effizienz und Substitution
Stufe 5 – Fahrerloses Fahren
3.1.5 Luftfahrzeuge für 3DMobilität (eVOTL)
3.1.5.1 Technologiebeschreibung
Die Terminologie für die Luftfahrzeuge für 3D-Mobilität ist sehr uneinheitlich. 3D-Mobilität wird für den Personenverkehr, manchmal auch einschließlich des Güterverkehrs, verwendet.
Oft werden unbemannte Luftfahrzeuge „Droh-nen“ oder „Unmanned Aerial Vehicles (UAV)“
genannt, bemannte Luftfahrzeuge aber „Flugta-xis/Fliegende Autos“ oder „Passagierdrohne“. Der Terminus „Urban Air Mobility“ schließt durch den Bezug auf den urbanen Raum sinnvolle Anwen-dungen der gleichen Technologie im ländlichen Raum aus. In dieser Technologiesynopse wird der Begriff 3D-Mobilität verwendet und erstreckt sich sowohl auf bemannte als auch auf unbemannte Einsatzgebiete.
3D-Mobilität wird mit kleinen und leichten Luft-fahrzeugen realisiert, die vertikal oder auf kurzen Strecken starten und landen können. Im Gegen-satz zu großen Luftfahrzeugen mit Strahltriebwerk benötigen diese kleinen Luftfahrzeuge nur kleine Infrastruktureinheiten für das Starten und Lan-den. Das Senkrechtstarten (engl. vertical take-off and landing aircraft, VTOL) kann mit Multicopter, Dual Phase, Tilt-Wing und Modular Car-Quadro-copter realisiert werden, das kurze Starten und Landen mit Landebahn (engl. Short take-off and landing, STOL) mit Gyrocopter und Roadable Aircraft; mögliche Antriebsarten sind elektrisch (Batterie und Brennstoffzelle), Hybridantrieb, ver-teilte Antriebe, Hubschrauberantrieb und turbo-elektrisch (duWe et al. 2019). 3D-Luftfahrzeuge werden von Piloten, halbautomatisch oder auto-nom gesteuert (Xu 2020). Vereinfachend wird im Folgenden über elektrische VTOL-Luftfahrzeuge (eVTOL-Luftfahrzeuge) geschrieben, wobei neben dem vertikalen auch das kurze Starten und Landen eingeschlossen ist.
In den letzten Jahren nahm die Leistungsdichte von Batterien zu und damit auch ihr breiter Ein-satz in verschiedenen Anwendungen, so auch in eVOTL-Luftfahrzeugen. Der elektrische Antrieb
von eVTOL-Luftfahrzeugen verursacht im Ver-gleich zum konventionellen Strahl- oder Hub-schraubertriebwerk deutlich geringere Lärmemis-sionen und keine lokalen SchadstoffemisLärmemis-sionen.
Aus diesem Grunde werden Einsatzszenarien für eVTOL-Luftfahrzeuge auch für dicht besiedelte Gegenden entwickelt (vgl. Abb. 3.10). Zentral für die Erlangung ökonomisch interessanter Flugge-schwindigkeiten und Reichweiten sind Leichtbau-konzepte sowohl für den Airframe, als auch für die beweglichen Teile wie Rotoren oder ausfahrbare Tragflächen.
Im Personenverkehr gibt es für eVTOL-Luftfahr-zeuge verschiedene potentielle Einsatzmöglich-keiten. Kernbereiche sind die Personenmobilität beispielsweise im individuellen Luftfahrzeug für das Berufspendeln und den privaten Verkehr, im Sicherheits- und Rettungswesen (u. a. Flugam-bulanzen) sowie kommerzielle Fahrzwecke und -dienstleistungen (u. a. städtisches Lufttaxi, inner-städtischer Lufttransport, fliegende Flughafenzu-bringer oder Fährschiff-Alternative), vergleiche Abb. 3.10. Typischerweise haben Luftfahrzeuge für die 3D-Mobilität Platz für zwei bis vier Perso-nen.
