Das Potential der Lebenszyklusanalyse (LCA) für die Luftfahrt heben
Nachhaltigkeit steht zunehmend im Mittelpunkt von Projekten und Forschung, von bahnbrechenden Technologien bis hin zu neuen Energieträgern. Aussagekräftige Forschung erfordert einen ganzheitlichen Ansatz, um komplexe Faktoren zu berücksichtigen, Lastverschiebungen zu vermeiden und effektive Strategien zu gewährleisten. Am Institut für Instandhaltung und Modifikation nutzen Forschende die Lebenszyklusanalyse (LCA), um neue Technologien zu bewerten, und konzentrieren sich dabei auf die Umweltauswirkungen der Instandhaltung - oft der Schlüssel zur langfristigen Nachhaltigkeit. Denn die Vernachlässigung dieser Faktoren kann die Vorteile innovativer Lösungen zunichte machen.
Wofür steht LCA und warum ist sie für die Luftfahrt so wichtig?
Die Lebenszyklusanalyse bewertet die Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts, von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung, gemäß den Normen DIN EN ISO 14040/14044. Sie zeigt Möglichkeiten zur Reduzierung von Emissionen und Ressourcenverbrauch auf. Der Luftverkehr trägt mit 3,5 % zu den vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen bei, wobei sich die Emissionen aufgrund des schnellen Wachstums bis 2050 voraussichtlich verdoppeln werden [3,4]. In diesem Zusammenhang ist die Lebenszyklusanalyse von entscheidender Bedeutung, um den ökologischen Fußabdruck des Sektors ganzheitlich zu bewerten und zu reduzieren.
Der LCA-Prozess besteht aus 4 Schritten. 1) Ziel und Umfang - in dieser Phase werden der Grund für die Durchführung der Studie und Elemente wie die funktionelle Einheit, die Systemgrenzen und die Lebenszyklusabdeckung beschrieben. 2) Lebenszyklusinventarisierung - hier werden Daten über Umweltinputs und -outputs gesammelt und modelliert. 3) Umweltverträglichkeitsprüfung - der Schritt, in dem die Inventardaten in Umweltauswirkungen übersetzt werden, und zwar in verschiedene Kategorien von Auswirkungen wie Klimawandel, Wasserverbrauch und Versauerung. Die Interpretationsphase findet während des gesamten Prozesses statt und hilft dabei, den Fortschritt zu verfolgen und bei Bedarf Anpassungen vorzunehmen.
LCA unterstützt auch das Erreichen von Umweltzielen und eine fundierte Entscheidungsfindung, die Identifizierung von Hotspots und den Vergleich der Leistung von Produkten oder Dienstleistungen. Angesichts des zunehmenden Drucks der Öffentlichkeit und der behördlichen Prüfungen ist die Einbeziehung von LCA in die Luftfahrt nicht mehr optional, sondern muss als Notwendigkeit anerkannt werden.
Hands-on: Theorie trifft Praxis
Im November 2024 veranstaltete die Abteilung Produktlebenszyklus-Management des Instituts einen Workshop, um das Thema innerhalb und außerhalb des DLR unter Beteiligung externer Partner bekannt zu machen und zu stärken. Der Workshop kombinierte grundlegende LCA-Konzepte mit Hands-on-Training, um die Methodik zugänglich und praktisch zu machen. Die auf den Luftfahrtsektor zugeschnittene Schulung begann mit einem Überblick über die Prinzipien, Methoden und Standards. Die Teilnehmer untersuchten, wie sich die Methode in ihre strategischen Ziele integrieren lässt, und erhielten Einblicke in die Einhaltung von Vorschriften und ihre Rolle bei der Förderung nachhaltiger Praktiken.
Der Höhepunkt der Sitzung war eine gemeinsame Übung, die sich auf die Bewertung des Lebenszyklus eines Flugzeuggurtes konzentrierte. Bei dieser praktischen Übung konnten die Teilnehmer:
- Systemgrenzen definieren
- Lebenszyklusinventaranalysen durchführen
- die Umweltauswirkungen mit Hilfe von LCA-Tools bewerten
Durch die Kombination von Theorie und Praxis erlangten die Teilnehmer nicht nur ein tieferes Verständnis der Schritte und Methoden der LCA, sondern entwickelten auch praktische Fähigkeiten, um Umwelt-Hotspots zu identifizieren und vergleichende Analysen vorzuschlagen.
Nach der praktischen Übung konzentrierte sich die Diskussion auf die wichtigsten Herausforderungen, die während einer LCA-Studie auftreten, insbesondere in der Phase der Datenerfassung, die oft am zeitaufwändigsten ist. Schließlich wurde die Verbindung zwischen LCA und allgemeineren Themen wie Ökodesign, Kreislaufwirtschaft, regulatorische Rahmenbedingungen, Forschungsinitiativen, planetarische Grenzen und anderen hervorgehoben und die wachsende Bedeutung der Methode für die Erreichung von Klima- und Gesellschaftszielen betont.
Our team found the LCA training incredibly valuable, as it catered to our diverse levels of familiarity with the concept. Those of us with a basic understanding of LCA were able to deepen our knowledge through a hands-on example, gaining insight into the complexity and iterative nature of the process. Meanwhile, team members who had only encountered LCA as a buzzword or from a distant engineering perspective came away with a clear appreciation of its critical role in driving cleaner aviation. Across the board, we learned about the significant challenges in data collection, the risks of greenwashing due to a lack of standardization, and the confusion caused by the varying/overlapping initiatives, programs, and regulations in the field. This training underscored the need for a unified approach to ensure transparency and meaningful progress.
Ausblick: LCA in der Luftfahrtforschung
Unsere Forschung ist darauf ausgerichtet, die Anwendung von LCA in der Luft- und Raumfahrt voranzutreiben. Zu den Hauptschwerpunkten gehören:
- Flugzeugkonzepte: ereignisdiskrete LCA für konventionelle und neue Flugzeugkonzepte und -technologien.
- Flugzeugwartung: Umweltbewertung von Wartungsaktivitäten (Bottom-Up- und Top-Down-Ansätze).
- Flugzeugtriebwerke: Umweltanalysen auf der Grundlage von Prozessketten für die Triebwerksproduktion und -wartung.
- Bestandsmanagement: flugzeugspezifische Datensätze für Materialien, Produktion, Wartung und Flugbetrieb.
- High-Level LCA: Methodenentwicklung für die Vorhersage von LCA-Ergebnissen auf der Grundlage detaillierter, flugzeugspezifischer Bestandsaufnahmen.
- Raumfahrtanwendungen: Umweltstrategien für das End-of-Life-Management von Raumfahrzeugen, z.B. In-Orbit-Operations.
- Unsicherheitsanalyse: Schaffung von Glaubwürdigkeit und Ermöglichung fundierter Entscheidungsfindung durch Quantifizierung von Unsicherheit und Sensitivität.
Durch die Förderung der Zusammenarbeit und den Austausch von Wissen wollen wir die Luft- und Raumfahrtindustrie mit den Instrumenten und Erkenntnissen ausstatten, die für eine nachhaltigere Zukunft erforderlich sind. Dieses Engagement für Innovation bringt nicht nur die LCA-Forschung voran, sondern unterstützt auch den Übergang der Industrie zu umweltfreundlicheren Praktiken.
Referenzen
[1] ISO 14040 ISO 14040:2006 - Environmental management — Life cycle assessment — Principles and framework