Was Boeing, Airbus und andere Flugzeughersteller tun, um den Flugverkehr sauberer zu machen

In Schweden nennt man es Flygskam oder fliegende Schande – das schlechte Gefühl, dass man dabei hilft, den Planeten zu zerstören, während man übers Wochenende nach Spanien fliegt.

Da die Internationale Zivilluftfahrtorganisation der Vereinten Nationen prognostiziert, dass sich die Luftverkehrsemissionen bis 2050 gegenüber 2015 verdreifachen könnten, ergreifen einige Länder Maßnahmen und verbieten Kurzstreckenflüge, bei denen die Bahn eine praktikable Alternative darstellt.

Jetzt tickt die Uhr für die Luftfahrtindustrie, entweder ihre CO2-Emissionen zu reduzieren oder mit weiteren Wachstumsbeschränkungen konfrontiert zu werden. Das bedeutet, Flugzeuge zu entwickeln, die mit Strom oder sauberen Treibstoffen betrieben werden.

Die Beendigung der CO2-Emissionen aus der Luftfahrt ist mit technischen und wirtschaftlichen Hürden verbunden, nicht zuletzt mit den unbeugsamen Gesetzen der Physik.

Um einen 80 Tonnen schweren Airbus A320-Jumbojet in die Luft zu bringen, sind enorme Energiemengen erforderlich: Ein typisches Flugzeug fasst etwa 20.000 Liter Kerosin, fast zehnmal so viel Treibstoff, wie ein durchschnittliches Auto im Jahr verbraucht.

Fernreisen sind noch umweltschädlicher: Ein Flug von Frankfurt nach New York mit einem Boeing 747-Jumbojet stößt etwa so viel Kohlendioxid aus, wie das Heizen von 440 deutschen Haushalten ein Jahr lang (rund 2000 Kilogramm pro Passagier).

Während Start-ups an Batterien arbeiten, um kleinere Flugzeuge in die Luft zu befördern, gibt es für Langstreckenjets bislang keine praktikable Alternative zum Verbrennungsantrieb.

Airbus, der weltweit größte Flugzeughersteller, setzt darauf, dass wasserstoffbetriebene Flugzeuge eine Lösung für emissionsfreies Fliegen sein könnten. Es heißt, dass es Mitte des nächsten Jahrzehnts ein Modell für den kommerziellen Einsatz geben wird.

Das Unternehmen baut den ersten jemals gebauten A380-Superjumbo in ein Demonstrationsflugzeug um, das ab 2026 Flugtests mit einem am Rumpf montierten Wasserstoff-Verbrennungsmotor durchführen soll.

Der US-Rivale Boeing testet Wasserstoff-Brennstoffzellen auf seiner unbemannten Militärdrohne ScanEagle3. Das Unternehmen sagt jedoch, dass wasserstoffbetriebene Flugzeuge erst in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts realistisch sein werden.

Außerdem gibt es auf den Flughäfen keine Infrastruktur vor Ort, die eine breite Nutzung des Treibstoffs ermöglichen würde. Wasserstoff muss ebenfalls gekühlt werden und ist brennbar.

Aufgrund der typischerweise langen Zertifizierungsfristen für neue Flugzeuge und der noch ausstehenden Fortschritte bei der Wasserstoffspeicherung und der Erzeugung ausreichender Energie für Start und Landung benötigen Fluggesellschaften und Luft- und Raumfahrtunternehmen eine Übergangslösung, um ihre Anforderungen erfüllen zu können öffentliche Verpflichtungen, bis 2050 keine CO2-Emissionen zu verursachen.

Nachhaltige Flugkraftstoffe (SAF), ein Überbegriff für Ersatzstoffe für fossilbasiertes Kerosin, haben sich als Brücke zu emissionsfreien Flugzeugen entwickelt.

Eine Art wird entweder aus biologischen Inhaltsstoffen wie Altspeiseölen, tierischen Fetten, Siedlungsabfällen oder Waldresten gewonnen. Der andere ist synthetischer Kraftstoff, der mithilfe von Elektrizität hergestellt wird, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten und den Wasserstoff dann mit dem aus der Atmosphäre gewonnenen Kohlenstoff zu kombinieren.

Wie Kerosin stößt SAF Kohlendioxid und andere Schadstoffe in die Atmosphäre aus. Die Reduzierung der Emissionen ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die verbrannten Materialien nicht aus der Gewinnung fossiler Brennstoffe stammen, die seit Jahrtausenden abgesondert wurden.

In ihrem Streben nach Netto-Null will die Europäische Union ab 2025 einen Anteil von 2 % SAF im gesamten Flugzeugtreibstoff haben, der bis 2063 auf 63 % ansteigen soll. Derzeit reicht die weltweite jährliche Produktion kaum aus, um die globale Flotte für ein paar Tage aufzutanken.

Zulieferer wie die finnische Neste Oyj versprechen, die SAF-Produktion bei steigender Nachfrage hochzufahren. Zur Herstellung von SAF werden derzeit Altspeiseöle und tierische Fettabfälle verwendet, es werden jedoch auch andere Quellen, einschließlich fester Siedlungsabfälle, erkundet.

