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Luftverkehr

Erstellt am: 24.02.2023 | Stand des Wissens: 24.02.2023
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

In Deutschland wurden im Jahr 2019 circa 2 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid (CO2) durch nationale Flüge und 30 Millionen Tonnen CO2 durch die internationale Luftfahrt emittiert [ICCT20a]. Weltweit ist die Luftfahrt für circa 2,5 Prozent des anthropogenen, also durch den Menschen verursachten, CO2-Ausstoßes verantwortlich [Lee21]. Bei der Reduktion der Treibhausgasemissionen im Luftverkehr spielen neben beispielsweise der Verkehrsverlagerung, der Optimierung von Flugrouten sowie dem Flugroutenmanagement (Vermeiden von Umwegen und Warteschleifen) auch nachhaltige Energieträger eine wichtige Rolle [UBA19t]. Mit Blick auf den Einsatz alternativer Technologien und Kraftstoffe ist eine differenzierte Betrachtung verschiedener Flugsegmente (hinsichtlich zurückgelegter Entfernungen) wichtig: Flüge mit Strecken von über 1.500 Kilometern machen lediglich 25 Prozent aller Flüge im europäischen Luftraum aus, verursachen aber über 75 Prozent aller CO2-Emissionen. Flüge mit Entfernungen unter 500 bis 600 Kilometern machen einen Anteil von 30 Prozent aller Flüge aus, haben jedoch nur einen Anteil von 4,3 Prozent an den CO2-Emissionen. Flüge mit dazwischenliegenden Entfernungen machen circa 20 Prozent der gesamten Flugverkehrsemissionen aus [EUCO20]
Nachhaltige synthetische und Biokraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAF) können bereits kurzfristig als sogenannte Drop-in-Kraftstoffe alternative Kraftstoffe, die mit herkömmlichen kompatibel und austauschbar sind eingesetzt werden, da keine Änderungen am Triebwerk notwendig sind. Durch deren Einsatz können die CO2-Emissionen bereits heute um mehr als 50 Prozent reduziert werden, jedoch erschweren geringe Produktionskapazitäten und hohe Herstellungskosten die Einführung und den wirtschaftlichen Einsatz. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der CO2-Emissionen sind durch den Einsatz von klimaneutralem (verflüssigtem) Wasserstoff möglich. Dieser hat einen Kostenvorteil (durch weniger Umwandlungsstufen) gegenüber synthetischen Kraftstoffen und kann neben SAF perspektivisch eine wichtige Rolle spielen. Allerdings erschwert die geringere Energiedichte des Wasserstoffs den Einsatz auf der längeren Mittel- und Langstrecke, auf der zukünftig SAF zum Einsatz kommen müssen [NWR21]. Aus heutiger Sicht eignet sich ein Wasserstoffantrieb demnach für Regional-, Kurz- und gegebenenfalls Mittelstreckenflugzeuge. Für einen breiten Einsatz von Wasserstoffflugzeugen müssen aber noch technische sowie wirtschaftliche Herausforderungen gelöst werden. Dazu gehört zum Beispiel die Steigerung der Gesamteffizienz durch leichtere Tanks und leistungsfähigere Brennstoffzellen, die Speicherung und Verteilung von flüssigem Wasserstoff (Liquid H2) im Flugzeug, der Entwicklung von geeigneten Triebwerken und der Ausbau einer entsprechenden Infrastruktur. Weiterhin muss die Wasserstoffversorgung in die Energieinfrastruktur eingebunden werden. Zudem sind die Zulassungsverfahren von Wasserstoffflugzeugen in der Luftfahrt aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen und dem möglichen Tangieren internationaler Abkommen besonders langwierig [NWR21] [BREG20a].

Derzeit forschen viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen an mit Wasserstoff betriebenen Flugzeugen. Als erstes (britisch-amerikanisches) Unternehmen hat Zeroavia bereits im Jahr 2020 einen ersten Testflug mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellenflugzeug absolviert. Ziel des Unternehmens ist es, bis zum Jahr 2024 Flugzeuge mit Wasserstoffantrieb für bis zu 20 Passagiere und mit einer Reichweite über 1.000 Kilometer auf den Markt zu bringen. Auch der größte europäische Flugzeugbauer Airbus hat im Jahr 2020 erste Konzepte für wasserstoffbetriebene Flugzeuge vorgestellt. Sie reichen über Entwürfe von Propellermaschinen bis zu Maschinen mit Düsenantrieb und Wing-Body-Flugzeugen, bei denen Flügel und Rumpf ineinander übergehen und sollen als Prototyp bis zum Jahr 2035 fertiggestellt sein. Die geplanten Reichweiten belaufen sich auf bis zu 3.700 Kilometer [Göbb21].
Eine generelle Einschätzung bezüglich des kommerziellen Einsatzes wasserstoffbasierter Regionalflugzeuge macht das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) [DLR22]. Dieses forscht im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts 328H2-FC an einem Antrieb mit Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie. Nach Einschätzung des DLR ist ein kommerzieller Betrieb bis 2030 möglich.
Glossar
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Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Klimaschutzpotenzial der Wasserstoffanwendung im Verkehrssektor (Stand des Wissens: 27.02.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?567750
Literatur
[BREG20a] Presse und Informationsamt der Bundesregierung (Hrsg.) Grünes Fliegen - Abheben mit Wasserstoff, 2020
[DLR22] Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (Hrsg.) BMWK för­dert Pro­jekt zur Wei­ter­ent­wick­lung der Was­ser­stoff-Brenn­stoff­zel­len-Tech­no­lo­gie, 2022/04/04
[EUCO20] EUROCONTROL - European Organisation for the Safety of Air Navigation (Hrsg.) Does taxing aviation really reduce emissions?, 2020/10
[Göbb21] Göbbels, Gianluca, Klein, Hannah Wasserstoff als Alternative für den Luftverkehr, 2021/07/28
[ICCT20a] International Council on Clean Transportation (Hrsg.) CO2 emissions from commercial aviation 2013, 2018 and 2019, 2020
[Lee21] Lee, David, et. al The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018, veröffentlicht in Atmospheric Environment, Ausgabe/Auflage Volume 224, 2021/01/01, Online-Referenz doi:10.1016/j.atmosenv.2020.117834
[NWR21] Wasserstoff für die Luftfahrt in Deutschland, 2021
[UBA19t] Umweltbundesamt (Hrsg.) Wohin geht die Reise? Luftverkehr der Zukunft: umwelt- und
klimaschonend, treibhausgasneutral, lärmarm, 2019/11/01
Glossar
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.
BMWK
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz erarbeitet Rahmenbedingungen zur Stärkung der Robustheit und Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes Deutschland (bis 12/2013 BMWI, bis 12/2021 BMWi).

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?567620

Gedruckt am Samstag, 25. Mai 2024 06:58:26