Den Himmel elektrifizieren – Wann werden luftgestützte Elektrofahrzeuge Realität?

Bodenbasierte Elektrofahrzeuge sind derzeit total im Trend. Wie wir bereits mitgeteilt haben, erreichten die globalen EV-Verkäufe im letzten Jahr fast 14 Millionen, wodurch die weltweite elektrische Flotte im Jahr 2023 auf 40 Millionen anwuchs.

Aber was ist mit dem Himmel? Gibt es Fortschritte bei luftgestützten EVs? Nun, es gibt welche, aber sie sind einfach noch nicht so populär oder weit verbreitet wie Straßen‑EVs. 

Bevor wir tief in den Stand ihrer Weiterentwicklung eintauchen, sollten wir zunächst klären, was sie sind. Luftgestützte Elektrofahrzeuge sind einfach fliegende Flugzeuge, die elektrische Energie nutzen. Sie umfassen sowohl bemannte als auch unbemannte Luftfahrzeuge, die vertikal starten und landen.

Da die Luftfahrt für 3,5 % des Klimawandels verantwortlich ist und die Environmental Protection Agency (EPA) im Jahr 2021 einen Treibhausgas‑Emissionsstandard ausschließlich für Flugzeuge erließ, wächst das Interesse an luftgestützten Elektrofahrzeugen.

Anstatt fossile Brennstoffe zu verwenden, werden diese Flugzeuge von Strom angetrieben, was, wie Mogale Modisane, ein Vertreter des UN World Energy Council, anmerkt:

“Macht die Luftfahrt nicht nur nachhaltiger, sondern reduziert auch drastisch die Lärmbelastung und die von Flugzeugen erzeugten Kohlenstoffemissionen.”

Die Motoren der luftgestützten Elektrofahrzeuge werden von Batteriepacks angetrieben, die eine “leiseres und geschmeidigeres Flugerlebnis im Vergleich zu ihren Verbrennungsgegenstücken” ermöglichen, fügte Modisane hinzu.

Das Aufkommen der urbanen Luftmobilität

Ein primäres Beispiel für diese neue Form des Luftverkehrs ist das eVTOL, ein elektrisch angetriebenes Flugzeug mit senkrechtem Start und Landen. Es handelt sich also nicht wirklich um Flugzeuge; vielmehr können sie von Lieferdrohnen bis zu städtischen Lufttaxis reichen.

Wenn es um urbane Luftmobilität (UAM) geht, gehören diese elektrischen Flugzeuge zu den Innovationen, die kurz davor stehen, Realität zu werden. Es wird erwartet, dass bis zum Ende dieses Jahrzehnts tausende eVTOLs fliegen könnten. 

Als erschwinglich, leise, sicher und umweltfreundlich gepriesen, könntest du in den nächsten Jahren tatsächlich in einem fliegen.

Der Nahe Osten wird insbesondere zu einer der am schnellsten wachsenden Regionen für eVTOL‑Operationen. Hier stehen die VAE und Saudi-Arabien an der Spitze der zukünftigen Luftfahrt. 

Der US‑basierte eVTOL‑Hersteller Joby hat bereits einen Vertrag mit der Road and Transport Authority (RTA) von Dubai unterzeichnet, um bis 2026 Lufttaxidienste zu starten, wobei der Betrieb im nächsten Jahr beginnen soll. Ein weiterer US‑eVTOL‑Anbieter, Archer Aviation (ACHR ), hat eine Vereinbarung mit Abu Dhabi unterzeichnet, um bis Ende 2025 elektrische Lufttaxiflüge in den Emiraten aufzunehmen.

Der chinesische Hersteller EHang hat hingegen bereits Anfang dieses Jahres den ersten Passagier‑Demo‑Flug des EH216‑S, eines unbemannten eVTOL‑Flugzeugs, in Abu Dhabi abgeschlossen.

