Could air someday power your flight? Airlines are betting on it

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Bis Mitte dieses Jahrhunderts sollen die meisten Autos und Busse mit erneuerbarer Energie betrieben werden, während Fahrräder, elektrische Züge und die eigenen zwei Füße weiterhin wenig Einfluss auf das Klima haben werden. Und wenn die globale Luftfahrt ihr letztes Jahr gesetztes Ziel erreicht, dann wird Ihr Flug von New York nach Hongkong im Jahr 2050 zu „Netto-Null“-Kohlendioxid in der Atmosphäre führen.

Es gibt keine Garantie dafür, dass die Industrie dieses Ziel erreicht, aber die Technologien, die entwickelt werden, um das Ziel zu erreichen, werden die Luftfahrt verändern, unabhängig davon, ob das Ziel erreicht wird.

In den Jahren vor der Pandemie hat die Luftfahrt jährlich rund eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid ausgestoßen, etwa so viel wie der gesamte südamerikanische Kontinent im Jahr 2021. Und die Zahlen steigen wieder, wenn die Passagiere in den Himmel zurückkehren. Aber große Fluggesellschaften, darunter sechs der größten US-amerikanischen Fluggesellschaften, haben sich verpflichtet, bis 2050, wenn nicht früher, Netto-Null-CO2-Emissionen zu erreichen. Bei einem Treffen der Organisation der Vereinten Nationen für die Zivilluftfahrt im Oktober verabschiedeten Delegierte aus 184 Ländern Netto-Null bis 2050 als „langfristiges globales ehrgeiziges Ziel“.

„Aspirational“ ist das entscheidende Wort. Die Luftfahrt ist, wie Experten sagen, ein schwer zu reduzierender Sektor, was bedeutet, dass es derzeit keine einfachen, marktreifen Technologien gibt, die ihre CO2-Emissionen drastisch reduzieren können. Und der dem Ziel beigefügte „Netto“-Qualifizierer bedeutet, dass Fluggesellschaften alle CO2-Emissionen, die sie weiterhin emittieren, entweder durch traditionelle CO2-Kompensationen, eine stark kritisierte Praxis, oder durch direkte Abscheidung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre bilanzieren können.

Wissenschaftler haben auch herausgefunden, dass Kondensstreifen – die dünnen, kurzlebigen Wolken, die manchmal im Kielwasser eines Flugzeugs auftauchen – die Temperatur des Planeten beeinflussen, vielleicht sogar mehr als das Kohlendioxid, das sie freisetzen. Das alles ergibt ein komplexes Bild, zumal sich die weltweite Nachfrage nach Luftfahrt in den nächsten 20 Jahren voraussichtlich verdoppeln wird.

Aber neue Technologien sind in Arbeit, darunter wasserstoffbetriebene Flugzeuge, vollelektrische Flugzeuge und synthetischer Düsentreibstoff, der aus Kohlenstoff gewonnen wird, der aus der Atmosphäre gewonnen wird. Mehrere Fluggesellschaften haben bereits damit begonnen, ihrer normalen Kraftstoffversorgung eine kleine Menge sauberer verbrennenden Biokraftstoffs – in der Branche als nachhaltiger Flugkraftstoff oder SAF bekannt – hinzuzufügen, ein Trend, der sich beschleunigen sollte. Viele Unternehmen gehen den staatlichen Vorschriften voraus, investieren in emissionssparende Effizienzsteigerungen und setzen in einigen Fällen auch auf langfristige Innovationen, die die Emissionen in der Zukunft drastisch reduzieren könnten.

„Wir müssen jetzt anfangen“, sagte Steven Barrett, Professor für Luft- und Raumfahrt am Massachusetts Institute of Technology und Direktor des MIT Laboratory for Aviation and the Environment. „Das System hat eine so große Trägheit, dass man wirklich Jahrzehnte im Voraus anfangen muss.“

Aber die Bewegung geht nicht so schnell, wie sie könnte, sagte Pedro Piris-Cabezas, Senior Director for Global Transportation und Lead Senior Economist beim Environmental Defense Fund, einer in New York ansässigen gemeinnützigen Umweltgruppe.

