- 6. Oktober 2022
CO2-neutral Fliegen: Die Zukunft der Luftfahrt – im Interview mit Martin Nüsseler
Kann Fliegen nachhaltiger und energieeffizienter gestaltet werden? Martin Nüsseler, Luftfahrt- und Nachhaltigkeitsberater stellt im Interview die eigentlichen Problematiken der Luftfahrt vor – sowie machbare Lösungen für eine nachhaltige Zukunft.
Die Trendbeobachter
Ziel des Magazins ist es, Entscheider:innen im Mittelstand Trends und Entwicklungen in Wirtschaft und Gesellschaft verständlich zu erklären. Herausgeber ist das futureorg Institut - Forschung und Kommunikation für KMU
Inwiefern kann die Luftfahrt besonders klimaschädlich sein?
Die Luftfahrt ist heute für insgesamt für circa 3 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich, Tendenz steigend. Für die Klimaerwärmung spielen jedoch zwei zusätzliche, für die Luftfahrt spezifische Emissionen, eine ebenso wichtige Rolle: Stickoxide (NOx) und die Formation von Kondensstreifen in großen Höhen. Beides ist verantwortlich für den Treibhausgaseffekt und damit ebenso klimaschädlich, wenn auch der Effekt zeitlich limitierter ist als bei CO2 (CO2 circa 50 bis 200, NOx einige Wochen bis 10 Jahre, Kondensstreifen mehrere Stunden bis Wochen).
Wie könnte die Auswirkung auf den Klimawandel in der Luftfahrt minimiert werden?
Dazu sind drei grundsätzliche Schritte erforderlich: Energieeffizienz, Reduktion der klimaschädlichen Emissionen und schnelle zeitliche Effektivität der Maßnahmen. Zunächst muss der Energiebedarf pro Passagier weiter reduziert werden. Dies klappt nur, wenn effiziente und optimierte Flugzeuge eingesetzt werden. Dabei darf die Energieeffizienz nicht auf Kosten von operativ emissionsfreien Lösungen aufgegeben werden. Zum Beispiel, wenn ein elektrisches Flugzeug aufgrund des Gewichtanstiegs von Batterien oder Brennstoffzellen die zwei- oder dreifache Energie benötigt, um einen Passagier zu befördern, ist dies kein Gewinn in der Emissionsgesamtbilanz End-to-End betrachtet.
Und wie können die klimaschädlichen Emissionen reduziert werden?
Hier liegt der Focus insbesondere auf den langzeitschädliche CO2 Emission. Dabei spielt die Energiequelle eine wichtige Rolle. Fossile Brennstoffe müssen durch klimaneutral herstellte Energieträger ersetzt werden. Letztendlich ist diese „Energiewende“ auch eine Möglichkeit die politischen Abhängigkeiten zu reduzieren.
Was meinen Sie mit „zeitlicher Impact“?
Eine schnelle zeitliche Wirkung der Maßnahmen bedeutet, nicht nur auf die Perfekte Lösungen in 20 Jahren zu setzen, sondern pragmatische und machbare Schritte für „Morgen“ konkret zu verfolgen. Insbesondere für die Luftfahrt spielt dies aus zweierlei Gründen eine wesentliche Rolle:
Erstens, die Produktzyklen sind 20 bis 30 Jahre oder mehr. Solange werden tausende jetzt bereits produzierter und im Betrieb befindliche Flugzeuge noch genutzt. Ein Stilllegen der fliegenden Flotten wäre in der Nachhaltigkeitsbilanz schlechter, als diese weiterzubetreiben. Und zweitens, zudem haben Anpassungen an die Infrastruktur immer einen globale. Dies bedeutet, dass regionale oder nationale Lösungen wenig Wirkungsgrad haben.
Was kann dabei helfen, die zeitliche Umsetzung zu beschleunigen?
Wie bereits erwähnt, ist die größte Herausforderung für die Luftfahrt Lösungen zu erarbeiten, die global in existierender Infrastruktur und mit den tausenden bereits in Betrieb stehenden Flugzeugen möglich ist. Nur dann ist ein schneller erster Schritt mitrelevantem Wirkungsgrad möglich, die klimaschädlichen Einflüsse deutlich und zeitnah zur reduzieren.
Welche Technologien können dies garantieren?
Nur sog. Power-to-Liquid (PtL) – Fuels erfüllen die Kriterien globaler, kurzfristiger Einsetzbarkeit bezüglich Infrastruktur und der grundsätzlichen Kompatibilität mit fast allen modernen bereits existierenden Flugzeugen und Triebwerken, wodurch der größtmögliche Wirkungsgrad für CO2 Reduktion erreicht werden könnte. Dies gilt insbesondere für Mittel- und Langstreckenflüge, da dort die betroffene Infrastruktur und die Anzahl der Flugzeuge und transportierten Passagiere am höchsten ist.
