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Flugzeuge nachhaltiger bauen

03.06.2013
Ökobilanzen von Bauteilen können helfen, die Produktion von Flugzeugen nachhaltiger zu gestalten. Entscheidend ist, dass die Daten frühzeitig zur Verfügung stehen. Mit einer neuen Software ist das nun bereits in der Designphase möglich.
Die europäische Luftfahrtbranche hat sich ehrgeizige Umweltziele gesetzt: Bis 2020 will sie nicht nur schädliche Klimaemissionen reduzieren – Kohlendioxid um 50 und Stickoxid um 80 Prozent – sondern auch die Ökobilanz der Flugzeuge verbessern. »Life Cycle Assessment (LCA)« nennen Experten das systematische Erfassen der Umweltlasten der eingesetzten Bauteile. Die Analyse umfasst sämtliche Umweltwirkungen, die ein Produkt während seines kompletten Lebenszyklus erzeugt hat – von der Herstellung über die Nutzung bis zum Recycling oder zur Entsorgung.

Um die Daten zu erheben, sind leistungsstarke Software- programme notwendig. Diese sind sehr komplex und werden aktuell überwiegend von externen Fachleuten bedient, die über spezielles LCA-Wissen verfügen. Ein weiterer Nachteil: Meist erheben diese die relevanten Daten und Prozesse erst im Nachhinein. »Die Luftfahrtindustrie plant langfristig: Flugzeugmodelle werden oft 20 Jahre und mehr eingesetzt. Wer hier nicht frühzeitig ökobilanziert, muss die Folgen später aufwändig und teuer ausgleichen«, erklärt Robert Ilg aus der Abteilung »Ganzheitliche Bilanzierung (GaBi)« des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP die Problemstellung.

Ökobilanz mit einem Klick

Die Wissenschaftler haben jetzt ein Computerprogramm entwickelt, das es ermöglicht, die Umwelteinflüsse von Flugzeugbauteilen schon in der Designphase, also bereits bei der Planung eines neuen Modells, mit einzubeziehen. Basis des »Eco-Design Software Tools« ist eine Luftfahrt-Datenbank, die LCA-basierte Umweltinformationen verschiedener Referenzbauteile enthält. »Der Designer weiß mit einem Klick, wie groß der ›Umwelt- rucksack‹ ist, den ein Bauteil durch seinen bisherigen Fertigungsprozess mitbringt. Das heißt, es werden alle Stoff- und Energieströme quantifiziert«, beschreibt Ilg die Arbeitsweise des Programms.

Ein Kilogramm Aluminiumblech zum Beispiel, ein im Flugzeugbau häufig verwendetes Material, hat seinen »Rucksack« bereits durch Bauxit-Abbau, den Transport aus Übersee sowie die Weiterverarbeitung in Europa mit circa 140 Megajoule (MJ) gefüllt. Das entspricht mehr als der vierfachen Energiemenge, die entsteht, wenn ein Kilogramm Rohöl verbrennt. »Durch die besonders hohen Materialanforderungen im Luftfahrtsektor erhöhen sich die Umweltlasten der eingesetzten Bauteile im weiteren Fertigungsprozess danach noch erheblich. Die Ökobilanz-Datensätze müssen daher exakt auf die Branche zugeschnitten sein. Diese luftfahrtspezifische Komponente fehlte in den bisher verfügbaren Tools«, ergänzt Ilg.

Weiterer wichtiger Baustein der neuen Software sind speziell programmierte LCA- Hintergrundmodelle. Sie erlauben es dem Designer, Szenarien mit verschiedenen Bauteilen zu variieren und dabei sofort zu sehen, wie sich unterschiedliche Materialien, Baupläne oder Prozesse auf die jeweilige Ökobilanz auswirken. Er muss selbst keine aufwendigen Analysen machen und kann das verwendete Werkstück mit gespeicherten Referenzbauteilen abgleichen. Eine übersichtlich gestaltete Benutzeroberfläche zeigt ihm die wichtigsten LCA-Parameter per Drop-Down-Menü an. »Der Flugzeugdesigner kann mit Hilfe der Software Analysen erstellen, die bislang ausgewiesenen LCA-Spezialisten vorbehalten waren. Dadurch ist es möglich, Umweltaspekte im Luftfahrtsektor bereits in einem sehr frühen – und entscheidenden – Stadium des Fertigungsprozesses zu berücksichtigen: der Planungs- und Entwicklungsphase«, nennt Ilg einen weiteren Vorteil.

Das Computerprogramm ist zusammen mit den Kollegen aus der Abteilung »Interaktive Engineering Technologien (IET)« des Fraunhofer-Instituts für Graphische Daten- verarbeitung IGD in Darmstadt und der Abteilung »Ganzheitliche Bilanzierung (GaBi)« der Universität Stuttgart im Rahmen von »Clean Sky« entstanden. Das Projekt ist mit einem Budget von rund 1,6 Milliarden Euro eine der größten Initiativen der Europäischen Kommission und wurde 2008 mit dem Ziel ins Leben gerufen, den Luftverkehr umweltfreundlicher zu gestalten. Fraunhofer arbeitet hier eng mit der Luftfahrtindustrie zusammen. Partner sind beispielsweise EADS, Airbus, Eurocopter oder Rolls-Royce. »Aktuell setzt die Industrie die Technologie während einer ersten Testphase ein. Sie erstellt mit Hilfe der Software eigene Umweltbilanzen, die sie dann als ›Eco-Statements‹ veröffentlicht«, ergänzt Laura Brethauer aus der GaBi-Abteilung am IBP. Auf der »Paris Air Show (SIAE)« vom 17. bis 23. Juni 2013 in Paris-Le Bourget zeigen Ilg und Brethauer die erste Version ihres neuen Eco-Design Software Tools (Halle 1, Stand G316).

RobertIlg | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/juni/flugzeuge-nachhaltiger-bauen.html

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