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Titel 3/2012

Kaum zu schaffen

Die Luftfahrtbranche will ihren CO2-Ausstoß bis 2050 im Vergleich zu 2005 halbieren. Auch der Lärm soll deutlich reduziert werden. Realistisch ist das nicht.

Foto: Jörg Boethling/agendaErste Flugversuche mit Agrosprit hat die Lufthansa unternommen – woher das Kerosin vom Acker kommen sollen, ist unklar.

Eine bessere Luftraum- und Flughafenverwaltung, spritsparende und leisere Triebwerke, Leichtbaumaterialien, Biotreibstoffe – auf all diese Instrumente setzen die Fluggesellschaften ihre Hoffnung. Ein Drittel ihrer Betriebskosten entfallen auf den Kerosinverbrauch – und der Ölpreis steigt weiter an. Genug Anreiz für die Branche, übers Spritsparen nicht nur nachzudenken, sondern aktiv zu werden.
In der Konstruktion ersetzen zunehmend kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe Metalle, um Gewicht zu sparen. So besteht die Hülle von Boeings Dream­­­liner 787 zur Hälfte aus dem leichten Verbundwerkstoff. Auch Airbus nutzt den Werkstoff beim A380. Es gilt: 300 Kilogramm weniger Gewicht spart bei einem Flug nach New York ungefähr 125 Liter Treibstoff. Ein Tropfen auf dem heißen Stein, wenn man bedenkt, dass ein Flugzeug allein auf 100 Kilometern durchschnittlich 500 Liter Kerosin verbrennt.

Geforscht und gearbeitet wird auch an spritsparenden Triebwerken. Ziel ist es vor allem, das sogenannte Nebenstromverhältnis zu erhöhen. In Nebenstrom-Triebwerken wird der Luftstrom aufgeteilt: Der innere Teil strömt durch die Brennkammer, welche durch das Verbrennen des Luft-Kerosin-Gemisches eine Welle antreibt. Die wiederum bringt eine Art riesigen Ventilator zum Rotieren, den sogenannten Fan. Der beschleunigt den äußeren Teil des Luftstroms, wodurch die Antriebsleistung entsteht. Bei jeder neuen Triebwerksgeneration vergrößerte sich das Nebenstrom-Verhältnis, was bedeutet, dass der Anteil des äußeren Luftstroms im Verhältnis zum inneren immer größer wur­de. Lange Zeit schlugen die Hersteller dadurch zwei Fliegen mit einer Klappe: Der Treibstoffverbrauch sank und gleichzeitig wurde das Flugzeug leiser. Der Grund: Das Vergrößern des äußeren Luftstroms bedeutet, dass mehr Masse beschleunigt und damit mehr Schub erzeugt wird. Der Luftstrahl darf langsamer sein und erzeugt weniger Lärm.

Doch der Preis für ein größeres Nebenstrom-Verhältnis ist ein größeres Triebwerk. Gewicht und Luftwiderstand fressen ab einem gewissen Punkt den eingesparten Sprit wieder auf. Beim Nebenstrom-Triebwerk hat man diese Grenze bereits erreicht.

Rotoren machen Höllenlärm

Nur mit viel technischem Aufwand haben die Hersteller Pratt & Whitney und MTU Aero Engines sowie General Electric neue Nebenstrom-Triebwerke entwickelt. Die verbrennen nach Unternehmensangaben jeweils bis zu 15 Prozent weniger Kerosin und sind nur halb so laut wie konventionelle Triebwerke. Sowohl für Mitsubishis neuen Regionaljet MRJ, der Anfang nächsten Jahres erstmals abheben soll, als auch für den Mitte des Jahrzehnts debütierenden Airbus A320 neo liegen MTU bereits jeweils mehr als 100 Aufträge vor. Ähnliche Zahlen meldet General Electric, dessen Flugmotor ebenfalls den neuen Airbus sowie den Nachfolger der Boeing 737 antreiben wird.

Noch mehr einsparen lässt sich mit einem Konzept, das der Triebwerkshersteller Rolls Royce mittelfristig verfolgt: dem Open Rotor. Anstatt wie bei einem herkömmlichen Strahltriebwerk wenig Luft stark zu komprimieren und zu beschleunigen, bewegen diese Antriebe mit ihren großen sichelförmigen Rotoren, die in zwei hintereinanderliegenden Reihen vor einer kleineren Turbine angeordnet sind, viel Luft mit einer geringeren Geschwindigkeit. Energetisch betrachtet ist das die bessere Variante, sind sich Luftfahrtexperten einig. Durch die offene Bauform kann sich der Schall allerdings frei entfalten, sprich: Die Rotoren machen einen Höllenlärm.

