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Abheben, ohne das Klima zu schädigen: Wie das gehen soll, diskutieren Politik und Wirtschaft am Mittwoch auf der Nationalen Luftfahrtkonferenz in Leipzig.

Luftfahrt

Wie wollen wir fliegen?

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Forschung und Luftfahrtindustrie suchen nach Alternativen zum klimaschädlichen Kerosin. Aber wie gut sind die neuen Technologien?

Der Traum vom Fliegen ganz ohne schlechtes Gewissen – bislang lässt er sich noch nicht realisieren. Nach wie vor ist diese Transportart mit einem hohen Verbrauch von fossiler Energie und klimaschädlichen Emissionen verbunden. Das Verbrennen des Kraftstoffs Kerosin – er basiert wie Benzin und Diesel auf Mineralöl – setzt große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2), Wasserdampf, Stickoxide, Schwefeldioxid und Rußpartikel frei. Der entstehende Feinstaub belastet die Luft und die Gesundheit insbesondere der Bewohner von Städten und Gemeinden nahe der Flughäfen.

Weltweit suchen Wissenschaftler deshalb nach alternativen Antrieben und „grüneren“ Kraftstoffen für den Luftverkehr, die das herkömmliche Kerosin ganz ersetzen können – oder zumindest teilweise, indem sie ihm beigemischt werden. Das birgt gleich mehrere Herausforderungen: Vor allem darf eine geringere Klimaschädlichkeit nicht auf Kosten der Sicherheit gehen. Alternative Kraftstoffe müssten zudem ähnlich leistungsfähig sein wie herkömmlicher Sprit, dürfen den Maschinen nicht schaden und möglichst keine allzu aufwendigen baulichen Veränderungen am Flugzeug erfordern. Und extrem viel teurer als Kerosin sollten sie natürlich am besten auch nicht sein.

Wie könnte eine umweltfreundlichere Fliegerei in der Zukunft also aussehen? Die Frankfurter Rundschau stellt einige aktuelle Forschungsarbeiten dazu vor. Ihre Entwicklung ist unterschiedlich weit vorangeschritten. Bislang ist allerdings kein Verfahren so weit, dass es als vollständige Alternative im Linienflugverkehr eingesetzt werden könnte– vor allem nicht in großen, schweren Jets mit Platz für mehr als hundert Passagiere.

Erneuerbarer Strom als Basis

KEROsyN100 ist der sperrige Name eines gemeinsamen Projektes der Universität Bremen mit sechs Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Ziel ist es, ein „synthetisches Kerosin“ auf der Basis von Strom aus überschüssiger Windenergie zu entwickeln. Die Forscher hoffen, damit konventionelles Benzin „eins zu eins“ ersetzen zu können. Zur Herstellung benötige man Wasser und Kohlendioxid, erklärt Projektleiter Timo Wassermann von der Universität Bremen, beide sollen „unter Einsatz von Strom in flüssige Kohlenwasserstoffe überführt werden“. Setzt man demnach für diesen Vorgang Strom aus erneuerbaren Energien ein und entnimmt das benötigte Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre, kann ein „quasi geschlossener CO 2-Kreislauf herbeigeführt werden“. Auf diese Weise ließe sich der Ausstoß von Treibhausgas deutlich reduzieren.

Beteiligt an dem Forschungsvorhaben, das vom Bund mit 4,2 Millionen Euro gefördert wird, ist unter anderem die Raffinerie Heide GmbH. Eine erste Pilotanlage soll bis Ende 2023 starten und dann fünf Prozent des Bedarfs am Flughafen Hamburg abdecken, sagt Raffinerie-Geschäftsführer Jürgen Wollschläger. Die Lufthansa hat in einer Absichtserklärung bereits die Abnahme von strombasiertem Sprit zugesagt; unabhängig davon erprobt die Fluggesellschaft selbst seit 2011 alternative Kraftstoffe, die Kerosin beigemischt werden.