Laut Experten von McKinsey könnten führende Unternehmen der Passagier‑AAM‑Branche bis 2030 deutlich mehr tägliche Flüge anbieten, die kürzer sind und weniger Passagiere an Bord haben als bei den größten Fluggesellschaften der Welt.

Vor diesem Hintergrund hat die US Federal Aviation Administration (FAA) letzte Woche endgültige Vorschriften für den Betrieb von Lufttaxis veröffentlicht. Die FAA teilte, dass Lufttaxis zu den Advanced Air Mobility (AAM)-Flugzeugen gehören. Sie sind hochautomatisiert, elektrisch angetrieben und besitzen senkrechte Start‑ und Lande‑fähigkeiten, erklärte die Behörde.

Sie werden auch als ‘Power‑Lift’-Fahrzeuge bezeichnet und kombinieren Elemente von Flugzeugen und Hubschraubern, sagte die FAA. Während sie zunächst bestehende Flugrouten und Landeanlagen nutzen, die derzeit von Hubschraubern verwendet werden, ermöglichen die neuen Regeln den Piloten, mit einem einzigen Satz von Flugsteuerungen zu trainieren. 

Power‑Lift‑Flugzeuge, sagte FAA‑Administrator Mike Whitaker, seien “die erste neue Flugzeugkategorie seit fast 80 Jahren”, und die neuen Regeln würden die Tür öffnen, um ihre weit verbreiteten AAM‑Operationen in den USA zu unterstützen.

Um diesen Sektor voranzubringen, hat die FAA letzten Monat einen Zuschuss von 3,34 Millionen $ an Wright Electric zusammen mit Partnern, darunter NASA, DOE und DOD, im Rahmen ihres Fueling Aviation’s Sustainable Transition (FAST)-Programms vergeben. Durch diesen Zuschuss will die FAA eine neue Batteriekategorie für große elektrische Flugzeuge entwickeln, die über 100 Passagiere befördern können und damit über 90 % der CO₂‑Emissionen der Luftfahrtindustrie ausmachen.

Neuland betreten

Während das Rennen um die Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie an Fahrt gewinnt, arbeiten Unternehmen nun daran, Wege zu finden, Passagierflugzeuge vollständig elektrisch zu betreiben.

E9X ist ein neu konzipiertes Elektroflugzeug, dessen Design von dem Luftfahrt‑Startup Elysian und der Technischen Universität Delft in den Niederlanden entwickelt wurde. Das Flugzeug kann mehr Passagiere (90) aufnehmen und weiter (bis zu 500 Meilen) mit einer einzigen Ladung fliegen, als bisher für möglich gehalten wurde.

Diese Schätzungen basieren auf einem theoretischen Batteriepakt von 360 Wh pro Kilogramm. Im Vergleich dazu haben die Batterien von Tesla (TSLA ) eine Dichte von 272 bis 296 Wh/kg.

Das Gewicht der Elektro‑Batterie ist laut Jayant Mukhopadhaya, Senior Researcher beim International Council on Clean Transportation (ICCT), die Hauptbeschränkung dieser Flugzeuge, da konventionelle kommerzielle Batterien etwa 50‑mal weniger Energie pro Pfund speichern als Kerosin. Daher würden für ein Flugzeug so groß wie die Boeing 737 etwa 35‑Tonnen‑Batterien benötigt.

“Hochdichte‑Batterietechnologie ist derzeit eine der Herausforderungen, weil die Skalierung der Produktion und die weitere Verbesserung der Dichte entscheidend für eine breite Akzeptanz bleiben.”

– Simay Akar, Senior Member bei IEEE

Während die Batterie das Hauptanliegen ist, ist auch das Design entscheidend. So sind die Tragflächen des E9X‑Flugzeugs im Verhältnis zum Rumpf extrem groß, was seine aerodynamische Effizienz erhöht. 

“Man sollte nicht davon ausgehen, dass ein Elektroflugzeug wie die (erfolgreichsten) heutigen Flugzeuge aussehen wird.”