Abb. 3.9: Unbemanntes 3D-Luftfahrzeug zum Ausbringen von Pflanzenschutzmittel (Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:4X-UHJ_Agridrones_d.jpg;
Lizenz: CC BY-SA 4.0)
Luftfahrzeuge für die 3D-Mobilität werden in Kooperationen von großen Herstellern und von über 80 Start-Ups mit finanzstarken Partnern ent-wickelt, darunter Kitty Hawk und Joby Aviation sowie in Deutschland Volocopter und Lilium.
Hinsichtlich ihrer Hauptfunktion können unbe-mannte zivile eVTOL-Luftfahrzeuge in drei Typen unterschieden werden (DRONEII 2020):
– Gütertransport (z. B. zur Lieferung von Päck-chen)
– Versprühen (z. B. von Pestiziden oder Setz-lingen)
– Bildaufnahmen (u. a. zur Inspektion/Instand-haltung, Monitoring, Kartierung, Beobachtung, Film/Fotographie, Lokalisierung/Detektion) Hauptmotive des Einsatzes von unbemannten eVTOL-Luftfahrzeugen sind Einsparungen an Zeit und Kosten sowie Verbesserungen der Qua-lität und des Arbeitsschutzes (DRONEII 2020).
Unbemannte eVTOL-Luftfahrzeuge für die zivile Nutzung werden hinsichtlich ihrer Startmasse in die Gewichtsklassen ‚Mikro‘ bzw. ‚Nano‘ (leich-ter als 2 kg), ‚Mini‘ (leich(leich-ter als 20 kg) und ‚Klein‘
(schwerer als 20 kg) eingeteilt. Die Größen ‚Mittel‘
(150 – 600 kg) und ‚Groß‘ (über 600 kg) werden überwiegend bzw. ausschließlich für militärische Zwecke genutzt (BMVI 2020). Die meisten Modelle werden für unbemannte Luftfahrzeuge der Grö-ßenklasse „Mini“ entwickelt bzw. hergestellt.
Der globale Markt für zivile Drohnen (Freizeit und Business) wird derzeit von DJI und seinen
Wett-bewerbern Parrot und Yuneec dominiert, die aber unter der aggressiven Preisstrategie von DJI lei-den (globAl dAtA 2019). Wichtige Entwickler und Anbieter von unbemannten Luftfahrtsystemen in Deutschland sind die Firmen Microdrones und HeightTech. Zu den aktiven Firmen im Bereich Gütertransport zählen DHL, Deutsche Post AG, Zookal, Google, Amazon und FedEx.
3.1.5.2 Rohstoffinhalt
Tab. 3.15 zeigt eine Übersicht über die verwen-deten Rohstoffe in unbemannten eVTOL-Luftfahr-zeugen.
Das Rohstoffspektrum und seine Einsatzgebiete in Luftfahrzeugen sind heterogen. eVTOL-Luftfahrzeuge gehören zu den systemischen Innovationen, die mehrere bereits am Markt eta-blierte oder weiterentwickelte Komponenten kom-binieren. Angesichts der Vielzahl an unterschied-lichen Systemkonfigurationen und damit auch Rohstoffen in ihren Komponenten muss für eine Einschätzung des Rohstoffinhaltes eine Auswahl an Komponenten und Einsatzzwecken erfolgen.
Wesentliche Hauptkomponenten sind der Aero-frame und die Flügel/Rotoren, der Elektromotor, die Batterie, die Avionik und – im Falle des Ein-satzzwecks Bildaufnahmen – die Kamera.
Aus Wettbewerbsgründen werden nur wenige quantitative technische Angaben zu eVTOL-Luft-fahrzeugen gemacht. Derzeit gibt es für das flü-gellose Multirotorkonzept über 40, für das flug-Abb. 3.10: Ausgewählte Anwendungsszenarien für bemannte 3D-Mobilität – © Fraunhofer IAO
(Quelle: duwe et al. 2019)
zeugartige Lift & Cruise-Konzept über 20 und für das Tilt-Wing/Rotor-Konzept über 50 Entwick-lungsprojekte (hecKMAnn 2020). Der Elektrojet von Lilium (5-Sitzer) soll mit seinen 36 schwenk-baren Elektromotoren (2.000 PS) am Ende bis zu 300 km/h schnell fliegen und eine Reichweite von 300 km haben. Das Gewicht beträgt rund einein-halb Tonnen, die Spannweite liegt bei 11 Metern.
