Urban Air Mobility

Urban Air Mobility – Ein neuer Markt für Automobilakteure

24. Januar 2020 | Corporate

FEV rechnet mit einem starken Wachstum des „Urban Air Mobility“-Markts und geht davon aus, dass sich für Unternehmen aus dem Automobilbereich auf diesem milliardenschweren Markt Geschäftschancen und Diversifizierungsmöglichkeiten für das eigene Produktportfolio bieten.

Mobilität ist ein wichtiger Faktor für die Lebensqualität in städtischen Gebieten. Prognosen zufolge werden sich die Fahrgastzahlen in Städten bis zum Jahr 2050 verdoppeln. Herkömmliche bodengebundene Verkehrsmittel dürften bei dieser Anfrage an ihre Grenzen stoßen. Zudem wird ein Ausbau in diesem Bereich durch die hohen Investitionskosten, den hohen Platzbedarf und die langen Vorlaufzeiten erschwert. Metropolregionen und Städte stehen demnach vor großen Herausforderungen im Hinblick auf Verschmutzung, Geräuschbelastung und Verkehrsverdichtung.

Der Luftraum hingegen wird bereits seit Jahrzehnten für die sichere und zeiteffiziente Langstreckenbeförderung genutzt. Bereits heute werden konventionelle Helikopter als Flugtaxis in Städten wie New York City eingesetzt. Ein 8-minütiger Flug vom Flughafen JFK nach Lower Manhattan kostet mit dem Uber Copter Air Taxi Service um die 180 € pro Passagier. Das Unternehmen Blade bietet gegen eine Jahresgebühr von rund 265 € einen Flughafenpass an, mit dem der Flug zwischen Manhattan und den New Yorker Flughäfen dann noch etwa 130 € kostet. Wer die gleiche Strecke auf dem Boden zurücklegt, zahlt rund 50 € für ein reguläres Taxi und ca. 110 € bis 160 € für den komfortableren Uber Black Service – ist allerdings 55 bis 100 Minuten unterwegs.

Aktuelle technologische Entwicklungen schaffen die Grundlage für einen Durchbruch von eVTOL-Fluggeräten

Die hohen (Betriebs-)Kosten eines Helikopters sind der Hauptgrund für die hohen Gebühren. Darüber hinaus wird die Nutzung gegenwärtiger Flugtaxidienste durch Lärmschutzvorgaben eingeschränkt. In der jüngsten Vergangenheit haben Start-ups und etablierte Luftfahrtunternehmen völlig neue Flugkonzepte entwickelt: senkrecht startende und landende Fluggeräte (electric Vertical Take-Off and Landing, eVTOL), die mit einem verteilten elektrischen Antrieb (Distributed Electric Propulsion, DEP) ausgestattet sind. Die Anzahl der Patente im Zusammenhang mit eVTOL hat in den letzten Jahren stark zugenommen, wobei die Liste derzeit von den USA, China und Deutschland angeführt wird. Grundlage der eVTOL-Technologie sind jüngste technologische Verbesserungen in den Bereichen Batterien, Elektromotoren und Automatisierung, die dem neuen Flugkonzept einige Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Helikoptern verschaffen: Sie sind potenziell sicherer, leiser und erheblich kostengünstiger im Betrieb. Uber geht davon aus, dass sein Uber Air Service mit Verfügbarkeit der eVTOL-Technologie binnen kurzer Zeit deutlich weniger als 4,50 € pro Passagiermeile kosten wird.

