CO₂-Fußabdruck und Klimawirkung von Kondensstreifen senken
Für die energieintensive Langstrecke stellen synthetische flüssige Brennstoffe aus heutiger Sicht die realistischste Alternative zu herkömmlichem Kerosin dar. Für die Mittelstrecke sind die auch als SAF (Sustainable Aviation Fuel) bezeichneten Kraftstoffe eine vergleichsweise schnell verfügbare Technologie. Denn alternative Antriebe auf Basis von Brennstoffzellen und Wasserstoff werden erst in den 2030er Jahren und dann vorerst nur für den regionalen Flugverkehr zur Verfügung stehen. Zu berücksichtigen ist dabei auch, dass mehr als 75 Prozent der CO2-Emissionen der Luftfahrt auf Strecken über 1.500 Kilometern anfallen mit entsprechend schnellem Handlungsbedarf für den Klimaschutz.
Wasserstoff und Kohlendioxid für E-Fuels
Nachhaltige Kraftstoffe werden ohne Erdöl aus regenerativen Quellen gewonnen und weisen einen deutlich geringeren CO2-Fußabdruck als fossiles Kerosin auf. Bereits heute existieren Kraftstoffe auf Basis von Pflanzen oder Abfällen, in naher Zukunft sind auch sogenannte E-Fuels denkbar, die mithilfe von regenerativen Energien und nachhaltig gewonnenem – sogenanntem – grünen Wasserstoff synthetisiert werden.
Strombasierte Synthetik-Kraftstoffe, auch Power-to-Liquid-Kraftstoffe (PtL) genannt, werden genauer chemisch aus Wasserstoff und Kohlendioxid hergestellt. Strombasiert deswegen, weil der benötigte Wasserstoff mit Strom durch Wasserelektrolyse gewonnen wird. Das Kohlendioxid stammt aus der Luft oder anderen Quellen, wie beispielsweise Biomasse, Müllverbrennungsanlagen oder Zementwerken. Die gewonnenen Kohlenwasserstoffe werden dann zu Benzin oder Kerosin aufbereitet. Mit Strom aus erneuerbaren Energien lassen sich diese Kraftstoffe klimaneutral produzieren.
Nachhaltige Kraftstoffe werden schon heute vereinzelt als sogenannte Drop-in Kraftstoffe eingesetzt und in kleinen Mengen konventionellem Kerosin beigemischt. Zugelassen ist sogar die Beimischung von bis zu 50 Prozent zu herkömmlichem Kerosin und aktuelle Forschungsarbeiten erproben bereits den Einsatz von reinem SAF. Bereits existierende Flugzeuge können diese mit nur geringen technischen Modifikationen problemlos nutzen.
Weniger Eiskristalle in Kondensstreifen
Alle diese nachhaltigen Kraftstoffe haben gemeinsam, dass sie ohne zyklische Kohlenwasserstoffe, sogenannte Aromate, produziert werden können. Weniger Aromate im Kraftstoff bedeuten weniger Ruß in den Emissionen. Da Rußpartikel als Kondensationskeime für Eiskristalle in Kondensstreifen fungieren, bedeutet weniger Ruß in den Flugzeugabgasen weniger Eiskristalle in den Kondensstreifen, was wiederum die Klimawirkung von Kondensstreifen deutlich reduziert. Kondensstreifen und die resultierenden Kondensstreifen-Zirren verbleiben nur einige Stunden am Himmel. Ist die Anzahl ihrer Eiskristalle verringert, reduziert sich ihre wärmende Wirkung zeitnah. Der Einsatz von nachhaltigen Kraftstoffen auf Flugrouten mit häufiger Kondensstreifenbildung ist besonders attraktiv, um eine schnelle und gezielte Wirkung für den Klimaschutz zu erzielen.
Verfügbarkeit entscheidend für Nutzung
Um SAF möglichst schnell und breit als klimafreundliche Technologie für die Luftfahrt zu nutzen, muss dieser schnellstmöglich in größeren Mengen nachhaltig produziert werden. Hier setzen aktuelle Forschungsarbeiten, technische Entwicklungen bis hin zu ersten Demonstrationsanlagen an. Auch die weitere Entwicklung nachhaltiger Kraftstoffe mit einer detaillierten Charakterisierung ihrer Emissionen und Atmosphärenwirkung – von Grundlagenversuchen bis hin zu Flugversuchen – stehen auf der Forschungsagenda. Dabei rückt vor allem der Einsatz von reinem SAF in den Fokus.
Perspektive Wasserstoffverbrennung
Langfristig bietet die Direktverbrennung von nachhaltig gewonnenem Wasserstoff in Gasturbinen eine Perspektive. Hierfür sind allerdings neu konfigurierte Flugzeuge nötig, die beispielsweise einen Tank für Flüssigwasserstoff im Rumpf benötigen. Beim Einsatz von Wasserstoff werden CO2-Emissionen komplett eliminiert und auch Nebenprodukte wie Schwefeloxide (SOx) oder Stickoxide (NOx) können weitgehend vermieden werden. Wasserdampf als Nebenprodukt der Kerosinverbrennung und Hauptemission der Wasserstoffverbrennung bleibt jedoch erhalten. Die Auswirkungen auf das Klima unter anderem mit der Bildung von Kondensstreifen und Kondensstreifenzirren bei Wasserstoffverbrennung und deren Vermeidung müssen künftig noch eingehender erforscht werden.