Das Feld der Lufttaxis hat in jüngster Zeit, ermöglicht durch Fortschritte in der Fahrzeug- und Drohnentechnologie, eine äußerst dynamische Entwicklung erfahren. Verschiedene Konzepte konkurrieren auf dem noch jungen Markt, befeuert durch ambitionierte Ankündigungen der jeweiligen Hersteller zur weiteren Entwicklung. Trotz fraglicher Nachhaltigkeit könnten Lufttaxis so in den nächsten Jahrzehnten einen relevanten Beitrag zur Mobilität vor allem in urbanen Räumen leisten. Batterien spielen dabei als Energieträger meistens die entscheidende Rolle. An ihre Performance werden besonders hohe Anforderungen gestellt.

Relevanz dieses Anwendungsfeldes

Als Luft- oder Flugtaxis (auch Taxi- oder Passagierdrohnen bzw. eVTOL für electric vertical take-off and landing aircraft) werden umgangssprachlich elektrisch betriebene, senkrechtstartende Fluggeräte zum Passagiertransport bezeichnet. Die meisten Modelle ähneln einem Helikopter, werden jedoch von einer Vielzahl kleiner Propeller angetrieben, die jeweils über eigene Elektromotoren verfügen.¹ Daneben existieren auch Entwürfe mit Tragflächen, die zur Klasse der Kippflügel- bzw. Kipprotor-Wandelflugzeuge gerechnet werden können.² Grundsätzlich sind Auslegungen mit oder ohne Pilot möglich, wobei der größte Teil der Entwicklungsprojekte auf einen autonomen Betrieb der Lufttaxis abzielt.

Forschung und Entwicklung zu Lufttaxis erleben in jüngster Zeit einen beachtlichen Boom. Neben etablierten Luftfahrtunternehmen machen auch einige Start-ups mit Entwürfen von sich reden, denen ein hoher Grad an Marktreife attestiert wird. Voraussetzung für diese Entwicklungen waren Fortschritte auf dem Feld der Elektrifizierung von Fahrzeugen, nicht zuletzt der zunehmende Autonomiegrad bei der Fahrzeugsteuerung, sowie Innovationen im Bereich der Drohnentechnologie.¹

Es können drei Anwendungsfelder von Lufttaxis unterschieden werden: City taxis sollen innerhalb dicht besiedelter urbaner Räume Distanzen von 15-50 km überbrücken können und on demand verfügbar sein. Airport shuttles dienen dazu, Passagiere fahrplanmäßig zwischen innerstädtischen Knotenpunkten und Flughäfen zu befördern, wobei die zurückgelegten Distanzen ebenfalls 15-50 km betragen. Inter-city-Flüge schließlich sollen Pendlerrouten zwischen Großstädten im Abstand von bis zu 250 km bedienen.³

Aktuelle Studien zeigen, dass Flugtaxis vor allem auf kurzen Strecken, aber auch bei Distanzen über 100 km einen teils erheblich höheren Stromverbrauch als Eletroautos aufweisen. Bei längeren Strecken und bei mehreren Passagieren pro Flug hängt das Ergebnis einer Nachhaltigkeitsbewertung entscheidend von den gesetzten Prämissen ab.⁴ Flugtaxis können im Hinblick auf die verkürzte Reisezeit oder ihren flexiblen Einsatz, etwa in Gestalt von Rettungsdrohnen, jedoch in anderer Hinsicht von gesellschaftlichem Nutzen sein.

Einsatz von Batteriespeichern

Nahezu alle existierenden Lufttaxi-Modelle sind rein batterieelektrisch betrieben. Nähere Angaben zu den Charakteristika der verwendeten Akkus sind jedoch nur für wenige Fälle verfügbar. Eine Übersichtsstudie der TU Delft gibt die Akku-Kapazität beim CityAirbus mit 110 kWh sowie beim Lilium-Jet mit 320 kWh an.⁵ Der Archer Maker soll nach Herstellerangaben über einen 75-kWh-Akku verfügen; andere Quellen sprechen von einem 143-kWh-Akku, von denen die „unteren" 16 kWh nicht nutzbar sind und die „oberen" 28 kWh als Alterungsverlust geplant sind.^6,7 Für eine aktuelle Flugtaxi-Studie von General Motors wird mit einem 90-kWh-Akku geplant.⁸

Die Batterieauslegung bei Lufttaxis ist dadurch geprägt, dass das Gewicht des Fluggeräts gering gehalten werden muss. Dadurch sind auch die realisierbaren Reichweiten mit aktueller Batterietechnologie relativ gering. Die gravimetrische Energiedichte der verwendeten Akkus ist deshalb von entscheidender Bedeutung dafür, ob Lufttaxis in Zukunft überhaupt eine breite Vermarktung erfahren werden. Volocopter etwa rechnet bei heutiger Batterietechnologie mit 35 km Reichweite, mit 400 Wh/kg seien perspektivisch 65 km realisierbar.⁹ Lilium gibt an, gegenwärtig Akkus mit einer Energiedichte von 240 Wh/kg zu verwenden und im Labor Akkus mit 300 Wh/kg zu testen.¹⁰

Vereinzelt werden auch wasserstoffbasierte Brennstoffzellen-Lufttaxis diskutiert, bei denen der Batterieeinsatz – wenn überhaupt geplant – deutlich geringer ausfällt. Die Diskussion über Nachhaltigkeit und Marktchancen wird jedoch kontroverser diskutiert als bei batteriebetriebenen Lufttaxis.^11,12

Performance-Anforderungen

Batteriespeicher für Lufttaxis müssen höchsten Sicherheitsanforderungen genügen. Brände stellen für Fluggeräte – und damit für Besatzung und Passagiere – eine existenzielle Gefahr dar. Deshalb sollten die verwendeten Akkus möglichst weder brennbar noch explosionsgefährlich sein.

Des weiteren sollte die langfristig verfügbare Speicherkapazität pro Gewichtseinheit möglichst hoch sein, da Gewichtsreduktion zu den zentralen Anforderungen des Fluggerätebaus zählt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für diese Größe mehrere Batterieeigenschaften eine Rolle spielen – nicht nur die spezifischen Energie (die Menge maximal speicherbarer elektrischer Energie bezogen auf die Batteriemasse, angegeben in Wh/kg) im engen Sinn, sondern auch Alterungsbeständigkeit, Tiefentladefestigkeit und Schnellladefähigkeit. Sie bestimmen in ihrer Kombination die Größe des erforderlichen Batteriespeichers und damit Gewicht, Reichweite und Zuladung.