Da bei der Verbrennung von synthetischem SAF genau so viel Kohlendioxid freigesetzt wird, wie zu seiner Herstellung verwendet wurde, gilt es als Netto-Null – das bedeutet, dass bei seiner Verwendung keine neuen Kohlenstoffemissionen entstehen.

Lufthansa schätzt, dass SAF drei- bis viermal so teuer ist wie normaler Düsentreibstoff, und Führungskräfte aus der Branche sagen, dass sie Subventionen brauchen werden, um den alternativen Treibstoff über seine anfänglichen Grenzen zu bringen.

Es gibt sie, aber sie sind klein. Heart Aerospace, ein schwedisches Start-up, entwickelt ein Elektroflugzeug namens ES-30, das 30 Passagieren Platz bietet und eine vollelektrische, emissionsfreie Reichweite von 200 Kilometern (124 Meilen) hat.

Das Unternehmen gibt an, dass der ES-30 im Jahr 2028 in Dienst gestellt wird. Unterdessen hat Ampaire mit Sitz in Los Angeles eine Cessna Grand Caravan für 11 Passagiere in ein Hybridmodell mit einem konventionellen Verbrennungsmotor und einem Elektromotor umgebaut.

Laut Ampaire wurde das Flugzeug 2021 in Dienst gestellt und kann den Treibstoffverbrauch und die Treibhausgasemissionen um 50 % senken. Insgesamt befinden sich nach Angaben des Beratungsunternehmens Roland Berger weltweit etwa 100 verschiedene Programme für die elektrische Luftfahrt in der Entwicklung.

Das große Problem ist die Größe und das Gewicht der Batterien, die für den Betrieb benötigt werden. Aktuelle Lithium-Ionen-Batterien speichern nur einen kleinen Bruchteil der Energie einer gleichen Menge flüssigen Kerosin. Das macht sie für große oder Langstreckenflugzeuge zu ineffizient.

Außerdem nimmt ihr Gewicht im Gegensatz zu flüssigem Treibstoff im Laufe des Fluges nicht ab. Die Hybridtechnologie mildert dies, indem sie sowohl konventionelle als auch elektrische Motoren verwendet. Entweder teilen sie sich die Arbeitslast oder der konventionelle Motor lädt die Batterien; In beiden Fällen sind die Emissionen geringer und die Batterien können deutlich kleiner sein.

In einigen Hybridkonstruktionen werden für den Antrieb der kurzen, aber stark umweltschädlichen Starts und Landungen elektrische Triebwerke eingesetzt, während in Reiseflughöhe der Antrieb durch herkömmliche Strahltriebwerke erfolgt, die während des Flugs treibstoffeffizienter sind.

Das hängt davon ab. Wie bei Autos hängt der CO2-Fußabdruck eines Hybrid-Elektroflugzeugs davon ab, wie viel Strom es verbraucht und von der Stromquelle.

Ein Flugzeug, das seine Batterie in der Luft durch die Verbrennung von Kerosin auflädt, wird die Emissionen nicht wesentlich reduzieren. Aber vollelektrische Designs und „parallele“ Hybride, die vor dem Start mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen aufgeladen werden, könnten einen echten Unterschied machen, ebenso wie wasserstoffbetriebene Flugzeuge.

Angesichts der langen Zertifizierungsfristen und der langen Lebenszyklen von Flugzeugen wird das Gesamtpotenzial zur Reduzierung der Umweltverschmutzung in den nächsten Jahrzehnten jedoch begrenzt sein.

Kleine elektrische Flugtaxis stehen kurz vor dem Start. Die EHang Air Mobility Group aus China entwickelt elektrische Vertikalstart- und Landeflugzeuge (eVTOL) für 300.000 US-Dollar und rechnet mit einer starken Nachfrage von Rettungskräften, Lufttaxidiensten und Betreibern von Touristenflügen.

Die deutsche Volocopter GmbH, die von Daimler unterstützt wird, eröffnete 2019 in Singapur einen „Voloport“ für öffentliche Testflüge und geht davon aus, dass sie bereits 2024 den kommerziellen Dienst aufnehmen wird. Zu den weiteren Start-ups, die diese Chance verfolgen, gehören das in den USA ansässige Unternehmen Zunum Aero und MagniX Technologies und die britische Vertical Aerospace.

Das israelische Start-up-Unternehmen Eviation Aircraft führte im vergangenen September den ersten Testflug seines neunsitzigen Elektroflugzeugs durch. Laut Stephane Cueille, Chief Technology Officer bei Safran, einem führenden Triebwerkshersteller, könnten bis Mitte des nächsten Jahrzehnts kleine Hybrid-Elektroflugzeuge mit 10 bis 20 Passagieren auf den Markt kommen und größere Regionalflugzeuge mit bis zu 40 Passagieren im Jahr 2030.

Bloomberg