Der Volocopter (2-Sitzer) hat 18 Rotoren (Münder
2017). Für den Prototyp eines kleineren Modells (2-Sitzer) werden ein Leergewicht von 440 kg (Startmasse maximal 640 kg), eine Reichweite von 300 km und eine Höchstgeschwindigkeit von 300 km/h angegeben, wobei die 36 Elektromo-toren zusammen auf 320 kW Leistung kommen (MAttKe 2020).
Der elektrische Antrieb mit Batterie begrenzt aufgrund ihres hohen Gewichtes die Zuladung und Reichweite, weshalb eVTOL-Luftfahrzeuge in Leichtbauweise hergestellt werden. Hierfür kommen aufgrund ihres geringen spezifischen
Gewichts und ihrer Festigkeit insbesondere Kar-bonfaser-verstärkte Polymere zum Einsatz (Xu
2020). Auch wenn die Projektionen für Kompo-sitmaterial (Aeroframe, Flügel und Rotoren) auf starkes Wachstum hinweisen, wird der Anteil des Segments der unbemannten Luftfahrzeuge am Kompositmarkt für die gesamte Luftfahrt gering bleiben.
Im Bereich des luftgebundenen Personentrans-ports spielen Sicherheitsaspekte eine noch grö-ßere Rolle als im Bereich der unbemannten Luft-fahrzeuge (u. a. Crashtests, Kollision mit Vögeln, Beladungsbedingungen, Flughülle, Abschir-mung von Rotoren, Information über abnormale Betriebszustände). Die Systeme von Volocopter und Lilium sind deshalb hochgradig redundant ausgelegt: Sie verfügen über mehrere Motoren und zahlreiche Batteriezellen, die jeweils unab-hängig voneinander operieren, um bei Ausfall einzelner Komponenten eine sichere Landung zu ermöglichen (JetzKe 2018).
Tab. 3.15: Rohstoffe in unbemannten eVTOL-Luftfahrzeugen (Quelle: euROpeaN COmmiSSiON 2020a, geändert) Rohstoff Einsatzgebiete
Be Legierungen, Kommunikationsausrüstung und integrierte Drahtnetze, elektrooptische Systeme und Fahrwerk
Cu Superlegerungen und CuBe-Legierungen, Kommunikationssysteme Ga GaAs und GaN für Kommunikations- und Identifikationssysteme sowie
elektrooptische Systeme
Ge Bordelektronik, Inertial-Navigationssysteme und Identifikationssysteme für Gefechte In Komponenten für elektrooptische Systeme
Al Leichte Hochleistungslegierungen für Airframe, Getriebegehäuse und Avionik Hf NiHf-Superlegierungen für hochfeste Hochtemperaturanwendungen
Fe Spezialstähle für Struktur- und Maschinenbauteile Mg Hochleistungs-AlMg-Legierungen
Ni Ni- und NiTi-Legierungen (duktil und korrosionsbeständig) für Turbinen- und Maschinenbauteile
Nb Ferroniob für hochfeste Strukturbauteile
Sc AlSc-Legierungen für leichte, hochfeste Bauteile und Formstücke
Ti Ti-Legierungen für leichte und hochfeste Bewehrungen u.a. auch in 3D-Druck, Airframe, Flügel, Ventilatoren und Kompressoren
Nd, Pr, Dy (SEE) Elektromotoren mit elektronischer Geschwindigkeitskontrolle (Rotoren)
Li Lithiumionenbatterien
Co Lithiumionenbatterien
Das Auftragsvolumen für Antriebe unbemannter Luftfahrzeuge ist relativ klein. Aus diesem Grund wurde in der Vergangenheit meist auf einen bestehenden elektrischen Antrieb zurückgegriffen und dieser angepasst. Die Neuentwicklung von Antriebskonzepten unterliegt strenger Geheim-haltung (hegMAnn 2019), weshalb für diese keine Angaben zum Kupfer- und NdFeB-Einsatz vorlie-gen.