Welche weiteren Innovationen kommen in die Luftfahrtbranche?
Urban Air Mobility, aber auch etwas weitergedacht Regional Air Mobility, wird in der einen oder anderen Form mit neuen Konzepten kommen. Start dazu war die Elektrifizierung der Antriebssysteme mit Batterien oder Brennstoffzellen. Die Ziele dabei sind einfachere Fluggeräte, die damit günstiger und lokal schadstofffrei betrieben werden können, z.B. als Ersatz für Hubschrauber für individuellen Transport. Die Flugzeugkonzepte sind auch unter dem Begriff e-VTOL bekannt, was für „electrical-Vertical Take-Off and Landing“ steht.
Die ersten Konzepte waren sehr stark auf die Skalierung von Dronen angelehnt und der Optimierung für die vertikale Flugfähigkeit. Die erzielten Reichweiten und Nutzlasten zeigten aber, dass die Energie für den horizontalen Flug deutlich reduziert werden muss. Die wird durch eine Erhöhung der sog. Gleitzahl erreicht, die das Verhältnis von Auftrieb und Luftwiderstand eines Fluggerätes definiert. Gleichzeitig bedeutet dies ein gewisser Erhöhung der des Luftwiderstandes für den vertikalen Betrieb. Der richtige Kompromiss für eine spezifische Mission ist hier das Ziel.
Gibt es Projekte, die diese Optimierung suchen?
Neuere Konzepte wie CityAirbus next Generation, Lilium, Supernal Hyndai und Jobby Aviation zeigen den Fokus auf die Optimierung für den horizontalen Reiseflug durch die aerodynamische Implementierung von Flügelprofilen und deren Nutzung für den Auftrieb. Dadurch soll der Gewichtsnachteil von elektrischen Energiequellen, Batterie oder Wasserstoff gespeisten Brennstoffzellen, besser kompensiert und relevante Nutzlasten und Reichweiten erreicht werden.
Welche Trends werden noch erforscht?
Bei Regional Aviation gibt es den Trend zu „zero Emission“ Retrofit-Konzepten auf Basis von Wasserstoff-Brennstoffzellen und elektrischen Propulsion Systemen, wie z.B. Konzepte von Universal Hydrogen und Zero Avia, mit dem Ziel, konventionelle Turbo-Prop-Flugzeuge umgerüstet schnell anbieten zu können. Diese Projekte sind heute noch im Forschungs- und Demonstrations-Status.
Ob die verbleibende Perfomance bezüglich Nutzlast und Energiebedarf Business relevant sein kann, ist noch nicht bestätigt. Für die Mittel- und Langstreckenflugzeuge setzen die etablierten Hersteller entweder auf Sustainable Aviation Fuel (SAF) und H2-PtL Fuels oder zeigen Konzepte für direkte Wasserstoffverbrennung. Neue Flugzeugkonzepte und Produkte sollten den Fokus auf effiziente Wasserstoffnutzung setzen, da PtL-Fuels zwar ebenso CO2 neutral sind wie Wasserstoff, jedoch der Energiebedarf für die Herstellung von PtL-Fuels höher ist als bei Wasserstoff.
Denken Sie, es könnte in naher Zukunft möglich sein, CO2-neutral zu fliegen?
CO2-neutrales Fliegen ist auf Basis von Wasserstoff produziertem Power to Liquid (PtL) Fuel technisch durchaus schnell zu erreichen. Die Qualifikation und Zulassung der Flugzeugsysteme und Triebwerke für den leicht veränderten Kraftstoff kann innerhalb der nächsten 2 bis 3 Jahren abgeschlossen werden. Die Herausforderung wird die Bereitstellung von ausreichend „grün“ produziertem PtL-Fuel sein. Dazu muss in effiziente Verfahren und Produktionsanlagen für Wasserstoffproduktion und der Weiterverarbeitung im Fisher-Tropsch-Verfahren zu PtL-Fuel investiert werden. Hierzu sind Partnerschaften von regenerativen Stromerzeugern, wie Norwegen, Schottland oder Kanada und den Energiekonzernen wichtig. Nur so kann der Weg für mehr Volumen in der Produktion realisiert werden.
Das Interview führte Hannah Herden von futureorg Institut.
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Herausgeber ist das futureorg Institut – Forschung und Kommunikation für KMU mit Sitz in Dortmund/NRW.