Angesichts der Vorteile der eVTOL-Fluggeräte wird für den eVTOL-Markt ein starkes Wachstum prognostiziert. Vor dem Hintergrund eines auf die nahe Zukunft ausgerichteten, umfangreichen Urban-Air-Mobility (UAM)-Programms, das FEV Consulting für die Verkehrsbehörde einer Megacity realisiert, sowie auf Grundlage umfassender Kenntnisse der eVTOL-Branche hat FEV Consulting eine Prognose der weltweiten eVTOL-Flottengröße bis zum Jahr 2040 erstellt. In die Prognose sind mehrere Parameter eingeflossen, darunter die wirtschaftliche Attraktivität von eVTOL-Flugtaxis, die Umweltbedingungen, die gesetzlichen und politischen Rahmenbedingungen sowie die vorhandene Infrastruktur. Auch die Wahrscheinlichkeit für eine Akzeptanz der Technologie in verschiedenen Kulturen sowie die Anzahl zu erwartender, relevanter eVTOL-Hersteller wurden berücksichtigt.

Auf dem eVTOL-Markt tummeln sich viele verschiedene Konzepte, die auf einer Reihe gemeinsamer Technologien wie dem Elektroantrieb beruhen. Mehr als 80 Start-ups und etablierte Hersteller von Fluggeräten arbeiten derzeit an der Entwicklung von über einhundert eVTOL-Flugkonzepten. FEV Consulting hat diese Konzepte einer ausgiebigen Analyse unterzogen und geht davon aus, dass weniger als 20 Prozent für Ride-Sharing-Anwendungen in der Luft geeignet sind und von ernst zu nehmenden Akteuren entwickelt werden, die über die Fähigkeiten verfügen, ihr Konzept durch die gesamte Entwicklungs- und Zulassungsphase bis in den tatsächlichen Betrieb zu bringen. Grund für die ausgeprägte konzeptuelle Diversifikation der eVTOL-Landschaft ist die Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle. Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal ist die Bauweise des Fluggeräts und das damit zusammenhängende Antriebskonzept. Es kann zwischen den Bauweisen Multirotor, Lift & Cruise und Tilt Rotor/Wing unterschieden werden. Auch unterschiedliche Energiequellen kommen zum Einsatz; so gibt es beispielsweise sowohl vollelektrische als auch hybride Systeme. In den folgenden Absätzen werden Elektromotoren genauer betrachtet. Aufgrund der unterschiedlichen Reisefluggeschwindigkeiten und Anforderungen an das maximale Startgewicht, aber auch von der Anzahl der Elektromotoren unterscheiden sich die Leistungsanforderungen der verschiedenen Bauweisen. Die Leistungs- und Drehmomentdichte wie auch der Wirkungsgrad des Elektromotors sind wichtige Parameter für Fluggeräte, da sie sich direkt auf den Gesamtwirkungsgrad und die Reichweite und somit auf die Eignung für die vorgesehene Anwendung auswirken. Abbildung 5 bietet einen Überblick über die Leistungsdichte der Elektromotorkonzepte von Zulieferern der Luftfahrtsparte im Verhältnis zu für die Luftfahrt zugelassenen Kolbenmotor- und Turbinenanwendungen. Die Abbildung erklärt, warum sich verteilte elektrische Antriebe bei eVTOL einer immer größeren Beliebtheit erfreuen und zugleich für kleine allgemeine Luftfahrtanwendungen interessant sind.

Verglichen mit Kolbenmotoren lässt sich mit modernen Elektromotoren Gewicht einsparen. Elektromotoren für die Luftfahrt müssen darüber hinaus äußerst zuverlässig sein, da Fehlfunktionen direkt zu kritischen Notfallsituationen führen können. Vor dem Hintergrund des Betriebskonzepts müssen eine hohe Verfügbarkeit und lange Wartungsintervalle gewährleistet werden. Da es sich bei den Fluggeräten um Leichtbaukonstruktionen handelt, die überwiegend aus Verbundwerkstoffen bestehen, sollten die Elektromotoren ein möglichst optimiertes NVH-Verhalten (Noise, Vibration, Harshness) aufweisen, um die Übertragung von Vibrationen auf den Rumpf und die Bauteile des Fluggeräts weitestgehend zu vermeiden. Die Verwendung von Elektromotoren anstatt komplexer Turbinen für diese neue Art von Flugkonzepten könnte Geschäftschancen für Unternehmen aus dem Automobilbereich bieten, die in der Elektrifizierung von Antriebssträngen tätig sind.

