Alternative Flugkraftstoffe verändern die Luftfahrt
Der Luftfahrtsektor ist einer der größten Emittenten von Treibhausgasen. Eine innovative Herstellung von Kerosin kann hier Abhilfe schaffen und bietet großes Zukunftspotenzial.
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Innovative Kraftstoffe für Flugzeuge
Die Luftfahrt verursacht erhebliche Treibhausgasemissionen, unter anderem aufgrund ihres hohen Kraftstoffbedarfs. Bei der Verbrennung von konventionellem Kerosin entstehen vorwiegend Kohlendioxid und Wasserdampf. Pro Tonne verbranntem Kerosin werden dabei rechnerisch etwa 3,16 Tonnen CO2 freigesetzt.
Um die Klimaziele der EU zu erreichen, werden für den Luftverkehr verschiedene Minderungsansätze untersucht. Dazu gehören effizientere Flugzeuge und Betriebsabläufe, alternative Antriebe sowie alternative Flugkraftstoffe.
Alternative Flugkraftstoffe können aus erneuerbaren Energiequellen, biogenen Rohstoffen, Abfällen oder Reststoffen hergestellt werden. Ihre Umwelt- und Klimabilanz hängt jedoch unter anderem von der Rohstoffherkunft, der Energiequelle, dem Herstellungsverfahren und den Transportwegen ab.
Jet A-1
Jet A-1, auch bekannt als Kerosin oder Jet Fuel, ist genau genommen ein Gemisch aus Kerosin und Benzin. Es wird in den meisten kommerziellen Flugzeugen als Treibstoff verwendet.
Jet B
Jet B ist ein Flugturbinenkraftstoff mit besonderen Kälteeigenschaften und wird vor allem unter Bedingungen eingesetzt, in denen eine hohe Kältebeständigkeit erforderlich ist.
Flugbenzin
Flugbenzin wird überwiegend in kleineren Flugzeugen eingesetzt. In der kommerziellen Passagierluftfahrt spielt es in der Regel kaum eine Rolle.
Alternativer Flugkraftstoff
Bestimmte SAF können innerhalb bestimmter Beimischungsgrenzen mit Jet A-1 verwendet werden. Ob und in welchem Umfang eine Beimischung möglich ist, hängt unter anderem vom jeweiligen Herstellungsverfahren und den geltenden technischen Standards ab.
Klimabilanz von Flugkraftstoff
Bei der Verbrennung von einer Tonne Kerosin entstehen rechnerisch etwa 3,16 Tonnen CO2. Dieser Wert bezieht sich ausschließlich auf das bei der Verbrennung entstehende CO2. Weitere klimawirksame Effekte des Luftverkehrs, beispielsweise durch Wasserdampf, Stickoxide und Kondensstreifen, sind darin nicht vollständig enthalten.
Da täglich große Mengen an Flugkraftstoff verbrannt werden, trägt der Luftverkehr stark zu den weltweiten Treibhausgasemissionen bei. Die Klimabilanz eines Flugkraftstoffs hängt unter anderem von den eingesetzten Rohstoffen, der Energiequelle, dem Herstellungsverfahren, den Transportwegen, Nebenprodukten, möglichen Landnutzungsänderungen und der Herkunft des Kohlenstoffs ab.
Viele alternative Flugkraftstoffe befinden sich noch in der Entwicklung oder werden in Pilot- und Demonstrationsprojekten untersucht. Ihre Produktionskosten liegen derzeit bei vielen Verfahren noch über denen fossilen Kerosins.
Verschiedene Herstellungsverfahren für alternative Kraftstoffe
Power-to-Liquid-Verfahren
Beim Power-to-Liquid-Verfahren (PtL) wird Wasser durch Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Dazu werden erneuerbare Energien genutzt. Der Wasserstoff wird mit aus der Luft extrahiertem Kohlendioxid zu einem Gas synthetisiert, aus dem mit dem sogenannten Fischer-Tropsch-Verfahren Kerosin hergestellt werden kann.
Sun-to-Liquid-Verfahren
Bei diesem Verfahren wird in einem Solarreaktor ein Metalloxid in Sauerstoff- und Metallionen aufgespaltet und mit Kohlendioxid und Wasserdampf synthetisiert. Die dazu notwendigen Temperaturen werden von Sonnenkollektoren erzeugt, die Sonnenlicht einfangen und bündeln. In Verbindung mit Kohlendioxid und Wasserdampf bildet sich ein Synthesegas, aus dem wie beim PtL-Verfahren mit Hilfe der Fischer-Tropsch-Anlage Methanol, eine Alternative zu Kerosin, erzeugt werden kann.