– Reynard de Vries, Direktor für Design und Engineering bei Elysian

Außerdem werden die Batterien nicht im Rumpf, sondern in den Tragflächen platziert, da sie einen großen Teil des Gewichts des Flugzeugs ausmachen und das Gewicht dort sein muss, “wo der Auftrieb erzeugt wird”.

Der E9X ist jedoch derzeit nur ein Konzept und wird erst ab mindestens 2033 fliegen. Es gibt jedoch bereits andere elektrische Passagierflugzeuge, wie die Aviation Alice, deren Prototyp bereits 2022 getestet wurde und deren Ziel für die Serienproduktion 2027 ist. Die Eviation Alice ist hingegen für nur neun Passagiere und zwei Besatzungsmitglieder ausgelegt und hat eine Reichweite von etwa 250 Seemeilen. 

Es gibt also klare Einschränkungen für Elektroflugzeuge; jedoch ist ihre Fähigkeit, den CO₂‑Fußabdruck des Fliegens erheblich zu reduzieren, zu bedeutend, um sie zu ignorieren. Es geschätzt, dass der Umstieg auf Elektroflugzeuge die CO₂‑Emissionen um bis zu 88 % senken kann. Daher das wachsende Interesse.

Selbst der Tech‑Milliardär Elon Musk, der bereits an der Entwicklung, Herstellung und dem Verkauf von EVs und Batteriespeichern beteiligt ist, diskutiert das Potenzial und die Möglichkeit von batteriebetriebenen Elektroflugzeugen. Während die Batterien derzeit “zu begrenzt in der Reichweite” seien, glaubt Musk, dass sie in etwa fünf Jahren einsatzfähig sein könnten.

Dafür muss die Energiedichte der Batterien verbessert werden, die derzeit hinter der von Kerosin zurückbleibt. Musk fügte hinzu:

“(Allerdings) wiegen Elektromotoren viel weniger und wandeln gespeicherte Energie besser in Bewegung um als Verbrennungsmotoren.”

Inmitten dessen kündigte der chinesische Batterieriese Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) an, dass er erfolgreich ein 4‑Tonnen‑Flugzeug mit seinen ultra‑hochdichten “condensed batteries” geflogen hat, die im letzten Jahr erstmals vorgestellt wurden. Die Batteriepacks besitzen mehr als die doppelte Energiedichte anderer auf dem Markt verfügbarer Batterien mit 500 Wh/kg.

Diese kompakten Batterien wurden speziell für die Luftfahrt entwickelt, mit Fokus auf Sicherheit und zur Steigerung der Reichweite sauberer Flugzeuge. Das Unternehmen erwartet nun ein 8‑Tonnen‑Elektroflugzeug mit einer Reichweite von 1.240‑1.865 Meilen, das bis 2027 oder 2028 in Betrieb gehen soll.

Die Suche nach fortschrittlicher Batterietechnologie

Während Unternehmen begonnen haben, das Landschaftsbild der fortschrittlichen Luftmobilität (AMM) zu verändern und die Regierung klare Regeln bereitstellt, befassen sich Forscher mit der größten Herausforderung und entwickeln neue Batterien für luftgestützte EVs.

Um den saubereren Transport in die Lüfte zu bringen, haben Forscher am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des Department of Energy (DOE) neue energiedichte Materialien entwickelt, um ihr Verfallen unter extremen Bedingungen zu verstehen.

Luftgestützte EVs sind nicht nur fliegende Autos. Daher kamen die Forscher zu dem Schluss, dass wir die Batterien von Elektroautos nicht für eVTOLs anpassen können, obwohl dies bisher der dominierende Ansatz war.

“Das eVTOL‑Programm bietet eine einzigartige Gelegenheit, eine völlig neue Batterietypologie zu schaffen, die sehr unterschiedliche Anforderungen und Fähigkeiten im Vergleich zu dem, was wir bisher gesehen haben, aufweist.”