Luft und Sonnenlicht

Mehrere Forschergruppen arbeiten daran, synthetische flüssige Treibstoffe aus Luft und Sonnenlicht herzustellen. Eine solche Technologie haben unter anderem Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) entwickelt. Das Versprechen lautet: Der Kraftstoff soll nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor der Luft entnommen wurde. Das Prinzip wurde bereits unter realen Bedingungen erprobt und soll funktioniert haben, sagt Aldo Steinfeld, Professor für erneuerbare Energieträger an der ETH Zürich.

Wasser und Kohlendioxid werden bei diesem Verfahren direkt aus der Umgebungsluft abgeschieden und einem Solarreaktor zugeführt. Die Sonnenstrahlung wird durch einen Parabolspiegel 3000-mal konzentriert und im Inneren des Reaktors eingefangen. Dort wandelt sie sich in Prozesswärme mit einer Temperatur von 1500 Grad Celsius. Im Herzen des Reaktors befindet sich zudem eine keramische Struktur, wo Wasser und CO2 mit Hilfe der Solarenergie aufgespalten werden. Das entstehende Produkt nennt sich Syngas, eine Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, das anschließend zu Kerosin, Methanol oder anderen Kohlenwasserstoffen verarbeitet wird. „Das thermochemische Verfahren nutzt das gesamte Sonnenspektrum und läuft bei hohen Temperaturen ab“, erklärt Steinfeld. Das ermögliche „schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten und einen hohen Wirkungsgrad“. Die solare Mini-Raffinerie auf dem Dach des Maschinenlaboratoriums der Hochschule beweise, dass diese Technologie funktioniere. Pro Tag wurde dort nach Angaben der Forscher rund ein Deziliter Treibstoff produziert. Eine Solaranlage von einem Quadratkilometer Fläche könnte pro Tag 20 000 Liter Kerosin produzieren, sagen die Wissenschaftler und stellen noch einen weiteren Vergleich an: Mit einer Anlage von der Größe der Schweiz ließe sich der Kerosin-Bedarf der gesamten Luftfahrt decken.

Steinfeld und seine Kollegen arbeiten nun daran, den Solarreaktor im großen Maßstab im Rahmen des EU-Projekts „Sun-to-liquid“ in der Nähe von Madrid zu testen. Dort wurde mit dem Ziel, Flugbenzin aus CO2, Wasser und konzentriertem Sonnenlicht unter realen Bedingungen herzustellen, eigens ein solarthermisches Kraftwerk errichtet.

Das Ziel der Züricher Wissenschaftler ist es, ihre Technologie auf industrielle Größe zu bringen und sie wettbewerbsfähig zu machen. Zu diesem Zweck sind zwei Ableger aus der Forschungsgruppe hervorgegangen.

Ein ähnliches Konzept in Deutschland hat den Namen „PowerFuel“ und setzt ebenfalls auf die Kombination von Strom aus erneuerbaren Energien und CO2, das direkt aus der Umgebungsluft gezogen werden soll. Beteiligt sind das Karlsruher Institut für Technologie und sein Ableger Intratec sowie weitere Wissenschaftler und Unternehmen. Auch hier soll das Kohlendioxid mit Hilfe von Wasserstoff zu Synthesegas umgewandelt und aus diesem wiederum in einem Reaktor flüssiger Kraftstoff erzeugt werden.

Konferenz
An diesem Mittwoch trifft sich die Flugbranche auf der ersten nationalen Luftfahrtkonferenz in Leipzig.

Dabei sind unter anderem Bundeskanzlerin Angela Merkel (CDU), Verkehrsminister Andreas Scheuer (CSU), Wirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU), Sachsens Ministerpräsident Michael Kretschmer (beide CDU) sowie Vertreter von Wirtschafts- verbänden und Gewerkschaften.

Thematische Schwerpunkte des Treffens sind der Klimaschutz und die Frage, wie ökologisch das Fliegen ist. Außerdem soll es um neue Geschäftsmodelle gehen.

