CH: Klimaneutrales Fliegen: Ist das möglich?

DMZ –  WISSENSCHAFT / KLIMA / MM ¦ AA ¦           

Villigen - Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben eine Untersuchung durchgeführt, um herauszufinden, ob und wie der Flugverkehr bis 2050 klimaneutral werden kann. Ihre Ergebnisse zeigen, dass allein der Ersatz von fossilem Kerosin durch nachhaltige Treibstoffe nicht ausreicht. Zusätzlich zur Treibstoffumstellung ist eine Reduzierung des Flugverkehrs erforderlich. Die Ergebnisse der Studie wurden heute im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

Die EU und die Schweiz haben das Ziel, bis 2050 klimaneutral zu werden. Da der Flugverkehr für 3,5 Prozent der globalen Klimaerwärmung verantwortlich ist und die Treibhausgasemissionen pro Passagier- oder Frachtkilometer zwei- bis dreimal höher sind als in anderen Verkehrssektoren, wird erwartet, dass der Luftverkehr seinen Beitrag leistet. Die Internationale Zivilluftfahrtorganisation ICAO und viele Fluggesellschaften haben angekündigt, bis 2050 die CO2-Emissionen auf null zu reduzieren oder klimaneutral zu werden.

In ihrer Studie haben die Forscher des PSI und der ETH Zürich untersucht, ob und wie dieses Ziel erreicht werden kann. "Eine wichtige Frage ist, was mit 'null CO2' oder 'Klimaneutralität' genau gemeint ist", sagt Romain Sacchi vom Labor für Energiesystemanalyse am PSI, einer der Hauptautoren der Studie. Wenn nur die CO2-Emissionen des Flugverkehrs selbst betrachtet werden, ist das zu kurz gedacht, ergänzt Viola Becattini von der ETH Zürich, Co-Autorin der Studie. Denn wenn man davon ausgeht, dass das Flugaufkommen weiterhin wie bisher steigt, machen die reinen CO2-Emissionen der Flüge laut den Berechnungen nur etwa 20 Prozent der gesamten Klimaauswirkungen aus. Um den gesamten Flugbetrieb klimaneutral zu machen, dürfen sowohl die Treibstoffproduktion als auch die gesamte Luftfahrtinfrastruktur das Klima nicht weiter belasten.

Die Studie ergab jedoch, dass die bisherigen Maßnahmen zum Klimaschutz im Flugverkehr bis 2050 dieses Ziel nicht erreichen können. "Neue Antriebe, klimaschonende Treibstoffe und die Abscheidung von CO2 aus der Atmosphäre (Carbon Capture and Storage, CCS) allein werden uns nicht ans Ziel bringen", sagt Marco Mazzotti, Professor für Verfahrenstechnik an der ETH Zürich. "Wir müssen zusätzlich den Flugverkehr reduzieren."

Nicht-CO2-Effekte spielen eine wichtige Rolle

Die Forscher haben verschiedene Szenarien untersucht. Dabei stellten sie fest, dass die Klimaauswirkungen der Infrastruktur, wie Flugzeugbau und Flughafenbetrieb, insgesamt geringer sind, aber dennoch berücksichtigt werden müssen. Die Klimaauswirkungen des Fliegens selbst und der Treibstoffherstellung sind weitaus größer. Bisher wurden jedoch die sogenannten Nicht-CO2-Effekte, die neben den CO2-Emissionen auftreten, oft vernachlässigt. Diese umfassen Russpartikel, Stickoxide, Methan, Ozon, Wasserdampf und Kondensstreifen, die zur Bildung von Zirruswolken in der oberen Atmosphäre führen. "Diese Faktoren wurden in vielen Analysen und Netto-Null-Verpflichtungen bisher nicht berücksichtigt oder falsch berechnet", sagt Romain Sacchi.

