20.07.2022 • Atmosphärenphysik

Kondensstreifen der Zukunft auf der Spur

DLR unterstützt neues Testflugprogramm von Airbus und Tochterunternehmen Airbus UpNext zum CO2-emssionsfreien Fliegen.

Kondensstreifen entstehen als Folge von Flugzeug-Emissionen. Sie können als langlebige Eiswolken den Treibhaus­effekt verstärken. Die Rußpartikel aus der Kerosin­verbrennung wirken in der kalten Atmosphäre als besonders starke Kondensations­keime für die Wolkenbildung. Neue Triebwerks­technologien und der Einsatz von nachhaltigen Treibstoffen bieten vielver­sprechende Ansätze, um die Klimawirkung von Kondensstreifen signifikant zu reduzieren. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt unterstützt dazu ein Airbus-Testflugprogramm, geführt von der Tochter­gesellschaft Airbus UpNext, das erstmals Kondensstreifen untersucht, die von einem CO2-emissions­freien Flugzeug mit Wasserstoff-Antrieb erzeugt werden. Im Rahmen des Projekts „Blue Condor“ sind Ende des Jahres 2022 und 2023 Testflüge in den USA geplant.

Abb.: Messflug über den Wolken. (Bild: AV Expert)
Abb.: Messflug über den Wolken. (Bild: AV Expert)

Für die Flugversuche kommen zwei Arcus-Segel­flugzeuge, betrieben vom Perlan Projekt, zum Einsatz. Ein Segelflugzeug ist ausgestattet mit einem Wasserstoff-Jettriebwerk und das andere mit einem herkömm­lichen kerosin­betriebenen Verbrennungs­motor. Um die Vergleichbarkeit der Daten zu gewähr­leisten, werden die Testflüge unmittelbar nacheinander unter denselben meteoro­logischen Bedingungen durchgeführt.

Das jeweilige Segelflugzeug wird von einer EGRETT, einem Höhen­forschungs­flugzeug, auf über neun Kilometer Höhe geschleppt. Dort zündet das Segelflugzeug sein zusätzliches Triebwerk. Die mit Mess­instrumenten ausgestattete EGRETT übernimmt dann die Verfolger­rolle und durchfliegt den Kondensstreifen in enger Formation. Zusätzlich werden Emissionen des Abgasstrahls vermessen.

Ziel ist es, die mikro­physika­lischen Eigenschaften von Wasserstoff-Kondensstreifen in der Atmosphäre erstmals zu messen. Die Daten helfen, die Bildung der Kondensstreifen aus Wasserstoff-Antrieben besser zu verstehen. So können Technologien entwickelt werden, die die Eigenschaften der klima­wirksamen Wolken verändern und ihren Effekt weiter mindern. Airbus stellt das Wasserstoff­system und Equipment, einschließlich des Verbrennungs­motors bereit und plant gemeinsam mit dem DLR die Flüge der Testmission. Für die Messungen und Datenanalyse ist das DLR-Institut für Physik der Atmosphäre verantwortlich.

Wasserstoff-Triebwerke stoßen überwiegend Wasserdampf und Stickoxide aus. Modelle zeigen, dass die Kondensstreifen daraus eine wesentlich geringere Klimawirkung haben könnten. Bei der Wasserstoff­direkt­ver­brennung entstehen keine Partikel. Die Experten vermuten daher, dass die sich bildenden Eispartikel tendenziell größer sind und in geringerer Anzahl auftreten als bei Ruß-Emissionen. Sie regnen dadurch schneller aus, sodass die Kondensstreifen kurzlebig sind und nur noch geringfügig zur Erderwärmung beitragen. Konkrete Messdaten zu diesen komplexen Atmosphären­prozessen fehlen der Wissenschaft jedoch bisher.

Wenn sich die Modell­annahmen bestätigen, könnte die Wasserstoff-Verbrennung die Luftfahrt der Zukunft revolu­tioneren. Genau hierfür sind Messungen in Reise­flughöhen nötig. Denn es ist nicht klar, ob die Modelle alle relevanten Prozesse abdecken. Auch aufgrund ihrer Zero-CO2-Emissionen bietet die Wasserstoff-Verbrennung signifikante Minderungs­potenziale. Nur der erhöhte Ausstoß von Wasserdampf in die Stratosphäre könnte der vermindernden Klimawirkung dieser Kondensstreifen entgegen­wirken und muss bei den Analysen berück­sichtigt werden. Die Blue-Condor-Messflüge werden erstmals eine Daten­grundlage für belastbare Aussagen zu den Kondensstreifen schaffen.

DLR / RK

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