Kondensstreifen aus Flugzeugen erwärmen den Planeten – so können neue rußarme Kraftstoffe helfen

Ein blauer Himmel mit einer Kondensstreifenlinie und wispy Cirruswolken. Kondensstreifen verfolgen die Flugbahnen von Flugzeugen, können sich aber auch zu Zirruswolken ausbreiten. Daniel Albach/Shutterstock

Während die Luftfahrt für 2.4% aller Emissionen von der weltweiten Nutzung fossiler Brennstoffe hängen zwei Drittel der Erwärmungswirkung des Sektors von etwas anderem als seinen CO₂-Emissionen ab. Und einer der wichtigsten Beiträge der Luftfahrt zur globalen Erwärmung sind die Wolken, die Flugzeuge in der oberen Atmosphäre erzeugen.

Aber in einer neuen Studie, haben Forscher gezeigt, dass alternative Kraftstoffe zum Kerosin, das normalerweise in Flugzeugen verbrannt wird, helfen können.

In Reiseflughöhen, in denen die Atmosphäre kalt und feucht genug ist, bilden sich im Nachlauf von Flugzeugen Kondensstreifen (kurz für Kondensstreifen). Dabei handelt es sich um Wolken aus Eiskristallen, die zunächst aus den Ruß- und Wasseremissionen des Flugzeugtriebwerks entstehen – an einem klaren Tag haben Sie sie wahrscheinlich als weiße, geschwollene Streifen am Himmel gesehen. Wenn die Atmosphäre in großen Höhen besonders kalt und feucht ist, können diese linienförmigen Kondensstreifen viele Stunden dauern und sich zu riesigen Netzen aus Zirruswolken ausbreiten, die wie weiße Haarsträhnen aussehen.

Diese Wolken reflektieren die Strahlung der Sonne zurück in den Weltraum und kühlen die Atmosphäre, aber sie können auch von der Erde reflektierte Infrarotstrahlung einfangen. Dieser Prozess erwärmt letztendlich die Atmosphäre, da die Erwärmungswirkung die Abkühlung übersteigt. Das ist berechnet der größte aktuelle Erwärmungseffekt der Luftfahrt sein – fast doppelt so viel wie der historische CO₂-Ausstoß.

Die Reduzierung der Klimaauswirkungen der Luftfahrt durch Kondensstreifen wird von der Minimierung von Rußpartikeln aus Flugzeugabgasen abhängen. Früher waren die Abgasfahnen von Flugzeugen rauchig, da sie viel Ruß enthielten. Moderne Motoren sind darauf ausgelegt, die Schwere der Rußemissionen zu reduzieren, aber die Größe und Anzahl der sich bildenden Eiskristalle hängt von der großen Anzahl von Rußpartikeln ab. Mit der Reinigung von Flugzeugabgasen kann noch viel mehr erreicht werden – künftige Anstrengungen müssen sich auf den Treibstoff selbst konzentrieren.

Verunreinigungen wie Naphthalin, die natürlicherweise in fossilen Flugzeugtreibstoffen wie Kerosin vorkommen, werden als aromatische Verbindungen bezeichnet. Dies sind ringförmige chemische Strukturen aus Kohlenstoff, die die Bausteine ​​von Rußpartikeln bilden. Biokraftstoffe aus Pflanzen und Pflanzenabfällen sowie synthetischen Treibstoffen aus erneuerbarem Strom, Wasserstoff und CO₂ sollen den COXNUMX-Fußabdruck des Fliegens reduzieren.

Diese Kraftstoffe enthalten keine aromatischen Verunreinigungen, d.h weniger Rußpartikel werden beim Verbrennen erzeugt. In der neuen Studie fanden die Forscher heraus, dass sie während des Fluges auch weniger (aber größere) Eiskristalle in der Atmosphäre erzeugen. Dies wiederum führt dazu, dass die Kondensstreifen und die von ihnen gebildeten Zirruswolken die Erde weniger erwärmen.

Die Zukunft des Fliegens

Derzeit können Flugzeuge nur mit Kerosin oder Kerosin-Biokraftstoff-Mischungen tanken. Die Autoren des neuen Papiers fanden heraus, dass Mischungen aus Kraftstoffen mit geringen aromatischen Verunreinigungen die Eiskristallbildung um 50 bis 70 % reduzieren. In einem anderen Papier haben Forscher vorhergesagt dies würde einer Verringerung der gesamten Erwärmungswirkung von Kondensstreifen um etwa 20 bis 50 % entsprechen. Künftig dürften Flüge mit reinen Biokraftstoffen erlaubt sein, so dass die potenzielle Reduzierung der durch den Flugverkehr verursachten Erwärmung noch größer sein könnte.

Die Ergebnisse der neuen Studie deuten darauf hin, dass nachhaltige Kraftstoffmischungen eine Win-Win-Situation bieten, um den CO₂-Ausstoß der Luftfahrt und die Produktion von Kondensstreifen-Zirruswolken zu senken.

Andere Lösungen, wie der Elektroflug, dürften nur für sehr kurze Strecken möglich sein. Auch wasserstoffbetriebene Flugzeuge dürfen nur für mittlere Distanzen entwickelt werden. Beide Technologien werden mehr als ein Jahrzehnt brauchen, bis sie ausgereift sind, bevor sie in die globale Flugzeugflotte eingeführt werden können. Der Langstreckenflugverkehr wird voraussichtlich auf absehbare Zeit von flüssigen Kerosin-Treibstoffen abhängig sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Piloten Teile der Atmosphäre meiden, in denen sich Kondensstreifen eher bilden. Auf einer Flug-für-Flug-Basis würde eine Navigation, um diese Regionen zu vermeiden, jedoch mit ziemlicher Sicherheit die CO-Emissionen des Fluges erhöhen. Wettermodelle auch kann nicht vorhersagen die Bereiche, in denen sich Kondensstreifen mit ausreichender Genauigkeit bilden.

Natürlich werden die finanziellen Kosten für die Entwicklung und den Vertrieb von Biokraftstoffen und synthetischen Kraftstoffen in ausreichendem Umfang wahrscheinlich hoch sein und die Flugkosten erhöhen. Aller Wahrscheinlichkeit nach müssen die Regierungen einen Ausstieg aus fossilem Kerosin vorschreiben und den Fluggesellschaften große Anreize zum Umstieg bieten. Aber die Zeit drängt, das Fliegen zu dekarbonisieren, und dies ist eine wirksame Option, die Fluggesellschaften sofort entwickeln können, um die Gesamtklimabelastung der Branche zu verringern.

Über den Autor

David Simon Lee, Professor für Atmosphärenwissenschaften, Gruppenleiter Luftfahrt und Klimaforschung, Manchester Metropolitan University

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