- und länderübergreifender Ebene bei den mitwirkenden Ministerien.
Anbei finden Sie eine Übersicht aller mitwirkenden Ministerien und Einrichtungen mit denen im Luftfahrtforschungsprogramm als zentrale Stakeholder zusammengearbeitet wird.
