Neue Produktions­verfahren verbessern die Ökobilanz

Je leichter und leiser desto besser: Um die Umwelt zu schonen und Betriebs­kosten zu senken, feilschen die Hersteller von Flug­zeugen und Trieb­werken seit Jahr­zehnten um jedes Gramm und jedes Dezibel.

Dank neuer Technologien ist der Treibstoff­verbrauch von Flug­zeugen seit den 60er Jahren um 45 Prozent gesunken. In den nächsten Jahr­zehnten sollen neue Designs und Antriebs­konzepte CO₂-Ausstoß und Kerosin­verbrauch noch einmal halbieren. Das schont die Ölreserven der Erde, ist gut fürs Klima und hilft den Airlines Sprit­kosten zu sparen. Doch nicht nur während des Fluges lässt sich die Umwelt entlasten. „Zu einem sauberen Flugzeug gehört auch eine saubere Herstellung mit effizienten Produktions- und Main­tenance-Prozessen“, sagt Stefan Lange, bei der MTU Aero Engines verantwortlich für Neubau und Modernisierung von Gebäuden und technischen Versorgungs­anlagen.

Verringerung von Emissionen und Verbräuchen trotz steigender Produktion

Um die Energieeffizienz zu erhöhen und Ressourcen einzusparen, analysieren und optimieren die Flugzeug- und Triebwerks­bauer systematisch ihre Produktions­prozesse: In den europäischen Airbus-Werken beispiels­weise wurde innerhalb von zehn Jahren der Energie­verbrauch um drei Prozent, der CO₂-Ausstoß um 14 Pro­zent und die Emission von flüchtigen organischen Verbindungen um 21 Prozent gesenkt. Gleichzeitig gelang es, den Wasser­verbrauch um 19 Prozent zu reduzieren, obwohl die Zahl der gefertigten Flug­zeuge im selben Zeitraum um ein Drittel anstieg. Am Standort Hamburg wurde 2006 eine Anlage zur Aufbereitung von Fluss­wasser in Betrieb genommen, die den Verbrauch an Trink­wasser um 82.000 Kubik­meter im Jahr drosselt; weitere 10.200 Kubik­meter werden durch eine spezielle Sensorik, die Lecks frühzeitig aufspürt, eingespart.

Beim Triebwerkshersteller MTU gibt es seit 2010 ein eigenes Programm zur Verringerung des ökologischen Fuß­abdrucks in der Pro­duktion und Main­tenance: Mit CLAIR-IS, die Abkürzung steht für Clean Air Industrial Site, gelang es, allein am Standort München 20.000 Tonnen CO₂ einzusparen, seit vermehrt Brunnen­wasser zur Kühlung der Anlagen eingesetzt wird. Ein neues mit Bio-Methan betriebenes Block­heiz­kraftwerk, das im November 2017 in Betrieb ging, reduziert die CO₂-Emission um weitere 6.800 Tonnen im Jahr. Zusätzliche Energie wird gespart durch Dämmung von Gebäuden, die Beseitigung von Lecks in den Druck­luft­anlagen und das systematische Abschalten von Maschinen und Anlagen bei Nacht und an Feiertagen. Und nicht nur bei der Produktion wird auf Umwelt­schutz geachtet: Die MTU Main­tenance Canada in Richmond, British Columbia, hat sich einer Initiative des nahegelegenen Flughafens Vancouver angeschlossen und ihren Carbon-Footprint ermittelt. Die kanadische Tochtergesellschaft der MTU arbeitet systematisch an der Reduktion ihrer Emissionen: Der Strom beispiels­weise kommt aus­schließlich aus regenerativen Wasser­kraftwerken. „Insgesamt konnten wir bei der MTU den CO₂-Ausstoß in den letzten 25 Jahren halbieren“, resümiert Lange.

Ressourcenschonende Verfahren

Um die Komponenten für die sauberen Trieb­werke der Zukunft möglichst effizient und energiesparend herzustellen, nutzen die MTU-Ingenieure bereits heute innovative Techno­logien. „Mit Additiven Verfahren wie dem Selektiven Laser­schmelzen lassen sich Bauteile direkt aus CAD-Daten fertigen: Ein Laser verschmilzt Metall­pulver Punkt für Punkt und Schicht für Schicht genau an den vorgegebenen Stellen“, berichtet Dr. Karl-Heinz-Dusel. Diese Fertigungs­weise habe dabei mehrere Vorteile, betont der Leiter Additive Fertigung Techno­logie bei der MTU: „Man spart Material – unverfestigtes Metall­pulver lässt sich am Ende heraus­schütteln, sieben und wieder­verwenden. Verglichen mit traditionellen Verfahren wie Guss oder der Bearbeitung von Schmiede­teilen braucht man zudem weniger Aufmasse, weil der Rohling nur wenig nach­bearbeitet werden muss.“ Ein weiterer Plus­punkt: Mit der Additiven Fertigung lassen sich neue Funktionen in das Bauteil integrieren, beispielsweise Hohl­räume für die Kühlung. Zusätzlich kann durch belastungs­optimiertes Design auch das Gewicht reduziert werden. In Zukunft wollen die Konstrukteure die Technik vermehrt einsetzen. Boroskopaugen für das PW1100G-JM werden bereits serienmäßig gefertigt; als nächstes soll die Zulassung von gedruckten, leichten Halterungen für Ölleitungen beantragt werden.

„Neue ressourcenschonende Verfahren wie die Additive Fertigung sind für die Verbesserung des ökologischen Fuß­abdrucks der Luftfahrt enorm wichtig“, sagt Dr. Sascha Gierlings, Leiter Prototypen­fertigung am Fraunhofer-Institut für Produktions­techno­logie IPT in Aachen (siehe auch Beitrag MTU und Fraunhofer-IPT gründen „Technikum Blisk“). Zusammen mit den MTU-Ingenieuren analysiert und vergleicht er derzeit unter­schiedliche Prozess­ketten: „Abhängig davon, wie hoch die thermomechanische Bean­spruchung in einem Bauteil ist, müssen unterschiedliche Fertigungs­verfahren und Herstell­routen eingesetzt werden. Bei allen gibt es hohe Einspar­potenziale, weil die Fertigung von Triebwerks­komponenten sehr aufwändig ist.“

Die Untersuchungen sind unter anderem Teil des EU-Forschungs­programms Clean Sky 2, in dem 200 Forschungs­einrichtungen und Unternehmen, darunter auch die MTU, innovative Lösungen zur Reduktion von klima­schädlichen Gasen und Lärm erarbeiten. Ein Thema im Clean Sky 2-Pro­gramm ist das Eco-Design, mit dem der Verbrauch von Material, Energie und Ressourcen über die gesamte Lebens­spanne eines Flugzeugs – von der Produktion bis hin zum Recycling – reduziert werden soll.