Bei einem massenhaften Einsatz von eVTOL- Luftfahrzeugen könnten unter Umständen nen-nenswerte Nachfrageimpulse auf Lithium-Akkus ausgelöst werden. Die Batterie trägt etwa ein Drittel zum Leergewicht bei (Xu 2020). Entwick-lungsziel ist eine Zunahme der Energiedichte von 220 Wh/kg im fertigen Paket auf mehr als 500 Wh/kg im Jahr 2025. Eine 420 kg schwere Batte-rie würde dann mindestens 210 Kilowattstunden Strom an Bord eines Lilium-Jets bereitstellen kön-nen (hegMAnn 2019).
Die Komponenten für die Avionik von eVTOL sind wenig spezifisch für 3D-Luftfahrzeuge. 3D-Luft-fahrzeuge können über GNSS/GPS-Positionie-rung (+/- 0,5 bis 1,5 m) oder SichtpositionieGNSS/GPS-Positionie-rung (+/- 0,1 bis 0,3 m) in der Umgebung operieren. Die Mikrodrohne „Paketcopter“ verwendet zur Navi-gation Magnetometer, die das Erdmagnetfeld in seiner räumlichen Ausdehnung messen. Andere Magnetometer-Technologien sind Fluxgate-Magnetometer, supraleitende Quanteninterfe-renzgeräte, Proton-Magnetometer, Helium-3- und Helium-4-Magnetometer und Alkali-Magnetometer (K, Cs, Rb) (hoVde et al. 2013). GNSS/GPS und Magnetometer werden auch zu Einheiten kombi-niert. In der Sensorik, u. a. auch bei Barometern, Gyrometern und Accelerometern, gibt es einen starken Trend hin zu mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), meist auf Silizium-Basis. In der Avionik setzen Hersteller zunehmend auf Automatisierung und Künstliche Intelligenz, ins-besondere maschinelles Lernen.
Für das Wachstumssegment Fernerkundung für eine zielgerichtete Bewirtschafting landwirtschaft-licher Flächen (Precision Agriculture) kommen vor allem IR- und multi-spektrale Sensoren zum Einsatz (coloMinA & MolinA 2014). Germanium hat bei IR und optischen Sensoren ein wichtiges Anwendungsfeld. Auch für andere Bildaufnahmen können solche germaniumhaltigen Kameralinsen zum Einsatz kommen. Für Freizeitdrohnen wird
davon ausgegangen, dass diese standardmä-ßig mit einer Kamera ausgestattet sind (SESAR 2016).
3.1.5.3 Foresight industrielle Nutzung
Zu den Haupttreibern und -hemmnissen der 3D-Mobilität gehören die Verfügbarkeit von End-to-End-Lösungen („Drones as a Service“), das Internet der Dinge (IoT) und die Gesetzgebung (globAl dAtA 2019). In Deutschland regulieren u. a. das Luftverkehrsgesetz und die Luftverkehrs-ordnung den Einsatz von bemannten und unbe-mannten Luftfahrtsystemen. Demnach wird keine Erlaubnis für Drohnen benötigt, die bis zu 5 kg wiegen. Für den Betrieb von unbemannten Luft-fahrzeugen mit einer Gesamtmasse von maximal 25 kg in Sichtweite des Steuernden kann eine Erlaubnis erteilt werden, wenn eine Flughöhe von 100 Metern über Grund nicht überschritten wird und keine Menschenansammlungen, keine Wohngrundstücke, keine Polizeieinsatzorte etc.
überflogen werden (BMVI 2020).
In einer Befragung von Drohnenherstellern und -anwendern gaben 54 % an, dass die Covid-19-Pandemie langfristig eher positive Effekte auf die Drohnenindustrie haben würde, 17 % erwarte-ten negative Effekte und 29 % haterwarte-ten keine Mei-nung (DRONEII 2020).
Sowohl für unbemannte als auch für bemannte 3D-Luftfahrzeuge gibt es eine Reihe von Markt-studien (u. a. von Frost&Sullivan, Roland Berger bzw. Meticulous Research, Grandview Research), die sich mit der Entwicklung der Stückzahlen befassen. Wissenschaftsbasierte Studien für unbemannte 3D-Luftfahrzeuge liegen für die USA (FAA 2020) und Europa (SESAR 2016) vor, für bemannte 3D-Luftfahrzeuge unternehmen zwei Studien wichtige Differenzierungen, eine für die USA (NASA 2018) und eine in globaler Perspek-tive (grAndl et al. 2018).
