Die Messung der Luftverschmutzung in einem gro\u00dfen Gebiet, die \u00dcberwachung von Risikogebieten, die Inspektion von Eisenbahninfrastrukturen – all dies sind Aufgaben, die normalerweise von bemannten Luftfahrzeugen durchgef\u00fchrt werden, was sie sehr teuer macht. Das ELCOD-Konsortium wollte eine kosteng\u00fcnstigere und umweltfreundlichere L\u00f6sung finden, indem es autonome Drohnen mit langer Flugdauer entwickelt. Renaud Kiefer, Dozent und Forscher an der INSA Stra\u00dfburg, und die Doktoranden Thomas Pavot und Martin Lef\u00e8bvre haben die Drohne „Stork“ entwickelt, die letztendlich in der Lage sein wird, eine Nutzlast von 5 kg \u00fcber einen Aktionsradius von etwa 500 km zu transportieren.<\/span><\/p>\n
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Drohnen mit hoher Ausdauer – eine L\u00f6sung zur Senkung der Kosten und des CO2-Fu\u00dfabdrucks vieler Missionen<\/strong><\/p>\n Juni und Juli 2022: Ein Flugzeug fliegt mit zahlreichen wissenschaftlichen Instrumenten an Bord in geringer H\u00f6he \u00fcber den Gro\u00dfraum Paris, um die Schadstofffahne der Hauptstadt aus verschiedenen Entfernungen zu untersuchen. Dieses fliegende Labor des CNRS absolvierte insgesamt 13 Fl\u00fcge mit einer Gesamtdauer von 50 Stunden und sammelte dabei zahlreiche Daten. Diese Art von Operation ist aber sehr kostspielig. Die Drohne stellt eine Zukunftsl\u00f6sung zur Untersuchung der Luftverschmutzung dar: Durch den Transport von Sensoren \u00fcber eine lange Flugdauer k\u00f6nnte eine Drohne die Analyse der Luftzusammensetzung auf kosteng\u00fcnstigere und umweltfreundlichere Weise erm\u00f6glichen.<\/p>\n In der Oberrheinregion w\u00e4ren Drohnen mit langer Laufzeit f\u00fcr die Durchf\u00fchrung verschiedener Operationen besonders n\u00fctzlich: Beobachtung des Rheins, \u00dcberwachung der Grenzen, Sammlung von Daten zur Verbesserung der Kulturen… Viele Anwendungen k\u00f6nnten von der Technologie einer Drohne mit gro\u00dfer Reichweite profitieren.<\/p>\n Eine Brennstoffzelle und Biomaterial aus Flachsfasern f\u00fcr eine leistungsf\u00e4hige und umweltfreundliche Drohne<\/strong><\/p>\n Das Team des INSA Stra\u00dfburg hat die Drohne „Stork“ entwickelt, die kleine Lasten \u00fcber sehr gro\u00dfe Entfernungen transportieren kann. Sie sieht aus wie ein Segelflugzeug und wurde nach dem englischen Namen des emblematischen Zugvogels des Elsass benannt (stork bedeutet Storch). W\u00e4hrend der zweij\u00e4hrigen Projektlaufzeit arbeiteten Renaud Kiefer und sein Team nacheinander an der Dimensionierung der Drohne, dem Entwurf des Prototyps, der Integration von Verschmutzungssensoren (in Zusammenarbeit mit dem CNRS) und der Untersuchung der Machbarkeit innovativer L\u00f6sungen. Das Team hat auch mit der Hochschule Offenburg zusammengearbeitet. Die Drohne „Stork“ beruht auf zwei Innovationen: einer hybriden Energiequelle und einem Biomaterialverbundstoff aus Flachsfasern. <\/p>\n Thomas Pavot arbeitete an der hybriden Energiequelle, indem er eine Brennstoffzelle, eine Lithium-Polymer-Batterie und einen Superkondensator miteinander kombinierte: „Die Brennstoffzelle bringt die lange Ausdauer, aber sie ist nicht in der Lage, Leistungsspitzen zu liefern. Beim Superkondensator ist es genau umgekehrt. Die Idee ist es, eine ideale Hybridquelle zu schaffen, die die Vorteile von beidem vereint“. Konverter verbinden diese Komponenten und sorgen daf\u00fcr, dass das System insgesamt funktioniert. „Das Ziel meiner Doktorarbeit besteht darin, einen Algorithmus f\u00fcr das Energiemanagement zu entwickeln, der die Konverter steuert, um zu entscheiden, wie die Energie zwischen den drei Quellen verteilt werden soll, um die Autonomie zu maximieren“, erl\u00e4utert der Doktorand.<\/p>\n Abgesehen von den energetischen Aspekten zeichnet sich die „Stork“-Drohne auch in mechanischer Hinsicht aus. Martin Lefebvre hat im Rahmen seiner Doktorarbeit eine theoretische Studie \u00fcber die Leistungsf\u00e4higkeit von Flachsfasern durchgef\u00fchrt. „Martin berechnete das Layup, also die Anzahl der Gewebelagen, die man bei der Gestaltung eines Flachsfl\u00fcgels einbauen muss, und verglich seine Eigenschaften mit denen eines herk\u00f6mmlichen Glasfaserfl\u00fcgels. Die mechanische Leistung ist \u00e4hnlich, aber Leinen d\u00e4mpft Vibrationen besser“, erkl\u00e4rt Renaud Kiefer. Die Flachsfaser, die umweltfreundlich angebaut wird und den Vorteil hat, dass sie recycelbar ist, k\u00f6nnte also die derzeitigen petrobasierten Materialien ersetzen.