In Deutschland hängen nach Angaben von Thomas Jarzombek (CDU), dem Luftfahrtkoordinator der Bundesregierung, allein am Flugzeugbau 100 000 Arbeitsplätze. Rechne man Flughäfen und Airlines mit hinzu, gehe es um fast eine Million Jobs. „Wir wollen mit dieser Konferenz ein Zeichen setzen: Luftfahrt ist wichtig in Deutschland“, sagte Jarzombek vor dem Leipziger Treffen. anie/FR

Sprit aus pflanzlichen Ölen

Ein anderer Ansatz ist es, Biosprit für den Luftverkehr aus hydrierten Pflanzenölen wie Raps-, Palm- oder Jatrophaöl (das Öl der giftigen Purgiernuss) herzustellen. Hydrierte Pflanzenöle (HVO) sind Öle, die durch eine katalytische Reaktion unter Zugabe von Wasserstoff in Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Die Entwicklung ist bereits weit gediehen: Hydrierte Pflanzenöle wurden schon in mehreren Fahrzeugen und auch in der Luftfahrt getestet; das Öl-Wärme-Institut der Technischen Hochschule Aachen hat zudem ihren Einsatz in Ölheizungen geprobt. In Deutschland werden hydrierte Pflanzenöle außerdem in geringen Mengen Dieselkraftstoff beigemischt.

Im Flugverkehr haben bereits mehrere Airlines Kraftstoffe auf der Basis von hydrierten Ölen getestet, so auch die Lufthansa im Linienverkehr zwischen Hamburg und Frankfurt. Die Maschinen vom Typ Airbus A321 flogen dabei mit einem Gemisch, das je zur Hälfte aus herkömmlichem Kerosin und Biokraftstoff bestand – was problemlos funktioniert haben soll. Abgasanalysen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ergaben, dass Biokerosin in Bezug auf die Kondensstreifenbildung etwas weniger klimaschädlich ist als herkömmlicher Kraftstoff

Allerdings ist der zunehmende Anbau von Nutzpflanzen wie Ölpalmen zur Gewinnung von Bioenergie umstritten – denn die damit verbundenen Monokulturen gehen auf Kosten naturbelassener Landschaften und der biologischen Vielfalt. Auch nivelliert sich der positive Effekt der Kraftstoffe im Hinblick auf das Klima schnell, wenn dafür Regenwald gerodet wird.

Pflanzenabfälle nutzen

Der Natur zuträglicher wäre es deshalb, nicht eigens Pflanzen zur Gewinnung von Kraftstoff anzubauen, sondern deren Abfälle zu nutzen, zum Beispiel die Stengel von Mais, Stroh oder Sägemehl. Die Idee dahinter ist es, aus der enthaltenen Zellulose einen Mix aus Kohlenwasserstoffen zu erzeugen, aus dem wiederum Kraftstoff entstehen soll. Bislang allerdings bestand das Problem darin, die nötigen ringförmigen Kohlenwasserstoffe - sogenannte Polycycloalkane – aus Zellulose zu gewinnen. Einem Forscherteam um Ning Li vom Dalian-Institut für chemische Physik in China ist es vor kurzem gelungen, einen Syntheseweg zu finden, der es möglich macht, ringförmige Kohlenwasserstoffe aus Pflanzenabfällen herzustellen.

Das mit dieser Methode gewonnene Kohlenwasserstoff-Gemisch sei als Flugzeugkraftstoff mit hoher Energiedichte bestens geeignet, befanden die Forscher. Es könne auch herkömmlichem Kerosin zugesetzt werden, um dessen Umweltbilanz zu verbessern, sagt Ning Li. Seiner Ansicht nach kann sich die Produktion von alternativem Sprit auf dieser Basis auch wirtschaftlich lohnen, da die Ausgangsstoffe wenig kosteten und auch die Produktion günstiger sei als die von konventionellem Treibstoff. Gleichwohl hat das Verfahren einen Haken: Für die Umwandlung der Zellulose in Kohlenwasserstoffe nutzten die Wissenschaftler Dichlormethan, eine hochgiftige chemische Verbindung. Deshalb wollen die Forscher im nächsten Schritt nach einem umweltfreundlichen Lösungsmittel suchen,