Urban Air Mobility ist für Automobilakteure eine interessante Zugangsmöglichkeit in die Luftfahrtindustrie

Anders als in der Automobilindustrie mit ihrer kosteneffizienten Massenproduktion werden Gewinne in der Luftfahrtindustrie nicht durch Masse oder Größenvorteile erwirtschaftet. Der Topseller A320 von Airbus wurde 2018 417-mal verkauft – das ist noch nicht einmal ein Zehntel des Absatzvolumens, das der BMW 3er pro Woche verzeichnet. Ganze 366.475 Einheiten der Reihe wurden im Jahr 2018 verkauft. Schlüsselkomponenten wie das Antriebssystem sind sicherheitskritisch und können Notfälle, Katastrophen und hohe Haftungsansprüche verursachen. Diese Produkte müssen daher den Zertifizierungsvorschriften der Aufsichtsbehörden wie der Federal Aviation Administration (FAA) in den USA oder der European Aviation Safety Agency (EASA) entsprechen. Voraussetzung für die Zulassung sind unter anderem ausführliche Tests, Validierung und detaillierte Dokumentation sowie Berichte. Darüber hinaus wird eine Genehmigung für die Herstellung des schon mit Musterzulassung versehenen Produkts benötigt und alle produzierten Komponenten müssen zuverlässig rückverfolgbar sein. Diese Zulassungs- und Konformitätsanforderungen verursachen einen hohen Entwicklungs- und Industrialisierungsaufwand, der auf die niedrigen Stückzahlen umgelegt werden muss. Der Automobilmarkt zeichnet sich im Gegensatz dazu durch hohe Absatzzahlen und einen ausgeprägten Wettbewerb aus, weswegen hier die kosteneffiziente Massenproduktion und schlanke Organisations- und Entwicklungsprozesse die Mittel der Wahl sind. Der Weg zur Zulassung ist bei einem Flugzeug beschwerlicher als bei einem Auto, doch die neuen eVTOL-Fluggeräte sind weniger komplex als kommerzielle zivile Luftfahrtmaschinen wie der A320. Die Automobilindustrie kann mit ihren Kapazitäten also dazu beitragen, die Kosten zu senken, Flugtaxis für ein breiteres Publikum erschwinglicher zu machen und das erwartete Marktwachstum der eVTOL-Branche zu fördern. Die im Zulassungsverfahren gestellten Anforderungen mögen Unternehmen aus der Automobilbranche zunächst wie eine große Eintrittshürde erscheinen. Der Lieferantenstamm für Technologien wie Batterien und Elektromotoren ist jedoch noch nicht so fest etabliert wie bei herkömmlichen Erzeugnissen für die Luftfahrt. Die Automobilindustrie kann davon profitieren, dass ihre Produkte bereits von den Endkunden auf der Straße genutzt werden und sie somit über reale Lebensdauerdaten verfügt, deren Wert nicht unterschätzt werden sollte. Dieses erfahrungsbasierte Wissen könnte zuträglich sein, wenn die zuständigen Behörden im Rahmen des Zulassungsverfahrens die Vertrauenswürdigkeit der neuen Akteure beurteilen. Darüber hinaus entwickeln Unternehmen aus dem Automobilbereich ihre Produkte nach ISO- und SAE-(Automobil-)Standards, die mit entsprechenden Standards der Luftfahrtindustrie vergleichbar sind. Die Automobilindustrie kann zudem auf umfangreiche Erfahrung mit Lieferketten, Logistik und Produktionsprozessen zurückgreifen – ein Wissen, das gefragt sein wird, wenn der Durchsatz im Verhältnis zur heutigen Situation der konventionellen Luftfahrt steigen soll. Alles in allem mag die eine oder andere Hürde zu überwinden sein, ein Kaltstart steht Lieferanten, die Automobilprodukte auf dem Luftfahrtmarkt platzieren möchten, aber sicherlich nicht bevor.

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