– Leitender Forscher Ilias Belharouak, ORNL Corporate Fellow

Die Studie ergab, dass die Leistungs‑ und Leistungsanforderungen von eVTOL‑Batterien ihre Haltbarkeit und Langlebigkeit negativ beeinflussen.
Dies liegt daran, dass Elektroauto‑Batterien gleichmäßig entladen, während eVTOL‑Batterien für verschiedene Flugphasen wie Aufstieg, Schweben und Sinkflug unterschiedliche Leistungsanforderungen haben.

“Dies erfordert, dass wir Fragen zum Zusammenspiel von Batteriesicherheit, Zyklusleben und Stabilität bei hohen Temperaturen beantworten, während wir gleichzeitig den Bedarf an kurzen Hochleistungsimpulsen mit Energiespeichern für Langstreckenflüge ausbalancieren müssen.”

– Belharouak

Das Forschungsteam entwickelte Lithium‑Ion‑Batterien und testete sie für die Steigphasen von eVTOLs. Sie testeten außerdem ein neues vom ORNL entwickeltes Elektrolyt, das besser abschneidet und während der leistungsintensiven Phasen mehr Kapazität behält. Das Team arbeitet derzeit an weiteren Verbesserungen des Elektrolyts und anderer Batteriekomponenten.

Anfang dieses Jahres berichteten Forscher der Chalmers University of Technology ebenfalls über ihre erste Lebenszyklusanalyse eines zweisitzigen vollelektrischen Flugzeugs, das kommerziell erhältlich ist, dem Pipistrel Alpha Electro, und verglichen es mit seiner fossil betriebenen Version.

Die Studie stellte fest, dass das elektrische Flugzeug nach etwa 1.000 Flugstunden die fossile Variante in Bezug auf die reduzierte Klimaauswirkung übertrifft. Die geschätzte Lebensdauer des Flugzeugs liegt meanwhile bei mindestens 4.000 Stunden.

Laut der Studie wird die Weiterentwicklung von Batterien ein entscheidender Schritt zur Reduzierung der Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus des elektrischen Flugzeugs sein.

Der leitende Studienautor Rickard Arvidsson verwies auf die ständige Weiterentwicklung von Lithium‑Ion‑Batterien und neue Batterietechnologien wie Lithium‑Schwefel‑Batterien, die sich noch in einer frühen Entwicklungsphase befinden, um die Umweltleistung von Elektroflugzeugen zu verbessern und sie gegenüber fossil betriebenen Flugzeugen vorzuziehen.

Angetrieben durch die entscheidende Rolle, die Batterien spielen, und die steigende Zahl von sowohl kommerziellen als auch militärischen Flugzeuglieferungen, wird die Größe des Flugzeugbatteriemarktes voraussichtlich von 4,26 Milliarden $ im Jahr 2023 auf 11,9 Milliarden $ bis 2031 wachsen. Und da luftgestützte EVs an Zugkraft gewinnen, sollte diese Marktgröße noch weiter steigen.

Unternehmen, die daran arbeiten, luftgestützte EVs zur Realität zu machen

Nun werfen wir einen Blick auf einige prominente Namen im Sektor, die an der Weiterentwicklung dieses Feldes arbeiten, das laut McKinsey‑Analyse vom Oktober 2024 eine Verlangsamung der gemeldeten Finanzierung verzeichnet.

Die Finanzierung ist seit einem Höchststand im Jahr 2021 von 6,8 Mrd. € rückläufig. Sie sank 2023 auf 3,9 Mrd. €, was voraussichtlich für dieses Jahr ähnlich sein wird. Der Rückgang “kommt zu einem besonders ungünstigen Zeitpunkt”, da die Mehrheit der Unternehmen noch die “Entwicklung, Prototypenbau und Tests für die Typenzertifizierung” abschließen muss, was 1‑2 Mrd. € erfordert.

