Öko-Sprit für Flugzeuge

Eine Beimischung von 50 Prozent Biotreib­stoff reduziert im Reiseflug die Rußpartikel­emissionen eines Flugzeug­triebwerks um 50 bis 70 Prozent gegenüber der Verbrennung von reinem Kerosin. Dies ermittelten Wissen­schaftler auf gemeinsamen Forschungs­flügen der NASA, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR und des kana­dischen National Research Council NRC. Die Ergeb­nisse liefern weltweit erstmals wichtige Anhalts­punkte darüber, wie Biotreib­stoffe in der Luftfahrt nicht nur die Emissionen im Umfeld von Flug­häfen mindern, sondern auch im Reiseflug zu einer klima­freundlichen Entwicklung des Luft­verkehrs beitragen können.

Flugzeug­triebwerke stoßen Rußpar­tikel aus. Diese wirken als Konden­sations­keime für kleine Eis­kristalle, die als Kondens­streifen sichtbar werden. Die Eis­kristalle der Kondens­streifen können bei feucht-kalten Bedingungen in Höhen von etwa acht bis zwölf Kilometern mehrere Stunden bestehen und Kondens­streifen-Zirren bilden. „Kondens­streifen-Zirren haben heute eine ähnlich große Klimawirkung wie alle über mehr als 100 Jahre in der Atmo­sphäre gesammelten Kohlen­dioxid-Emissionen des Luft­verkehrs zusammen“, sagt Hans Schlager vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Die Rußemissionen bestimmen weitgehend die Anzahl der Eis­kristalle in Kondens­streifen. Mit der Möglichkeit anhand von Biotreib­stoffen die Rußemis­sionen in Triebwerksabgasen um mehr als die Hälfte zu verringern, öffnet sich ein Weg die Klima­wirkung von Kondens­streifen zu reduzieren“, so Schlager weiter.

Das DLR-Forschungs­flugzeug Falcon flog im Mai 2014, ausgestattet mit modernster Instrumen­tierung und besetzt mit einer Crew von Spezia­listen des DLR-Instituts für Physik der Atmo­sphäre und des DLR-Forschungs­flugbetriebs in die USA. Dort führten die Forscher Messungen im Abgas­strahl im Abstand von 30 bis 150 Metern zum NASA-Forschungs­flugzeugs DC-8 durch. Die CFM56-Triebwerke der DC-8 wurden dabei zum Vergleich abwechselnd mit regulärem Jet A1-Flug­treibstoff und einer 1:1-Mischung aus Jet A1 und dem Biotreib­stoff HEFA (Hydro­processed Esters and Fatty Acids) betrieben. HEFA wird aus dem Öl von Lein­dotter-Pflanzen gewonnen.

Zuvor durchge­führte Messungen hatten nur Aufschluss über die Rußent­stehung bei Biotreib­stoffen am Boden geliefert, wobei im Flug andere Umgebungs­bedingungen herrschen. „Es ist das erste Mal, dass wir im Flug die Anzahl emittierter Rußpartikel eines Triebwerks, das beige­mischten Biotreib­stoff verbrennt, gemessen haben“, sagt Rich Moore von der NASA. Die vom Armstrong Flight Research Center der NASA am Standort Palmdale in Kali­fornien ausgehende Flugversuchs­kampagne war Teil des Forschungs­projekts ACCESS (Alter­native Fuel Effects on Contrails and Cruise Emissions Study) an dem sich das DLR auf Einladung der NASA beteiligte. Zusammen mit der Falcon 20E des DLR führten noch die Messflugzeuge Falcon HU-25C der NASA und T-33 des kana­dischen NRC Messungen im Abgas der voraus­fliegenden DC-8 durch.

Mehr als ein Dutzend Instrumente in den Verfolger­flugzeugen zeichneten die emittierten Ruß­partikel und Gase der voraus­fliegenden DC-8 auf. „Messungen im Nachlauf von Flugzeugen erfordern viel Erfahrung der Crew und eine erprobte Mess­ausrüstung, die das DLR sich über mittler­weile viele Jahre aufgebaut hat“, erklärt DLR-Missions­leiter Schlager. „Seit dem Jahr 2000 wurde die DLR-Falcon bereits in ver­schiedenen Mess­kampagnen eingesetzt, um die Emissionen und Kondens­streifen von Verkehrs­flugzeugen zu untersuchen.“ Bereits seit 18 Jahren arbeiten DLR und NASA im Bereich der Atmosphären­forschung zusammen. In der Luftfahrt­forschung engagieren sich beide Partner insgesamt besonders bei gemein­samen Forschungs­projekten in den Bereichen Luftverkehrs­management sowie lärm- und emissions­armes Fliegen.

DLR / JOL