Sicher über den Wolken – Kunststoffe in der Luftfahrt

Rund 10.000 m Flughöhe, fast 1.000 km/h Geschwindigkeit, bis zu -60 °C Außentemperatur. Dass wir als Flugpassagiere davon nichts mitbekommen, dafür sind unter anderem Kunststoffe verantwortlich. Diese sind nicht nur mechanisch und chemisch beständig, sondern auch leicht. Und leichtere Flugzeuge verursachen weniger CO₂-Emissionen, was für die Erreichung der Klimaziele von großer Bedeutung ist.

Nahezu alle Bauteile eines Flugzeugs sind heute aus Faserverbundkunststoffen (FVK) gefertigt. Dabei handelt es sich um mit Glas- oder Kohlenstofffasern verstärkten Kunstharz. Dieser Werkstoff erfüllt die hohen Anforderungen der Luftfahrtindustrie. Dass Flugzeuge immer leichter, leistungsfähiger und zuverlässiger werden, ist also auch ein Verdienst der Chemie- und Kunststoffindustrie.

Die Luftfahrt steht heute ganz besonders im Fokus der Öffentlichkeit, wenn es um das Thema Umwelt- und Klimaschutz geht. So hat sich die Luftfahrtbranche vorgenommen, die CO₂-Emissionen 2050 gegenüber 2005 zu halbieren. Ein Ansatz, um Treibstoff und damit CO₂ zu sparen, ist der Leichtbau und die damit verbundene Verwendung leichter Werkstoffe, die zudem alle für die Luftfahrt relevanten Anforderungen erfüllen – und das sind heute vor allem FVK aus Carbon. Bei optimalem Design kann mit diesem Werkstoff gegenüber Aluminium eine Gewichtsreduktion von etwa 50 Prozent realisiert werden.

Neben der Treibstoffersparnis hat das reduzierte Gewicht einen weiteren Effekt: Leichtere Flugzeuge benötigen filigranere Fahrwerke und kleinere Tanks. Das spart Material und kompensiert Mehrkosten, die durch FVK entstehen. Weitere Vorteile des Werkstoffs sind eine bessere Verarbeitbarkeit gegenüber anderen Materialien, hohe Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit, hohe mechanische Stabilität, gute Gleiteigenschaften, Wartungsarmut, Temperaturbeständigkeit und inhärente Flammwidrigkeit.

Kunststoff ist im Flugzeug an verschiedensten Stellen zu finden: Im Flugzeuginnenraum haben sich GVK etabliert, im Flugzeugrumpf dagegen CFK. Faserverstärkte Kunststoffe kommen in Befestigungselementen, Dichtungen, Kabinenausstattung und Verkleidungsteilen ebenso zum Einsatz wie in Antriebs- oder Trinkwassersystemen.

Kunststoffverarbeitende Unternehmen wie die Röchling SE & Co. KG, die igus GmbH oder die Ensinger GmbH bieten Materialien an, die den hohen, für die Luftfahrt geltenden Anforderungen gerecht werden und zudem die Brandschutznormen FAR 25.853 und UL94 V0 erfüllen.

Die Luftfahrtindustrie wächst – und zwar rasant. Daraus ergeben sich natürlich einige Herausforderungen für die Industrie: Zum einen müssen Passagierflugzeuge mit Stückzahlen von teilweise mehr als 70 Auslieferungen pro Monat gefertigt werden. Daher wird heute intensiv daran geforscht, die Serienproduktion zu optimieren – so zum Beispiel mit der Entwicklung neuer Harze, die schneller aushärten.

Zum anderen muss sich die Luftfahrtindustrie bemühen, die CO₂-Emissionen zwecks Erreichung der Klimaziele deutlich zu reduzieren. In einem Gemeinschaftsprojekt ist Lufthansa Technik und BASF im vergangenen Jahr ein Durchbruch gelungen: Dank des neuen Oberflächenfilms "AeroSHARK", der der feinen Struktur von Haifischhaut nachempfunden ist, soll der Reibungswiderstand eines Flugzeugs in der Luft verringert werden, wodurch auch der Treibstoffverbrauch sinkt. Für den Einsatz an zehn Flugzeugen vom Typ Boeing 777F der Lufthansa Cargo wird mit einer Reibungsverminderung von mehr als einem Prozent gerechnet. Was wenig klingt, entspricht einer jährlichen Ersparnis von fast 11.700 Tonnen CO₂.

Auch der 3D-Druck bietet großes Potenzial. Damit können Flugzeugbauteile aus einem Guss hergestellt werden, wodurch Verbindungselemente entfallen. Da eine Massivbauweise durch eine Rippenbauweise ersetzt werden kann, wird ein Flugzeug mit Teilen aus dem 3D-Drucker wesentlich leichter.

Aber es gibt auch heute schon Erfolge zu vermelden: Deutsche Fluggesellschaften konnten ihren Treibstoffverbrauch seit 1990 pro Passagier auf 100 Kilometer um gut 43 Prozent verringern. Während dieser Wert 1990 noch bei 6,3 Liter lag, wurden im Jahr 2019 durchschnittlich nur noch 3,56 Liter pro Passagier verbraucht. Dieser Erfolg ist nicht zuletzt Kunststoff zu verdanken.