Es ist derzeit nicht absehbar, welche Technolo-gien und Systeme sich für die unbemannte und bemannte 3D-Mobilität langfristig durchsetzen werden. Im Jahr 2018 dominierten Rotationsflügel den Markt für kommerzielle Drohnen in Deutsch-land; auf starre Flügel und hybride Konzepte entfiel der Rest in Höhe von etwa einem Achtel
beziehungsweise weniger als einem Sechzehntel des Marktes (grAnd VieW reseArch 2019).
3.1.5.4 Foresight Rohstoffbedarf
Für die Abschätzung des zukünftigen Rohstoff-bedarfs sind drei typische Konfigurationen von eVTOL-Luftfahrzeugen definiert worden, die sich vor allem hinsichtlich ihres Payloads (Nutzlast) und damit auch ihres Gewichts unterscheiden.
Für die Identifikation der stofflichen Zusammen-setzung wurde eine Ökobilanz für eine Güter-transportdrohne zugrunde gelegt (KoiWAnit 2018).
1 350 Gramm (LiPo) und 90 Gramm für eine Kameradrohne (RIT-Kamera), 297–468 Gramm für eine Consumerdrohne (DJI 2020), 440 Gramm für eine 8,8 kg schwere Drohne zum Versprühen von Agrarchemikalien (FPV 2020), 680 Gramm für eine Lieferdrohne (KoiWAnit 2018) und ca. 200 kg Batterie für eine 530 kg schwere Passagierdrohne (KhAVAriAn und KocKelMAn 2020).
Der Kupferanteil der Elektromotoren beträgt nach dieser Quelle 35 %, der Magnetwerkstoffanteil Nd2Fe14B 10 %. Der Gewichtsanteil an Neodym in Nd2Fe14B beträgt 27 Gew.-%, wobei Neodym aus Preisgründen auch bis zu maximal einem Viertel durch Praseodym ersetzt werden kann (MArsch
-eider-WeideMAnn et al. 2016). Die Mengenan-teile für Elektromotoren wurden auf die anderen 3D-Luftfahrzeuge übertragen.
Die Mengen an Lithium-Polymer-Batterien wurde für die eVTOL-Luftfahrzeuge aus diversen Anga-ben geschätzt1. Der Lithiumanteil in Lithium-Poly-mer-Batterien für Lithium-Ionen-Hochleistungs-speicher für Pkw beträgt rund 80 – 120 g Li/kWh, Tab. 3.16: Projektionen des Verkehrsaufkommens von eVTOL-Luftfahrzeugen in verschiedenen
Studien
Bezug Szenariogegenstand
und annahmen Bezugsjahr Projektion Verkehr Unbemannte
eVTOL in USA (FAA 2020)
Freizeitdrohnen: 1,32 Mio.
Stück im Bestand
Kommerziell: 385.000 Stück im Bestand; starkes Wachstum
2019/
unbestimmt Freizeitdrohnen Sättigung:
1,5 Mio. Stück
Unbemannte eVTOL in EU (SESAR 2016)
Freizeit: 1–1,5 Mio. Drohnen im Bestand
Kommerziell und staatlich:
10.000 Drohnen im Bestand starkes Wachstum; Szenarien abweichend von Baseline:
konservativ und hohe Akzep-tanz
2035/2050 7 Mio. Freizeitdrohnen; im Bestand;
Marktsättigung mit 1 Mio. Verkäufen pro Jahr 2025 erreicht.
200.000 (2025), 395.000 (2035), 415.000 (2050) Drohnen für kom-merzielle und staatliche Nutzung im Bestand; konservativ (230.000 bzw. 265.000) und hohe Akzeptanz (830.000 bzw. 910.000)
Bemannte eVTOL global (grAndl et al.