E-Flugzeuge

Was beim Auto funktioniert, könnte auch eine Option fürs Flugzeug sein – doch sind die Schwierigkeiten der Umsetzung größer als im Straßenverkehr: Rein technisch ist es möglich, Maschinen mit Elektroantrieb auszustatten und auch fliegen zu lassen. Tatsächlich setzen weltweit mehrere dutzend Start-up-Unternehmen auf diese Idee. Viele von ihnen arbeiten an Konzepten für Flugtaxis und kleinere Passagiermaschinen. Eines davon ist Eviation Aircraft aus Israel. Das Start-up hatte 2017 ein Leichtflugzeug mit Namen „Alice“ vorgestellt, das von einem mächtigen Lithium-Ionen-Akku mit einer Leistung von 980 Kilowattstunden angetrieben wird. Damit sollen Reichweiten von rund 1000 Kilometern und Geschwindigkeiten von etwa 440 Stundenkilometern möglich sein. Das Unternehmen verkündete im Juni auf der Paris Air Show, es seien bereits 92 Stück verkauft worden.

Auch mehrere Fluggesellschaften und Flugzeugbauer haben den E-Antrieb auf dem Schirm. So gibt es eine Kooperation zwischen der britischen Fluggesellschaft Easyjet mit dem 2016 gegründeten US-amerikanischen Start-up Wright Electric. Beide arbeiten an einem elektrisch betriebenen Passagierflugzeug mit einer Reichweite von 500 Kilometern. Wie „Alice“ wird allerdings auch dieser Flieger nur in der Lage sein, neun Passagiere und zwei Piloten aufzunehmen – auch wenn das mittelfristige Ziel ein großer Jet mit Raum für 150 Menschen ist.

Die begrenzte Kapazität weist auf die bislang größte Schwäche der elektrischen Flieger hin – und diese liegt ausgerechnet in deren Herzstück, der Batterie: Denn die Akkutechnik ist noch längst nicht so weit, um damit große Jets für mehrere hundert Passagiere auf die Reise zu schicken. Und auch die Reichweiten sind noch nicht groß genug, um von Europa nach Amerika oder Asien zu fliegen. Deshalb dürfte elektrische Fliegerei in näherer Zukunft wohl nur mit relativ wenigen Sitzplätzen pro Maschine und bei Inlandsflügen umgesetzt werden. Wobei sich dann wiederum die Frage stellt, ob solche Kurzstrecken in allen Ländern überhaupt sinnvoll sind – oder ob man sie zum Beispiel in Deutschland nicht nur mit Rücksicht auf das Klima, sondern auch im Hinblick auf das zunehmende Gedränge im Luftraum nicht besser streichen oder zumindest einschränken sollte. In Norwegen indes setzt man beim Luftverkehr innerhalb der eigenen Grenzen voll auf elektrische Flieger. Ziel ist es, ab 2040 alle Inlandsflüge ausschließlich mit Strom zu betreiben.

Bevor man soweit ist, Batterien mit der nötigen Kapazität für große Jets herzustellen, gibt es die Idee, es wie beim Auto mit Hybriden zu versuchen, im Fall von Flugzeugen einer Kombination von Batterien und Gasturbinen. Unter dem Projektnamen E-Fan X haben der Flugzeugbauer Airbus, der Industriekonzern Siemens und der Triebwerkshersteller Rolls-Royce an der Entwicklung eines solchen Fliegers gearbeitet: Bei einem vierstrahligen Jet mit Platz für bis zu hundert Passagieren soll eine konventionelle Turbine durch eine elektrisch betriebene ersetzt werden. Allerdings haben Siemens und Airbus vor kurzem überraschend das Ende ihrer Zusammenarbeit angekündigt.

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