Diese Nicht-CO2-Effekte wurden in der Studie berücksichtigt, indem sie in CO2-Äquivalente umgerechnet wurden, um sie in die Bilanz einzubeziehen. Dabei ergab sich ein wichtiger Unterschied zu den CO2-Emissionen: Die Nicht-CO2-Effekte sind kurzlebiger, während CO2 über Tausende von Jahren in der Atmosphäre bleibt und als Treibhausgas wirkt. Die Forscher betonen, dass durch den zunehmenden Flugverkehr immer mehr kurzlebige Klimatreiber emittiert werden, die sich in der Atmosphäre ansammeln und über längere Zeiträume wirksam sind. Um den Klimaeffekt des Flugverkehrs zu reduzieren, ist es daher notwendig, den Flugverkehr einzuschränken.

Klimaschonender Treibstoff allein reicht nicht aus - aber er hilft

Die Forscher haben auch klimaschonende Treibstoffe untersucht, die die herkömmlichen kerosinbasierten Antriebe ersetzen könnten. Dazu zählen Elektrobatterien, Brennstoffzellen oder die direkte Verbrennung von Wasserstoff. Diese Technologien sind jedoch noch nicht reif für den breiten Einsatz in der Luftfahrt. Ein vielversprechender Ansatz ist nachhaltiger Flugtreibstoff (Sustainable Aviation Fuel, SAF), der künstliches Kerosin ist und herkömmliches Kerosin nahezu eins zu eins ersetzen kann, ohne dass Turbinen oder Flugzeuge umgebaut werden müssen.

SAF kann aus CO2 und Wasser hergestellt werden, wobei das CO2 aus der Luft eingefangen wird und der Wasserstoff durch Elektrolyse gewonnen wird. "Wenn die Prozesse ausschließlich mit erneuerbarer Energie betrieben werden, ist SAF nahezu klimaneutral", sagt Christian Bauer vom PSI-Labor für Energiesystemanalyse, der an der Studie beteiligt war. SAF ist jedoch aufgrund des höheren Energieaufwands zur Herstellung und der damit verbundenen Kosten teurer als herkömmliches Kerosin. Der Strombedarf und die Kosten für die CO2-Abscheidung machen SAF etwa vier- bis siebenmal teurer. Eine umfassende Nutzung von SAF würde also zu deutlich höheren Flugticketpreisen führen. Um das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, müssten die Fluggesellschaften den Flugverkehr jedes Jahr um 0,8 Prozent reduzieren, wenn sie bei fossilen Treibstoffen bleiben. Bei einem Umstieg auf klimaschonendere Treibstoffe, die auf erneuerbarer Energie basieren, wären jährliche Reduzierungsraten von 0,4 Prozent ausreichend.

Die Forscher betonen, dass es kein Wundermittel gibt, um die Klimaneutralität im Luftverkehr zu erreichen. Eine Kombination aus der Weiterentwicklung der Infrastruktur zur unterirdischen Speicherung von CO2, der Produktion von klimaschonenden Treibstoffen und einer Reduzierung des Flugverkehrs sei notwendig. Indem der Flugverkehr eingeschränkt wird, kann der Klimaeffekt des Fliegens tatsächlich in Richtung Null gedrückt werden.

Es wird erwartet, dass die Produktion von SAF im Laufe der Zeit effizienter und kostengünstiger wird. Zudem könnte sich der Strommix zur Herstellung von SAF verändern, was die Klimabilanz verbessern würde. Die Forscher betonen jedoch, dass eine signifikante Preiserhöhung für Flugtickets notwendig wäre, um die tatsächliche Klimawirkung umfassend auszugleichen.

Die Studie des Paul Scherrer Instituts und der ETH Zürich liefert wichtige Erkenntnisse für die Luftfahrtindustrie und zeigt, dass eine nachhaltige Transformation des Flugverkehrs notwendig ist, um die Klimaziele zu erreichen. Es bedarf einer Kombination aus technologischen Innovationen, einer Reduzierung des Flugverkehrs und einer Kostenanpassung, um das Ziel der Klimaneutralität zu verwirklichen.

Quelle: Paul Scherrer Institut