2018)
Markteintritt 2025 mit 500 Passagierdrohen im Bestand, Diffusion 2035 in Asien (45 %), Europa (35 %) und Amerika (20 %) / theoretisches Poten-zial bei vollem Ausbau der Infrastruktur (u. a. Vertiports)
2035/
unbestimmt 15.000 Passagierdrohnen im Bestand/
theoretisches Poten zial: 200.000 Passagierdrohnen im Bestand; rea-listisches Potenzial: 40.000–75.000 Passagierdrohnen für Megacities und Großstädte (oberer Wert mit ausge-bauter Vertiport-Infrastruktur) Bemannte eVTOL
in Metropolen USA (NASA 2018)
Air-Metro (standardisierte Luftverkehrsrouten, autonom befahren, mit durchschnittlich drei Passagieren)
2030 740 Mio. Passagiertrips mit 23.000 Fahrzeugen, 100–300 Vertiports pro Metropole (3–6 VTOL parallel)
Zum Vergleich (Grandl et al. 2018): Der globale Bestand an Automobilen soll 2035 1,7 Milliarden Stück und an Flugzeugen mit mehr als 100 Sitzplätzen oder mehr als zehn Tonnen Zuladung 42.000 betragen.
vergleiche Kapitel 3.1.7. Mit der Energiespeicher-menge der Batterien lässt sich hieraus der Lithi-umbedarf pro eVTOL-Luftfahrzeug abschätzen2. Für den Germanium-Gehalt werden GoPro-Kame-ras unterstellt, diese ActionkameGoPro-Kame-ras sind auch multispektral bzw. für die Nachsicht ausgerüstet.
Für die IR-/Multispektralkameras konnte ein Wert von 4,2 g Germanium pro Linse aus einer Ökobi-lanz für die Linsenfertigung für Nachtsichtsysteme identifiziert werden (bhutto & JAlbAni 2012).
Für 3D-Luftfahrzeuge zum Einsatz für Inspek-tionsflüge oder für Freizeitzwecke wird eine Lebensdauer von 7 Jahren (SESAR 2016), zum Transport von Gütern von elf Jahren (AUVSI 2013) und zum Transport von Personen von 15 Jahren geschätzt.
Folgende spezifische Annahmen wurden getrof-fen:
– eVTOL-Luftfahrzeuge für kommerzielle und staatliche Zwecke verteilen sich im Bestand 2040 in Anlehnung an das Mengengerüst von SESAR (2016) zu 25 % auf die Fracht und zu 75 % auf Bildaufnahmen.
– eVTOL-Luftfahrzeuge in der Landwirtschaft werden 2040 zu 25 % für den Austrag von Pestiziden und Saatgut (Fracht) und zu 75 % für Bildaufnahmen eingesetzt.
2 Für den Personentransport sind 1.000 kWh Batterien angenommen (80–120 kg Li pro Luftfahrzeug), für Bildaufnahmen 100 Wh Batterien (8–12 g Li pro Luftfahrzeug) und für Gütertransport 1 kWh Batterie (80–120 g Li pro Luftfahrzeug).
3 In SSP1 betragen die Zahlen für den Ausstattungsgrad 0,25 %, 0,1 % und 0,01 %, in SSP2 0,5 %, 0,15 % und 0,03 % und in SSP5 1 %, 0,2 % und 0,05 %.
– Von den eVTOL-Luftfahrzeugen für Bildauf-nahmen im Jahr 2040 verfügen in der Land-wirtschaft 100 %, in der Industrie/Infrastruktur 50 %, für staatliche Zwecke 25 % und für Freizeitzwecke 5 % über eine Multispektral-/
IR-Kamera mit Germaniumlinse.
– Die globalen Stückzahlen der 3D-Luftfahr-zeuge 2040 wurden anhand der zukünftigen Stückzahl für Europa (SESAR 2016) und dem Anteil von Europa an der globalen bebau-ten Fläche 2040 (für staatliche Zwecke und Gütertransport), an der globalen Agrarfläche 2040 (für landwirtschaftliche Fläche) und am BIP (für sonstige kommerzielle Zwecke) in den SSP-Szenarien hochgerechnet. Für die Projektionen des Bestandes an eVTOL-Luft-fahrzeuge für Freizeitzwecke 2040 wird die Einteilung der Bevölkerung nach Ländern mit niedrigem, mittleren und hohem Einkommen zugrunde gelegt (united nAtions 2019)3. Hinsichtlich des Metallbedarfs für die Motoren und Batterien sind für die verschiedenen SSPs (s. Kapitel 1.1) unterschiedliche Materialeffizienz-fortschritte angesetzt worden, nicht aber für den Germaniumbedarf der ausgereiften Infrarot (IR) und Multispektralkameras.