Tatsächlich haben die Open-Rotor-Bauer gegen den Lärm derzeit kein Mittel. Aerodynamischere Rotorblätter drücken den Lärmpegel zwar – allerdings gerade einmal in Bereiche, die den Anforderungen von vor 20 Jahren genügen. Und damit noch nicht genug: Auch die Konstruktion der Flugzeuge, die mit solchen Triebwerken fliegen sollen, müsste neu ausgelegt werden. Wegen seiner Größe kann der Open Rotor nämlich nicht wie ein herkömmliches Trieb­werk unter die Tragfläche gehängt werden – er muss oben am Heck oder sogar am Leitwerk montiert werden. Das erfordert allerdings eine wesentlich stabilere Flugzeugstruktur mit deutlich mehr Gewicht und erschwert zudem die Wartung des neuen Triebwerkstyps.

Andere Möglichkeiten, die Lärmkulisse von Flughäfen erträglich zu halten, erforscht derzeit Marco Temme am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Etwa steilere An- und Abflüge, damit die Distanz zu Wohngebieten möglichst schnell wächst. Oder Landungen, die aus dem Segelflug abgeschaut sind. „Dabei werden die Triebwerke auf Leerlauf gestellt – das spart pro Anflug zwischen 150 und 500 Liter Kerosin und drückt gleichzeitig den Lärmpegel“, sagt Temme. Das Potenzial sei zwar nicht riesig, es summiere sich aber und sei mit vergleichsweise geringen Investitionen schnell umzusetzen. Spezielle Computerprogramme sollen die Fluglotsen sowohl bei den Spritspar-Landungen als auch bei effizienteren Starts unterstützen, bei denen die Flugzeuge auf dem Rollfeld kürzere Wege zurücklegen. Erste Elemente von Temmes Forschungsprojektes flexiGuide könnten bereits in wenigen Jahren im Einsatz sein.

Ungeklärte Agrosprit-Fragen

Deutlich länger muss die Branche auf Biokraftstoffe warten, auf die sie ihre größten Hoffnungen setzt. Doch bis der Agrosprit in ernstzunehmenden Mengen im Einsatz ist, müssen unzählige Fragen geklärt werden. Allen voran die nach dem Flächenbedarf und dem Energie- und Rohstoffeinsatz bei der Produktion. „Da steht man überall noch ganz am Anfang, auch wenn Testflüge mit Agrokerosinmischungen, wie Mitte letzten Jahres von Lufthansa zwischen Frankfurt und Hamburg durchgeführt, etwas anderes suggerieren“, sagt Heiko Balsmeyer, VCD-Luftfahrtexperte. Er bezweifelt zudem, dass es überhaupt genügend Anbauflächen gibt, um die gesamte Luftfahrtbranche zu versorgen. „Eine zumindest denkbare Alternative, die dieses Problem vielleicht lösen könnte, ist Treibstoff auf Basis von Algen – bei dem gibt es aber noch mehr ungeklärte Fragen“, so Balsmeyer.

Nur Klein-Klein

Sofortiges Handeln vom Staat fordert die Luftverkehrsbranche in Sachen einheitlicher europäischer Luftraum. Die derzeitige Organisation der verschiedenen ­nationalen Flugsicherungen führt zu Umwegen von durchschnittlich 50 Kilometern pro Flug. Direktere Routen könnten die Emissionen um bis zu zwölf Prozent reduzieren, heißt es.

Auch beim Warten der Triebwerke oder beim Betrieb der Flugzeuge am Boden lassen sich hier und da ein paar hundert Liter Kerosin sparen. „Die Anstrengungen der Branche sind zwar gut und richtig, verlieren sich aber im Klein-Klein“, sagt Balsmeyer. Sie reichten nicht aus, um die grundsätzlichen Umweltprobleme zu lösen, die der Luftverkehr verursacht.

Bei einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von viereinhalb Prozent wird sich das weltweite Luftverkehrsaufkommen in den kommenden 15 Jahren verdoppeln – und bis 2050 sogar versechsfachen. Selbst Optimisten bezweifeln daher, dass die internationale Luftfahrtbranche ihre selbst gesteckten ambitionierten Klimaschutzziele erreichen kann.

Denis Dilba

fairkehr 4/2020