Er wies darauf hin, dass die Delegierten des Oktobertreffens noch einen konkreten Plan zur Erreichung ihres Ziels für 2050 annehmen müssten. „Wir brauchen diese kurz- und mittelfristigen Ziele, um strenger zu werden“, sagte Piris-Cabezas.

Auf dem Weg zu alternativen Kraftstoffen

Die Fluggesellschaften investieren in Verbesserungen, die relativ schnell Erfolge bringen können: die Ausmusterung älterer Flugzeuge, die Suche nach effizienteren Routen, das Rollen ihrer Flugzeuge mit nur einem laufenden Triebwerk. Aber solche Maßnahmen gehen nur so weit.

Eine weitere kurzfristige Innovation ist nachhaltiger Flugkraftstoff, eine Art Biokraftstoff, der am häufigsten aus gebrauchtem Speiseöl und ähnlicher Biomasse hergestellt wird. Im Laufe seines Lebenszyklus kann SAF weniger Kohlendioxid produzieren als herkömmlicher Flugzeugtreibstoff, dem es beigemischt werden kann. Aber die SAF-Produktion ist nach wie vor begrenzt und teuer, daher bewegen sich die Fluggesellschaften langsam und mischen an ausgewählten Standorten kleine Mengen in ihre bestehende Treibstoffversorgung.

Doch die Begeisterung innerhalb der Branche ist groß.

„Wir lieben SAF als Branche“, sagte Sara Bogdan, Leiterin für Nachhaltigkeit und Umwelt- und Sozialführung bei JetBlue Airways. Bogdan sagte, dass SAF in die Treibstoffversorgung von JetBlue-Flügen eingemischt wird, die von internationalen Flughäfen in San Francisco und Los Angeles abfliegen. Die Wahl der Flughäfen ist kein Zufall: Einer der wenigen großen Anbieter von SAF hat eine Produktionsstätte in Kalifornien, und der Bundesstaat hat einen Standard für kohlenstoffarmen Kraftstoff eingeführt, der SAF und andere Alternativen fördert.

Auch United Airlines hat sich beim Einsatz von SAF auf einige ihrer Kalifornien-Flüge konzentriert. Lauren Riley, Chief Sustainability Officer des Unternehmens, sagte, dass SAF seit 2016 in den Treibstoff jedes United-Fluges gemischt wurde, der vom Los Angeles International Airport und seit letztem Frühjahr vom Flughafen Schiphol in Amsterdam abflog. United hat auch eine Gruppe von Unternehmen zusammengebracht – darunter Deloitte, Nike und Siemens – die zahlen, um der Fluggesellschaft bei der Deckung der zusätzlichen SAF-Kosten für ihre Geschäftsreisen zu helfen.

„Wenn Sie rausgehen und nachhaltigen Flugbenzin kaufen würden, wäre es zwei- bis viermal teurer als die Kosten für konventionelles Kerosin“, sagte Riley. „Das können wir uns alleine nicht leisten.“

Riley fügte hinzu, dass SAF in jedem Jahr weniger als 0,1 % der gesamten Kraftstoffversorgung von United ausmacht – eine Zahl, die für die gesamte Branche gilt. United und JetBlue gehören zu den mehr als zwei Dutzend Fluggesellschaften, die sich einer vom Weltwirtschaftsforum angeführten Koalition angeschlossen haben, die sich verpflichtet hat, bis 2030 10 % der Treibstoffversorgung der Luftfahrt auf SAF auszurichten.

Aber Piris-Cabezas warnte, dass es wichtig sei, sich vor dem Risiko zu schützen, dass beispielsweise das angeblich verwendete Speiseöl in der SAF-Produktion nicht wirklich frisches Palmöl ist, das noch nie in einer Küche gesehen wurde. In einer solchen Situation, sagte er, könnten auf Biomasse basierende SAF tatsächlich negative Auswirkungen haben, indem sie die Rodung von Wäldern für Monokulturplantagen fördern.

