30.01.2019

Besseres Klima mit rußarmen Triebwerken

Sauberere Flugzeugabgase verringern Klima­wirkung von Kondens­streifen-Zirren.

Weniger Rußpartikel im Abgas­strahl der Flugzeuge verringern die Eiskristall­bildung und damit die Klimawirkung der resul­tierenden Kondens­streifen-Zirren. Eine Halbierung der sich im Kondens­streifen bildenden Eiskristalle schmälert die klima­wärmende Wirkung der Kondens­streifen­-Zirren um zwanzig Prozent. Deren Halbierung klappt bei achtzig Prozent weniger Eiskris­tallen. Dies zeigt nun eine Studie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR.

Abb.: Kondensstreifen-Zirren haben ähnlich große Klimawirkung wie...
Abb.: Kondensstreifen-Zirren haben ähnlich große Klimawirkung wie CO2-Emissionen des Luftverkehrs. (Bild: DLR, CC-BY 3.0)

„In unseren theo­retischen Abschät­zungen konnten wir fest­stellen, dass es einer starken Einschränkung der Ruß­emissionen bedarf, um wirkungs­voll die Klima­wirkung von Kondens­streifen zu verringern“, sagt Ulrike Burkhardt vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Ober­pfaffenhofen. „Es lohnt sich an rußarmen Trieb­werken und alter­nativen Kraftstoffen zu forschen, um der Klima­wirkung des Luftverkehrs entgegen­zuwirken, denn Kondens­streifen­-Zirren haben heute eine ähnlich große Klima­wirkung wie alle über mehr als hundert Jahre in der Atmo­sphäre gesammelten Kohlen­dioxid-Emissionen des Luftverkehrs zusammen.“

Flugzeug­triebwerke stoßen Rußpartikel aus. Diese wirken als Konden­sationskeime für kleine unterkühlte Wasser­tropfen, die sofort zu Eiskris­tallen gefrieren und als Kondens­streifen am Himmel sichtbar werden. Die Eiskris­talle der Kondens­streifen können bei feucht-kalten Bedingungen in Höhen von etwa acht bis zwölf Kilo­metern mehrere Stunden bestehen und hohe Wolken, die Kondens­streifen-Zirren bilden. Diese Wolken können je nach Sonnen­stand und Untergrund lokal eine wärmende oder kühlende Wirkung entfalten, wobei Forschungs­arbeiten zeigen, dass global die wärmende Wirkung überwiegt. Das Auftreten dieser Wolken ist zeitlich und räumlich äußerst variabel, so dass einige wenige Kondens­streifen-Zirren-Ausbrüche für einen großen Teil der wärmenden Wirkung verant­wortlich sind.

„Anhand unserer theo­retischen Modell­rechnungen konnten wir sehen, wie weniger Eiskris­talle aufgrund von redu­zierten Rußpartikel­anzahlen einerseits die optische Dicke der Kondens­streifen-Zirren reduzieren und anderer­seits auch deren Lebens­dauer verringern“, erklärt Burkhardt. „Insgesamt ergeben sich damit geringere Bedeckungs­grade durch kondens­streifenindu­zierte Wolken und eine geringere Klima­wirkung. Eine Reduktion der emittierten Rußpartikel ist während großer Kondens­streifen-Zirren-Ausbrüche besonders wirksam.“ Entscheidend für die Verrin­gerung der Ruß­emissionen im Luftverkehr ist das Zusammen­spiel von Kraftstoff­auswahl und Verbrennung im Triebwerk. Neue Triebwerks­technologien ermög­lichen beispiels­weise durch die Verbrennung bei höheren Tempera­turen auch bei konven­tionellen Kraftstoffen, die Ruß­emissionen zu senken.

Intensiv wird an der Verrin­gerung von Rußemis­sionen durch alter­native Treib­stoffe mit geringerem Anteil an zyklischen Kohlen­wasserstoffen geforscht, die einen wesent­lichen Anteil bei der Rußbildung im Verbrennungs­prozess haben. So führten DLR und NASA im Januar 2018 gemeinsame Forschungs­flüge durch, um den Einfluss verschiedener Treibstoff­mischungen auf die Rußemis­sionen und die einher­gehende Eiskristall­bildung zu untersuchen. Die Forscher erhoffen sich anhand der Daten der Forschungs­flüge die nun theoretisch abge­schätzte Verrin­gerung der Eiskristall­bildung durch weniger Ruß auch praktisch zu belegen und im Detail nachzu­weisen. Die Ergebnisse werden für den Sommer 2019 erwartet.

DLR / JOL

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