Der Elektroflieger der ETH hebt in Dübendorf ab

Anna Thumann atmet erleichtert aus, als die Räder ihres Flugzeugs die Landepiste wieder berühren. Rund 20 Minuten ist es her, dass der schneeweisse Flieger mit den blauen Blitzen auf Rumpf und Flügeln vom Flugplatz Dübendorf abgehoben ist – leicht und leise. Er kreiste über dem Gelände, beschleunigte plötzlich, zog enge Kurven, wackelte mit den Flügelspitzen und brauste für die anwesenden Fotografinnen und Journalisten tief über die Zuschauerterrasse des Innovationsparks.

Zweimal setzt der Flieger zur Landung an, nur um wieder durchzustarten – mit reiner Elektrokraft. Dann rollt er zurück zum Hangar. Es ist bereits der siebte Testflug der E-Sling, aber der erste offizielle. «Beim ersten Mal war das Gefühl noch einiges verrückter», sagt Thumann.

Die ETH-Maschinenbau-Studentin kann es immer noch nicht recht glauben, dass sie für die Entwicklung des weltweit ersten zugelassenen vierplätzigen Elektroflugzeugs mit verantwortlich ist. Doch langsam wächst ihr Vertrauen in das Fluggerät, das sie zusammen mit 19 weiteren Studierenden der Maschinenbau- und Elektrotechnik-Studiengänge der ETH in den vergangenen zwei Jahren entwickelt und gebaut hat.

«Langweilig!», das war das erste Wort von Testpilot Damian Hischier, als er nach dem Jungfernflug vor zehn Tagen aus dem Cockpit stieg. Es ist das grösste Kompliment, das der Walliser den jungen Entwicklern machen konnte. Hischier ist es gewohnt, dass beim ersten Flug etwas schiefläuft: Er hat in den vergangenen Jahren 168 verschiedene Fluggeräte getestet, darunter drohnenähnliche wie den Volocopter, gerade einmal 300 Kilogramm schwer, aber auch Grossflugzeuge mit 338 Tonnen. Nach den vielen Bodentests mit der E-Sling auf dem Rollfeld habe er irgendwann gespürt, dass das Flugzeug abheben wolle, sagt Hirschier, als er aus der Maschine steigt.

224 Kilogramm Batterien für eine Stunde Flug

Als Basis für ihren Elektroflieger diente den Studentinnen und Studenten der Bausatz für ein kerosinbetriebenes Flugzeug des südafrikanischen Herstellers Sling Aircraft. Den Antrieb haben sie von Grund auf selbst entwickelt und in die Flugzeugstruktur eingepasst.

In einem ersten Fokusprojekt in den Jahren 2020 und 2021 entwickelten zwölf von ihnen den Elektromotor und den Inverter, der die Gleichspannung aus den Batterien in Wechselstrom für den Antrieb des Motors umwandelt. Dies ist Anna Thumanns Spezialgebiet. Der Motor ist – eher unüblich in der Elektrofliegerei – luftgekühlt, wie bei den ersten Flugzeugen mit Sternmotor zu Beginn des letzten Jahrhunderts.

Für die beiden Akkus, die je 112 Kilogramm wiegen und in den Flügeln untergebracht sind, haben die Studierenden mit dem Schweizer Mäherhersteller Rapid zusammen und neuartiger Schweisstechnik eine leichte Wasserkühlung gebaut. 2 Millionen Franken haben sie mit Sponsorings und Industriepartnerschaften für das Projekt organisiert.

Die ETH hat einzig den Hangar zur Verfügung gestellt. Vor rund zwölf Monaten haben dann acht weitere Fokusprojekt-Studierende übernommen, um die Komponenten in das Flugzeug einzubauen und zu optimieren. Im Sommer 2022 gab das Bundesamt für Zivilluftfahrt grünes Licht für den Erstflug.

Auf Rettungsfallschirm verzichtet

Als Projektleiter Maurice Kaulich das Flugzeug mit zwei Kollegen von Hand zurück in den Hangar 2 zieht, der die letzten zwei Jahre ihr Zuhause geworden ist, geht das federleicht. Die elektrische Sling ist nicht schwerer als das benzinbetriebene Serienmodell: 732 Kilogramm.

Das Gewicht war denn auch die grösste Herausforderung. Um zu sparen, haben die Studentinnen und Studenten auf einen Rettungsschirm verzichtet. Um dünnere und leichtere Kupferkabel verwenden zu können, haben sie das System auf 800 Volt Spannung ausgelegt. Das ist doppelt so viel wie bei einem Elektroauto.

Die Akkus haben mit 44 Kilowattstunden nur halb so viel Kapazität wie die eines Tesla. Damit bleibt die E-Sling rund eine Stunde in der Luft. «Für längere Strecken ist das noch viel zu wenig», sagt Andreas Ryser vom Aeroclub Schweiz, der den ersten offiziellen Testflug mit Interesse verfolgte. Aber für Ausbildungsflüge sei die Technologie ideal. Der Experte fliegt selber ein elektrisches Flugzeug, das einzige bisher in der Schweiz zugelassene Serienmodell, eine Pipistrel Velis Electro l. Im Gegensatz zur E-Sling  ist es nur ein Zweiplätzer.

Wasserstoff für grössere Reichweite

«Die Zahl der jungen Piloten, die einen grossen Teil ihrer Ausbildung in einem elektrischen Flugzeug verbracht haben, nimmt stetig zu», sagt Ryser. Bis sich die elektrische Fliegerei jedoch beim CO₂-Ausstoss bemerkbar mache, dauere es noch ein Weilchen. Ryser setzt sich beim Verband gerade dafür ein, dass die Flugplätze einheitliche Ladeinfrastruktur anschaffen, damit künftig elektrisch von Flugplatz zu Flugplatz geflogen werden kann.

Die Anwohnerinnen und Anwohner von Flugplätzen dürften sich aber ohnehin freuen: Auf der Besucherterrasse ist beim Vorbeiflug der E-Sling jeweils keinerlei Motorengeräusch zu hören, sondern nur das satte Flattern der Propellerspitzen.

Dem Traum vom leisen und klimafreundlichen Ferienflug sind die ETH-Studierenden im letzten Jahr einen kleinen Schritt näher gekommen: Parallel zur Fertigstellung der E-Sling haben sie den Prototyp eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Systems entwickelt. Wasserstoff besitzt eine deutlich höhere Energiedichte als Batterien und ist deshalb ein vielversprechender Flugzeugtreibstoff. Die Nachfolger von Anna Thumann und Maurice Kaulich im Fokusprojekt der ETH  werden das Know-how des Elektroantriebs mit der Brennstoffzelle zusammenführen: zu einem Batterie-Wasserstoff-Flugzeug mit erweiterter Reichweite.