„Es ist äußerst wichtig, dass wir sicherstellen, dass wir ein robustes System haben, das rückverfolgbar ist und nur Anreize für Kraftstoffe mit hoher Integrität bietet, die diese negativen Auswirkungen auf die Wälder nicht haben werden“, sagte Piris-Cabezas, der die SAF klassifizierte als „undurchsichtig“ im Umlauf und merkte an, dass die Verbraucher ihre Fluggesellschaften auf mehr Klarheit drängen könnten.

Kraft aus der Atmosphäre

Abgesehen von der Transparenz gibt es ein wichtiges Hindernis für die Produktion großer Mengen von SAF, sagte Andreas Schäfer, Direktor des Air Transportation Systems Laboratory am University College London: Menge an Treibstoff, die die Luftfahrt benötigt. (Schäfer fügte hinzu, dass SAF eine falsche Bezeichnung sei: „Es sollte ein nachhaltigerer Flugtreibstoff sein“, sagte er, weil die Treibstoffe immer noch Kohlendioxid ausstoßen.)

Wissenschaftler erforschen alternative Kohlenstoffquellen für SAF, darunter Algen, Gartenabfälle und Lebensmittelabfälle. Aber die vielleicht faszinierendste potenzielle Quelle ist die Luft, die wir atmen, die natürlich voller Kohlendioxid ist.

Forscher haben die Technologie für diesen als „Power to Liquid“ bekannten Prozess entwickelt. Es verwendet riesige Ventilatoren, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, dann den Kohlenstoff aus dem CO2-Molekül zu extrahieren, bevor es mit Wasserstoff kombiniert wird, der durch Wasserelektrolyse erzeugt wird, die mit erneuerbarer Energie betrieben wird. Das Ergebnis ist ein Kohlenwasserstoff, der zum Antrieb eines Flugzeugs verwendet werden kann.

„Das ist vielversprechend“, sagte Schäfer, „weil es in diesem Bereich eine ziemlich rasante Entwicklung gegeben hat. Die größte Herausforderung sind die hohen Kosten.“

Diese Kosten sind hauptsächlich auf die enorme Menge an sauberer Energie zurückzuführen, die erforderlich ist, um den Kraftstoff in erheblichen Mengen herzustellen. Aber die Kosten für erneuerbaren Strom sinken so schnell, dass „Power-to-Electric“-Kraftstoffe bis 2035 billiger herzustellen sein könnten als die meisten SAF aus Biomasse.

Eine weitere Innovation ist spätestens seit dem Kalten Krieg auf dem Radar: wasserstoffbetriebene Flugzeuge. Aber die technischen Herausforderungen hier sind erheblich. Wasserstoff als Gas ist zu voluminös, um an Bord eines Flugzeugs in nützlichen Mengen gespeichert zu werden, daher muss er auf minus 253 Grad Celsius oder etwa minus 423 Fahrenheit gekühlt werden, die Temperatur, bei der Wasserstoff zu einer Flüssigkeit kondensiert. Kryo-Infrastruktur zum Betanken und Speichern müsste auch an Flughäfen auf der ganzen Welt gebaut werden.

Aber die Technologie existiert: Die NASA und die Europäische Weltraumorganisation setzen sie seit langem erfolgreich ein, und Forscher von Unternehmen wie Airbus und Rolls-Royce arbeiten daran, die Technologie für die kommerzielle Luftfahrt anzupassen.

„Mit Wasserstoff können Sie tatsächlich bis zu dem Punkt kommen, an dem Sie null CO2-Emissionen haben“, sagte Lahiru Ranasinghe, Senior Sustainability Manager bei easyJet, einer europäischen Billigfluggesellschaft, die in wasserstoffbetriebene Technologie investiert.

