Grüner Sprit und blauer Himmel

TECHNIK ⋅ Mit Biokerosin aus Pflanzen versorgte Flugzeugtriebwerke produzieren erheblich weniger Russ. Für Umwelt und Klima könnte das ein Segen sein.
16. April 2017, 09:56

Roland Knauer

Wer in der Frühlingssonne auf dem Rücken liegt und in den Himmel schaut, entdeckt häufig extrem lang gestreckte, weisse Wolken. Solche Kondensstreifen gehören heute noch zum Alltag, doch bald einmal könnten sie viel seltener und dünner werden. Grund: Bis 2050 wollen die Fluggesellschaften die Vorgabe ihres Dachverbandes IATA umsetzen und den Ausstoss des Treibhausgases Kohlendioxid im Vergleich zum Jahr 2005 halbieren.

Das klappt aus heutiger Sicht aber nur, wenn das heute fast ausschliesslich aus Erdöl gewonnene Flugzeugkerosin zu einem grossen Teil durch Biokerosin aus Pflanzen ersetzt wird (siehe Kasten). Verbrennen Triebwerke dieses Biokerosin, produzieren sie erheblich weniger Russ, berichten 27 Forscher der US-Behörde für Raumfahrt und Flugwissenschaft (Nasa), der kanadischen Forschungsorganisation NRC und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in der Zeitschrift «Nature». Der Russ ist eine Art Keimzelle für Kondensstreifen. Weniger Kondensstreifen sind eine gute Nachricht, weil diese weissen Wolken das Klima wohl zusätzlich anheizen.

Doppelte Bremse für den Klimawandel

Biokerosin würde den Klimawandel wohl gleich doppelt bremsen. Fliesst Biokerosin statt des üblichen Sprits aus Erdöl in die Triebwerke, werden zwar beide Male ähnliche Mengen Kohlendioxid frei. Allerdings belasten sie das Klima viel weniger, weil die zu Biokerosin verarbeiteten Pflanzen beim Wachsen ähnliche Mengen Kohlendioxid aus der Luft geholt haben und so die beim Flug entstandenen Mengen des Treibhausgases «nur» kompensieren.

Noch stärker als das Kohlendioxid aus herkömmlichem Kerosin scheinen aber die Kondensstreifen das Klima aufzuheizen. Sie entstehen aus dem Wasserdampf, der beim Verbrennen des Flugzeugsprits zusammen mit Kohlendioxid entsteht. Fliegt ein Jet in der üblichen Höhe von zehn bis zwölf Kilometern, ist die Luft dort mit Temperaturen unter minus 40 Grad Celsius im Prinzip kalt genug, um aus diesem Wasserdampf Eiskristalle entstehen zu lassen.

Allerdings funktioniert das meist nur dann, wenn in der Luft winzige Teilchen schweben, an denen sich der Dampf ähnlich wie Raureif in einer kalten Nacht an dünnen Ästen niederschlagen kann. Genau solche Schwebeteilchen (Aerosole) liefert das Flugzeugtriebwerk in Form von Russ-partikeln gleich mit – und ein paar Meter dahinter bildet sich prompt ein Kondensstreifen.

Die winzigen Eiskristalle in solchen von Jets erzeugten Wolken reflektieren einen Teil der einfallenden Sonnenenergie in den Weltraum zurück. Wie bei ­jeder natürlich entstandenen Wolke auch, kühlen dadurch die Temperaturen im Schatten darunter ab. Gleichzeitig halten die Eiskristalle aber auch die Wärmestrahlung zurück, die vom Erdboden und aus tieferen Luftschichten aufsteigt. Die Wolken funktionieren ähnlich wie ein Gewächshaus. Diesen Effekt spüren wir am Erdboden speziell dann, wenn Wolken in der Nacht den Himmel bedecken und dadurch die Luft viel weniger als unter einem offenen Sternenfirmament abkühlt.

Da dieser Treibhauseffekt meist deutlich stärker als der Rückstrahleffekt ist, heizen die Kondensstreifen das Klima also weiter auf. Da über Europa nach einer Studie des DLR zeitweise ein Zehntel des Himmels von dünnen, schwer messbaren Kondensstreifen bedeckt ist, scheint deren Wirkung auf das Klima den durch das ausgestossene Kohlendioxid verursachten Treibhauseffekt noch zu übertreffen.

Tests zeigen, dass es in der Praxis funktioniert

Würden Flugzeugtriebwerke weniger Russ ausstossen, wäre für das Klima schon einiges gewonnen. Genau das tun die Flugzeug-Treibstoffe aus Pflanzenmaterial.

Dass die Sache mit dem Bio-kerosin funktioniert, hat schon 2011 ein Airbus A321 der deutschen Lufthansa im Linienverkehr gezeigt, der ein halbes Jahr lang eines seiner beiden Triebwerke mit 50 Prozent Biokerosin laufen liess (reiner Biotreibstoff hat bisher noch keine Zulassung). Wie viel Russ die mit einer Bio-kerosinmischung betriebenen Flugzeuge aber in Reiseflughöhe tatsächlich ausstossen, wusste bisher niemand.

Um das zu klären, wurden am Armstrong Flight Research Center der Nasa im kalifornischen Palmdale im Mai 2014 aufwendige Flugversuche gestartet: Eine vor allem in den 1960er-Jahren gebaute Douglas DC-8 dient heute als Forschungsjet der Nasa. Die beiden äusseren der vier Triebwerke wurden mit konventionellem Kerosin betrieben, während für die beiden inneren 50 Prozent Hefa-Treibstoff (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) beigemischt wird, der aus dem Öl der Leindotter-Pflanze hergestellt wird.

Waghalsige Flugmanöver zeigen gute Messresultate

Dem umgebauten Passagierjet DC-8 in rund 9000 bis 11000 Metern über dem Meeresspiegel folgten drei Messflugzeuge zum Teil in einer Entfernung von gerade einmal 30 Metern. Das erforderte jahrzehntelange Erfahrung der Piloten, welche das Falcon-Messflugzeug mitten in den Abgasstrahl der DC-8 hineinsteuern. Die Messflugzeuge müssen so nah an den vorausfliegenden Jet ran, weil sich die Abgase der vier Triebwerke in grösserer Entfernung zu mischen beginnen und die hochempfindlichen Messgeräte nur die Werte von ­jeweils einem der Triebwerke ­erfassen sollen.

Inzwischen haben die Forscher ihre Messungen ausgewertet und staunen über den grossen Vorteil des Biokerosins: Selbst in einer 50-prozentigen Mischung mit herkömmlichem Jet-Treibstoff produziert ein damit versorgtes Triebwerk 50 bis 70 Prozent weniger Russpartikel als Kerosin aus Erdöl. Die Umstellung auf Biotreibstoffe sollte sich also effektiv lohnen, auch wenn es für einen umfassenden Einsatz in der Praxis noch einige Probleme zu lösen gibt.


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