Dieses Umfeld hat bereits Auswirkungen auf Unternehmen. Lassen Sie uns also einen genaueren Blick auf diese Unternehmen werfen;

1. Joby Aviation

Das Unternehmen mit einer Marktkapitalisierung von 3,78 Mrd. $ entwickelt elektrische Lufttaxis für den kommerziellen Passagierdienst. Ihre Flugzeuge können einen Piloten und bis zu vier Passagiere befördern, mit einer maximalen Reichweite von etwa 100 Meilen und Geschwindigkeiten bis zu 200 mph. Joby hat bereits umfangreiche Flugtests durchgeführt, über 30.000 Meilen zurückgelegt, und befindet sich nun im Aufbau einer Fertigungsanlage in Dayton, Ohio, um diese Flugzeuge zu produzieren.

Seine Aktien wurden zum Zeitpunkt dieses Schreibens bei 5,27 $ gehandelt, ein Rückgang von 2,75 % im Jahresverlauf. Das EPS (TTM) beträgt -0,49 und das KGV (TTM) -10,85. Für das zweite Quartal meldete das Unternehmen einen Nettoverlust von 123 Mio. $ bei gleichzeitig 825 Mio. $ in bar und kurzfristigen Investitionen. Das Unternehmen strebt an, bis Ende nächsten Jahres ein Typenzertifikat zu erhalten, was 37 % des vierten FAA‑Zertifizierungsstadiums entspricht.

Das Unternehmen, das Partnerschaften mit Uber und Delta unterhält, hat kürzlich ein öffentliches Angebot gestartet, um bis zu 200 Mio. $ seiner Stammaktien zu verkaufen. Anfang dieses Monats kündigte Toyota, der größte externe Aktionär von Joby Aviation (JOBY ), eine weitere Investition von 500 Mio. $ an, um die Zertifizierung und die kommerzielle Produktion seines elektrischen Taxis zu unterstützen.

2. Archer Aviation (ACHR )  

Das Unternehmen mit einer Marktkapitalisierung von 1,2 Mrd. $ konzentriert sich auf urbane Luftmobilität und baut ein elektrisch angetriebenes Lufttaxi namens Maker. Das Unternehmen errichtet derzeit eine Anlage in Georgia, um die Produktion seiner Midnight‑eVTOLs zu unterstützen.

Derzeit werden seine Aktien bei 3,41 $ gehandelt, ein Rückgang von 44,45 % im Jahresverlauf. Das EPS (TTM) beträgt -1,2 und das KGV (TTM) -2,78.

Für das 2. Quartal 2024 bemerkte CEO Adam Goldstein seine indicative Auftragsbuch von fast 6 Mrd. $, während die Betriebskosten 121,2 Mio. $ betrugen und der Nettoverlust 106,9 Mio. $ betrug. Der Kassenbestand für das Quartal lag bei 360,4 Mio. $. Zu Beginn der zweiten Hälfte 2024 erklärte der Mutterkonzern von Chrysler, Stellantis, dass er zusätzlich 55 Mio. $ in Archer Aviation investieren werde.

3. Lilium  

Dieses Unternehmen mit einer Marktkapitalisierung von 88 Mio. $ entwickelt einen eVTOL‑Jet mit innovativer ducted electric vectored thrust‑Technologie. Sie haben bedeutende Fortschritte erzielt, darunter den Zusammenbau ihres elektrischen Antriebssystems, und streben eine kommerzielle Einführung an, wobei die ersten Flüge in den kommenden Jahren erwartet werden.

Seine Aktien werden derzeit bei 0,1391 $ gehandelt, ein Rückgang von 88,41 % im Jahresverlauf. Das EPS (TTM) beträgt -0,16 und das KGV (TTM) -0,88. In seinem Aktionärsbrief Q1 2024 bemerkte Lilium, dass es die Produktion seiner ersten Lilium Jets vorantreibt, die Batteriepacksproduktion startet und die kommerzielle Auftragsliste auf über 780 Flugzeuge anwächst.