<\/p>\n Die Zukunft der „Stork“-Drohne: Verbesserungsm\u00f6glichkeiten und neue Partnerschaften<\/strong><\/p>\n Ein Folgeprojekt von ELCOD ist in Planung. Einer der n\u00e4chsten Schritte wird darin bestehen, die hybride Energiequelle in die Drohne zu integrieren, deren Rumpf um die Brennstoffzelle und ihren Tank herum konstruiert wurde. „Ein zweiter Teil wird die Messung der Umweltverschmutzung betreffen. Die Idee ist, dass die Drohne einer Rauchwolke folgen kann, indem sie ihre Flugbahn automatisch an die von den Sensoren gesammelten Daten anpasst. Sie muss am Rand der Wolke bleiben, nicht in der Mitte, weil sonst die Sensoren \u00fcberlastet werden“, so Renaud Kiefer. Es bestehen bereits Partnerschaften mit den franz\u00f6sischen und deutschen Feuerwehren sowie mit ATMO Grand Est und seinen deutschen und schweizerischen Kollegen.<\/p>\n Es werden zudem mehrere Verbesserungsm\u00f6glichkeiten in Betracht gezogen, um die Drohne noch umweltfreundlicher zu machen. „Wir m\u00f6chten Solarkollektoren an den Fl\u00fcgeln anbringen. Auf der Oberfl\u00e4che der Drohne k\u00f6nnen wir maximal 100 Watt gewinnen, das k\u00f6nnte ein Pluspunkt sein, um die Elektronik zu versorgen und Flugminuten zu gewinnen. Wir verbrauchen 400 Watt im Reiseflug, also ist das ein nicht zu vernachl\u00e4ssigender Beitrag“, sagt Renaud Kiefer. „Man kann die Flugzeit auch optimieren, indem man die Thermik, die Aufwinde, selbstst\u00e4ndig ausnutzt. Die Drohne fliegt von selbst in die Thermik hinein. Da „Stork“ einen f\u00fcr Segelflugzeuge typischen Fl\u00fcgel hat, ist dies eine M\u00f6glichkeit, an H\u00f6he zu gewinnen und dabei elektrische Energie zu sparen“. So k\u00f6nnte dieser neuartige „Storch“ immer leistungsf\u00e4higer werden.<\/p>\n<\/i> Das im April 2017 begonnene Projekt ELCOD (f\u00fcr „ E<\/strong>ndurance L<\/strong>ow CO<\/strong>st D<\/strong>rone“, d.h. „Drohne mit langer Ausdauer und niedrigen Kosten“) endete im Dezember 2020. Es wurde von der Europ\u00e4ischen Union im Rahmen des Programms Interreg V Oberrhein und von den deutschen und franz\u00f6sischen Regionalpartnern der Initiative „Wissenschaftsoffensive“ kofinanziert und umfasste drei akademische Partner: die Hochschule Offenburg, das INSA Strasbourg und das CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique). Verschiedene Industriepartner waren ebenfalls an dem Projekt beteiligt.<\/p>\n<\/i> Die Wissenschaftsoffensive: Aufgrund ihres Erfolgs wird die Initiative im Zeitraum 2021-2027 fortgef\u00fchrt, f\u00fcr den zwei Projektaufrufe vorgesehen sind. Aufbauend auf der Dynamik der grenz\u00fcberschreitenden wissenschaftlichen Zusammenarbeit m\u00f6chten die mitfinanzierenden Partner der Wissenschaftsoffensive nun den Transfer und die Verwertung der Ergebnisse der \u00f6ffentlichen Forschung unterst\u00fctzen und den positiven Effekt der wissenschaftlichen Erkenntnisse auf die Unternehmen und die Gesellschaft verst\u00e4rken, zugunsten der wirtschaftlichen, sozialen und \u00f6kologischen Entwicklung der Trinationalen Metropolregion Oberrhein. Der vierte Aufruf der Wissenschaftsoffensive ist seit dem 5. Januar 2023 ver\u00f6ffentlicht (bis zum 24. M\u00e4rz) und legt den Schwerpunkt auf den Wissens- und Technologietransfer. Gleichzeitig tr\u00e4gt er somit zur Erreichung der Ziele der Trinationalen Metropolregion Oberrhein (TMO) bei. Alle Informationen zur Wissenschaftsoffensive sind auf der Webseite der S\u00e4ule Wissenschaft<\/a> zu finden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Die Messung der Luftverschmutzung in einem gro\u00dfen Gebiet, die \u00dcberwachung von Risikogebieten, die Inspektion von Eisenbahninfrastrukturen – all dies sind Aufgaben, die normalerweise von bemannten Luftfahrzeugen durchgef\u00fchrt werden, was sie sehr teuer macht. Das ELCOD-Konsortium wollte eine kosteng\u00fcnstigere und umweltfreundlichere L\u00f6sung finden, indem es autonome Drohnen mit langer Flugdauer entwickelt. 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