Lufthansa Technik und BASF hüllten eine 777 in Haifischhaut und senkten den Treibstoffverbrauch um rund 1 %

Fluggesellschaften senken den Treibstoffverbrauch mit leichteren Sitzen, besserer Routenführung und Winglets und lassen den Rumpf so glatt, wie es der Lack zulässt. Lufthansa Technik und BASF gingen den umgekehrten Weg. Sie entwickelten AeroSHARK, eine Folie mit mikroskopischen Rippen nach dem Vorbild der Haifischhaut, die auf dem Rumpf angebracht wird, um den Reibungswiderstand und damit den Treibstoffverbrauch und die CO2-Emissionen um rund ein Prozent zu senken.

Eine Oberflächenfolie auf ein Verkehrsflugzeug zu bringen, war ein Zertifizierungsproblem, kein Materialproblem. Das erste Flugzeug, die Boeing 777-300ER HB-JNH von Swiss, ging Ende August 2022 in die Umrüstung und flog am 8. und 9. September das Zertifizierungsprogramm mit der EASA, wobei der Nachweis erbracht werden musste, dass die Änderung keine negativen Auswirkungen auf Sicherheit oder Flugverhalten hat. Ab Oktober flog sie tägliche Einsätze unter einer vorläufigen Fluggenehmigung des Schweizerischen Bundesamts für Zivilluftfahrt, die nur für dieses eine Flugzeug gültig war, während wochenlange Datenauswertungen und Strömungssimulationen die Prüfung durch die EASA durchliefen.

Im Dezember 2022 erteilte die EASA Lufthansa Technik eine Ergänzende Musterzulassung (Supplemental Type Certificate) für die Serienumrüstung zweier Boeing-777-Varianten, der 777-300ER und der 777F. Die Erstkunden Lufthansa Cargo und Swiss hatten Nachrüstungen in Frankfurt und Zürich für Januar geplant und verpflichteten sich, alle zwölf 777-300ER und elf 777F auszurüsten – die ersten Fluggesellschaften, die eine ganze Teilflotte mit Riblet-Folie optimieren. Pro Flugzeug beträgt die Einsparung auf einer Swiss 777-300ER rund 400 Tonnen Kerosin und mehr als 1.200 Tonnen CO2 pro Jahr sowie 370 Tonnen Treibstoff und 1.170 Tonnen CO2 auf einer 777F von Lufthansa Cargo.

Der Mechanismus ist gemessen und nicht angenommen. Eine Arbeit aus dem Jahr 2018 in Friction untersuchte 3D-gedruckte ABS-Oberflächen mit haifischhautähnlichen Schuppen in einer Reihe von Ausrichtungen und testete sie in einem Rheometer. Die Oberfläche mit Schuppen im 90-Grad-Winkel zur Strömung ergab den geringsten viskosen Widerstand, mit einer Viskositätsreduktion von bis zu 9 %. Die Abbildung der Strömung mit fluoreszierenden Diamantpartikeln zeigte, dass die Verringerung von einem geringeren Geschwindigkeitsgradienten nahe der Oberfläche herrührte – derselbe wandnahe Effekt, den eine Riblet-Folie auf einem Rumpf nutzt.

Die Haut bewusst gerippt machen, nicht glatter

Winglets und Gewichtseinsparungen wirken auf den induzierten Widerstand und die Masse; Riblets wirken auf die Hautreibung, die keiner dieser beiden Maßnahmen berührt.

Ein Prozent klingt trivial, bis es mit einer Teilflotte multipliziert wird: mehr als 25.000 Tonnen CO2 pro Jahr über die Boeing 777 der Lufthansa Group.

Die Nachrüstung wurde in die Wartungsarbeiten in Frankfurt und Zürich eingeschoben, sodass die Folie aufgebracht wurde, während das Flugzeug ohnehin am Boden war.

Die Zertifizierung, nicht das Material, war der Engpass – eine Fluggenehmigung für ein einzelnes Flugzeug ermöglichte es, Betriebsdaten zu sammeln, während die EASA ihre Prüfung abschloss.

Ein Gewinn von einem Prozent, den niemand für ein Musterzertifikat wert hält, wird zu 25.000 Tonnen CO2 pro Jahr über eine Teilflotte – wenn er während eines ohnehin gebuchten Wartungsbesuchs aufgebracht werden kann.

Mit der STC in der Hand begannen Swiss und Lufthansa Cargo, ihre gesamten 777-Flotten auszurüsten, zwölf 777-300ER und elf 777F, was für die Lufthansa Group mehr als 25.000 Tonnen CO2 pro Jahr wert ist. Lufthansa Technik und BASF erklärten, sie würden AeroSHARK für weitere Flugzeugtypen und für größere Bereiche der Flugzeugzelle weiterentwickeln; in ersten Modellrechnungen könnte die Technologie in ihrer maximalen Ausbaustufe CO2-Emissionen von bis zu rund drei Prozent vermeiden. Der Weg wurde zur Vorlage: an einem Flugzeug unter einer vorläufigen Genehmigung nachweisen, dann Flotten unter einem Musterzertifikat umrüsten.