Unter Berücksichtigung dieser Annahmen errech-nen sich je nach Szenario die Rohstoffbedarfe für 2040 (s. Tab. 3.19).
Tab. 3.17: Annahmen zur Gewichtsverteilung der Komponenten in eVTOL-Luftfahrzeugen in kg
eVTOLLuftfahrzeugtyp
Bildaufnahmen Fracht
(Gütertransport und Versprühen) Personentransport
Payload Kamera 10 kg Zuladung 6 Passagiere
Gewicht ohne Payload 1 10 1.000
Airframe und Propeller 0,25 8 300
Motoren 0,1 0,5 150
Batterie 0,5 1 500
Avionik 0,1 0,25 25
Unbestimmt 0,05 0,25 25
Im Vergleich zu Elektroautos sind die zukünftigen Rohstoffbedarfe an Lithium, Kupfer und Neodym für eVTOL-Luftfahrzeuge sehr gering. Dies liegt insbesondere an den relativ geringen Stückzah-len, die jährlich in den Verkauf kommen. Lediglich für Germanium beträgt der Nachfrageimpuls im SSP5-Szenario für 2040 ca. 1 % der Raffinade-produktion im Jahr 2018 und bei Lithium ca. 2 % der Bergwerksförderung. Auch im SSP5-Szena-rio würde die induzierte Rohstoffnachfrage unter sonst gleichen Bedingungen problemlos gedeckt werden können.
Die Nachfrage nach Germanium für die IR-/Multi-spektrallinsen könnte zukünftig merkliche Nach-frageimpulse erfahren, wenn 3D-Luftfahrzeuge massenhaft für Bildaufnahmen in der Landwirt-schaft, für Überwachungen und für Freizeitzwe-cke eingesetzt werden. Die eher konservativ berechneten Germaniumbedarfe dürften problem-los gedeckt werden können, wenn keine anderen Technologien den Germanium-Markt disruptiv beeinflussen.
Für andere, in Tab. 3.19 nicht untersuchte Roh-stoffe gilt (vgl. MArscheider-WeideMAnn et al.
2016), dass lediglich bei den Spezialmetallen mit Tab. 3.19: Globale Produktion (BGR 2021) und ermittelter Rohstoffbedarf für 3D-Luftfahrzeuge in t
Rohstoff Produktion 2018 Bedarf 2018
Bedarfsvorschau 2040 NachhaltigkeitSSP1 SSP2
Mittelweg SSP5 Fossiler Pfad Kupfer 20.590.600 (B)
24.137.000 (R) n. v. 150 390 900
Neodym 23.900 (R) n. v. 11 30 70
Lithium 95.170 (B) n. v. 210 660 1.630
Germanium 143,1 (R) n. v. 0,76 1,3 1,5
B: Bergwerksförderung (t Inh.) R: Raffinadeproduktion (t Inh.)
Tab. 3.18: Annahmen zur Anzahl und zur Effizienz von eVTOL-Luftfahrzeuge unter den Bedingungen ausgewählter SSP-Szenarien
Faktor Einheit
Szenario SSP1
Nachhaltigkeit SSP2
Mittelweg SSP5
Fossiler Pfad eVTOL
staatliche Zwecke Stück im Bestand
2040 1.400.000 1.200.000 1.000.000
eVTOL
Landwirtschaft Stück im Bestand
2040 1.000.000 1.500.000 2.000.000
eVTOL
Gütertransport Stück im Bestand
2040 400.000 1.400.000 2.400.000
eVTOL
sonst. kommerzielle Zwecke Stück im Bestand
2040 666.667 666.667 666.667
eVTOL
Freizeitzwecke Stück im Bestand
2040 7.312.586 12.604.181 20.312.069
eVTOL
Personentransport Stück im Bestand
2040 10000 30000 50000
Materialeffizienz
Motoren und Batterien Änderung
2018–2040 50 % 35 % 20 %
kleinem Produktionsvolumen nennenswerte rela-tive Nachfrageimpulse möglich sind. Dies setze aber ein dezidiertes Forschungsinteresse an den Speziametallen beispielsweise für die Avionik und eine entsprechende Datenverfügbarkeit voraus, die heute nicht in ausreichendem Maße gegeben ist.