Biomass-to-Liquid Verfahren
Die Fischer-Tropsch Synthese ermöglicht die Umwandlung eines Synthesegases aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe, aus denen wiederum Kerosin gewonnen werden kann. Biomasse kann als Ausgangsmaterial für die Herstellung alternativer Flugkraftstoffe eingesetzt werden. Die Klimabilanz hängt unter anderem von Herkunft, Landnutzung, Energieeinsatz und Verarbeitung ab. Biomasse wird dabei in einem Bioreaktor vergast und das Synthesegas wie bei den anderen beiden Verfahren mit der Fischer-Tropsch-Anlage synthetisiert.
Alcohol-to-Jet-Verfahren
Bei der Herstellung von Alkohol werden Kohlenhydrate (Zucker) zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt. Das dahinterstehende Verfahren wird als Direct Sugar to Hydrocarbons (DSHC) bezeichnet. Dieser Alkohol wird durch thermochemische Reaktionen zu Kohlenwasserstoffketten umgewandelt, aus denen Kerosin gewonnen werden kann.
Um den Verbrauch von Kraftstoff pro Flug zu ermitteln sind einige Kenngrößen erforderlich. Dazu gehören die Größe des Flugzeugs, die Art des Antriebs, die zurückgelegte Strecke sowie Geschwindigkeit. Das macht pauschale Verbrauchsangaben schwierig und ungenau. Zwar sinkt der durchschnittliche Kerosinverbrauch pro Passagier Studien zufolge seit Jahrzehnten kontinuierlich, allerdings steigt das Flugaufkommen (mit Ausnahme der Corona-Jahre) insgesamt an.
Statistiken zufolge liegt der durchschnittliche Kerosinverbrauch im Luftverkehr derzeit bei etwa 3,58 Litern pro 100 Personenkilometer. Auf der Strecke von London nach New York (etwa 5.550 Kilometer), entspricht das einem Verbrauch von rund 200 Litern – pro Person. Ausgehend von der Kapazität eines Verkehrsflugzeuges wie der Boeing 747 mit bis zu 350 Sitzplätzen ergibt sich ein Kerosinverbrauch von etwa 70.000 Litern pro Strecke. Wir berücksichtigen an dieser Stelle eine etwas geringere Dichte von Kerosin im Vergleich zu Wasser, und gehen von 0,8 kg/l aus. Das bedeutet, dass unser Flugzeug aus dem Beispiel für die Strecke eine Kerosinmasse von etwa 56.000kg getankt hat. Auf eine Tonne verbranntes Kerosin kommt laut Atmosfair (PDF, 910 KB) eine Emission von 3,16 Tonnen CO2. Für unser Beispiel bedeutet das also eine CO2-Emission von rund 177 Tonnen.
Anmerkung: Vielleicht verwundert es Sie, wie aus einer Ausgangsmasse von 1 Tonne Kerosin bei der Verbrennung 3,16 Tonnen CO2 entstehen können. Das liegt daran, dass eine Reihe von Schadstoffen bei der Verbrennung von Kerosin entstehen, die das Klima direkt oder indirekt erwärmen. CO2 ist hinsichtlich seiner Entstehung und Wirkung dabei am leichtesten zu beschreiben. Deshalb wird die Erwärmungswirkung dieser Schadstoffe nach anerkannten Berechnungsmethoden zusammengefasst und in die von CO2 umgerechnet.
Ausblick auf synthetisches Kerosin
Der Flugverkehr ist einer der größten CO2-Emittenten und damit einer der Treiber des Klimawandels. Der Treibstoffverbrauch ist enorm, und dennoch nimmt der Flugverkehr weiter zu. Um die Emissionen zu reduzieren, gibt es unter anderem zwei Lösungen: Flugeinschränkungen oder der Betrieb mit synthetischen Flugkraftstoffen mit unter bestimmten Voraussetzungen geringeren Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus. Deshalb ist es besonders wichtig, Technologien und den Ausbau von Infrastruktur voranzutreiben, die für die Großproduktion von SAF erforderlich sind. SAF könnte, unter bestimmten Voraussetzungen wie dem Herstellungsverfahren, den Transportwegen und den zugrunde gelegten Systemgrenzen, die Lebenszyklus-Emissionen gegenüber fossilem Kerosin verringern. Die SAF-Produktion befindet sich bisweilen jedoch in einer Entwicklungsphase und ihre Wirkungsweise bedarf weiteren Testungen.
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