Kürzlich wurde die 50‑Mio. $‑Darlehensgarantie des deutschen Unternehmens von der Bundesregierung abgelehnt. Daraufhin erklärte das Lufttaxi‑Unternehmen in einer Einreichung letzte Woche, dass seine beiden Haupttochtergesellschaften, Lilium GmbH und Lilium eAircraft GmbH, in den kommenden Tagen Insolvenz anmelden werden, da sie nicht genügend zusätzliche Mittel aufbringen konnten, um den Betrieb fortzusetzen.

4. Vertical Aerospace  

Mit einer Marktkapitalisierung von 109,67 Mio. $ arbeitet Vertical Aerospace (EVTL ) am VA‑X4 eVTOL‑Flugzeug, das für Lufttaxidienste konzipiert ist. Das Unternehmen konzentriert sich auf die Erlangung der Zertifizierung und hat Fortschritte in seinem Testprogramm erzielt.

Seine Aktien wurden zum Zeitpunkt dieses Schreibens bei 5,74 $ gehandelt, ein Rückgang von 16,57 % im Jahresverlauf. Das EPS (TTM) beträgt -4,23 und das KGV (TTM) -1,36. Im vergangenen Monat kündigte das Unternehmen eine 1‑für‑10‑Aktienrückumwandlung an, um den Kurs pro Aktie zu erhöhen.

Zum 30. Juni 2024 berichtete das Unternehmen über liquide Mittel in Höhe von 84 Mio. $, für das erste Halbjahr verzeichnete Vertical einen Betriebsverlust von 25 Mio. $ und erhielt einen Zuschuss von 10 Mio. $ der britischen Regierung vom Aerospace Technology Institute (ATI) für die Entwicklung seines nächsten Propeller‑Generations.

5. Surf Air Mobility

Dieses Unternehmen mit einer Marktkapitalisierung von 24,53 Mio. $ betreibt traditionelle Flugservices und entwickelt zudem eine elektrifizierte Version des Cessna Grand Caravan und plant, elektrische und Hybrid‑Elektro‑Antriebe in seine Flotte zu integrieren.

Seine Aktien sind im Jahresverlauf um 83,96 % gefallen und werden bei 1,74 $ gehandelt. Das EPS (TTM) beträgt -88,16 und das KGV (TTM) -0,02. Im August kündigte Surf Air Mobility (SRFM ) einen 1‑für‑7‑Aktienrückumwandlung an.

Für das 2. Quartal 2024 meldete das Unternehmen einen Umsatz von 32,4 Mio. $ und einen bereinigten EBITDA‑Verlust von 11,8 Mio. $. Der Nettoverlust betrug meanwhile 27 Mio. $, was Investitionen in F&E für Elektrifizierung und Softwaretechnologie, aktienbasierte Vergütungen und Transaktionskosten umfasste.

Fazit

Wie wir gesehen haben, entwickeln sich luftgestützte Elektrofahrzeuge (EVs) rasant weiter und bringen uns einer saubereren, leiseren und effizienteren Ära der Luftfahrt näher. Von eVTOLs in der urbanen Luftmobilität bis zu experimentellen elektrischen Passagierflugzeugen zeigen diese Entwicklungen das Potenzial der Elektrifizierung am Himmel. 

Obwohl Herausforderungen wie die Batteriedichte und das Flugzeugdesign bestehen bleiben, deuten Innovationen von Forschern und Unternehmen darauf hin, dass die elektrische Luftfahrt bald ein integraler Bestandteil des Transports werden könnte. Und während Regierungen und Industrien zusammenarbeiten, um Klimaprobleme anzugehen, können luftgestützte EVs auch eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung von CO₂‑Emissionen spielen und den Luftverkehr für eine nachhaltigere Zukunft transformieren.

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