Elektrisch betriebenes Fliegen ist eine weitere kohlenstoffarme Option. Aufgrund der derzeitigen Einschränkungen der Batterien, die ihre Motoren antreiben, fehlt vollelektrischen Flugzeugen die Energie, um große Flugzeuge über lange Strecken anzutreiben, aber sie könnten eine Lösung für kleinere Flugzeuge bieten, die kürzere Strecken fliegen. An dieser Front scheint Norwegen führend zu sein: Laut Avinor, dem norwegischen Flughafenbetreiber, sollen alle Inlandsflüge des Landes bis 2040 vollelektrisch sein. Widerøe, eine norwegische Regionalfluggesellschaft, plant, ihr erstes vollelektrisches Flugzeug einzusetzen Dienst bis 2026.

Ein wispy, eisiger Klimaschuldiger

Die Luftfahrtindustrie hat sich auf die Reduzierung von CO2 konzentriert, aber mehrere Wissenschaftler sagen, dass es eine niedrig hängende Frucht in Bezug auf die Reduzierung der Klimaauswirkungen des Fliegens gibt. Es stellt sich heraus, dass Kondensstreifen einen tiefgreifenden Einfluss auf die Temperatur des Planeten haben.

„Auf sehr hohem Niveau wissen wir seit mehr als 20 Jahren, dass die Erwärmung durch Kondensstreifen sehr signifikant ist – und vergleichbar mit CO2“, sagte Barrett vom MIT.

Die Wissenschaft ist kompliziert, sagte Barrett, weil ihre Wirkung von der Tageszeit abhängt. Nachts fangen Kondensstreifen die von der Erde abgestrahlte Wärme ein, was zu einer zusätzlichen Erwärmung führt. Aber auch tagsüber strahlen Kondensstreifen die Energie der Sonne zurück in die Atmosphäre und können sogar kühlend wirken. Studien haben jedoch gezeigt, dass die Gesamtauswirkung eine erhebliche Erwärmung ist – irgendwo zwischen der Hälfte und dem Dreifachen der Wirkung der Kohlendioxidemissionen der Luftfahrtindustrie.

Barrett arbeitet mit Delta Air Lines zusammen, um zu untersuchen, wie eine leichte Verschiebung der Flugrouten helfen könnte. Er sagt, dass es Potenzial für leichte Siege gibt: Kondensstreifen bilden sich nur unter bestimmten Bedingungen (wenn es kalt und feucht ist) und in schmalen Höhenbändern. Das bedeutet, dass es für Fluggesellschaften relativ einfach – und billig – ist, ihre Flugzeuge umzuleiten, um sie zu vermeiden.

„Die Beseitigung von Kondensstreifen ist ein ziemlich großer Hebel, um die Klimaauswirkungen des Luftverkehrs zu mindern“, sagte er.

David Victor, ein Co-Direktor der Deep Decarbonization Initiative an der University of California San Diego, betonte, wie wichtig es ist, die wärmenden Auswirkungen von Kondensstreifen anzugehen, ebenso wie Schäfer vom University College London.

Aber in Bezug auf die Bemühungen der Industrie, CO2 einzusparen, argumentierte Victor, dass der CO2-Kompensationsmarkt in einer idealen Welt aus dem Bild fallen würde.

„Die Erfolgsbilanz beim Nachweis von Qualität ist so grausam“, sagte Victor über traditionelle CO2-Kompensationen. „Sie haben all diese Müll-Offsets, die auf den Markt geflutet wurden. Das hat den Gesamtpreis und auch die Qualität gesenkt.“

Victor schlug vor, dass besorgte Reisende einen Online-CO2-Fußabdruck-Rechner verwenden könnten, um zu sehen, wie ihre Fluggewohnheiten zu ihren Gesamtauswirkungen auf das Klima passen. Aber er betonte, dass Einzelentscheidungen nur am Rande einen Unterschied machen würden; Das ganze System brauche eine radikale Veränderung, sagte er.

„Wenn wir das alles auf eine Weise tun, die uns unglücklich macht, dann ist das nicht nachhaltig“, sagte Victor. „Es muss etwas sein, was die gesamte Gesellschaft tun wird.“