Organische Abfälle als Kerosin für Passagierflugzeuge

Passagierflugzeuge mit organischen Abfällen betreiben? US-Forschende haben nun nachgewiesen, dass dies theoretisch machbar ist und ihr Treibstoff die Standards der Branche erfüllt.

Die zivile Luftfahrt gilt in Umweltfragen nicht gerade als Vorbild. Weltweit verursacht der Sektor einen erheblichen Anteil der Treibhausgasemissionen – beim CO₂ sind es laut der Air Transport Action Group „etwa 2 %“. Seit einigen Jahren entstehen zahlreiche Ansätze, um die zivile Luftfahrt umweltfreundlicher zu gestalten: Wasserstoffantriebe, angepasste Flugrouten zur Vermeidung von Kondensstreifen oder synthetische Kraftstoffe wie HEFA.

Bislang konnte jedoch keine dieser Lösungen Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz überzeugend vereinen, weshalb die Branche weiterhin nach dem richtigen Ansatz sucht. Dieser könnte aus der Arbeit von Ingenieuren der University of Illinois Urbana–Champaign hervorgehen. Sie haben einen Weg gefunden, Lebensmittelabfälle in echten Flugzeugtreibstoff umzuwandeln. Ihre Studie erschien am 30. Oktober in der Fachzeitschrift Nature Communications – ein in der Geschichte der zivilen Luftfahrt völlig neuartiger Vorschlag.

Unsere Abfälle: Kerosin der Zukunft?

Für Yuanhui Zhang, Ingenieur an der University of Illinois und Leiter der Studie, ging es weniger darum, einen „Wunderkraftstoff“ zu entwickeln. Vielmehr wollte er zeigen, dass organisches Material chemisch mit fossilem Kerosin konkurrieren kann. „In einer linearen Wirtschaft produzieren wir, verbrauchen wir und werfen dann weg. In diesem Projekt gewinnen wir Energie und Materialien zurück, um ein nützliches Produkt zu schaffen“, erläutert er.

Dieses „fehlende Glied im Kreislaufparadigma“, wie Zhang es nennt, beruht auf einem bereits anerkannten und insbesondere in der Geochemie weit verbreiteten Verfahren: der hydrothermalen Verflüssigung (hydrothermal liquefaction, HTL). Dabei wird innerhalb weniger Stunden nachgebildet, wofür die Erde Millionen Jahre benötigt: die Umwandlung organischer Stoffe in Rohöl.

Von Lebensmittelresten zu biobasiertem Kerosin

Dafür sammelte das Forschungsteam Rückstände aus der Lebensmittelproduktion in Betrieben der Lebensmittelindustrie und setzte sie anschliessend extremer Hitze und hohem Druck aus. Auf diese Weise entstand ein biologisches Rohöl, das aus einer Mischung aus Ölen, Wasser und kohlenstoffhaltigen Verbindungen besteht und anschliessend noch raffiniert werden muss.

Das gewonnene Öl wurde danach einer katalytischen Raffination unterzogen, dem sogenannten Hydrotreating, bei dem Kobalt und Molybdän eingesetzt werden. Beide Metalle verwendet auch die Erdölindustrie, um Verunreinigungen herauszufiltern. Dieser Arbeitsschritt entfernt Wasser, Salze und Asche ebenso wie unerwünschte Atome, darunter Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff, die den Verbrennungsvorgang beeinträchtigen würden. Am Ende steht biobasiertes Kerosin, das sich nicht von herkömmlichem Flugzeugtreibstoff unterscheidet.

Luftfahrt: Bereit für die Abkehr vom Erdöl?

Dieses Kerosin erfüllt zudem sämtliche Vorgaben der beiden massgeblichen Institutionen der Branche: der American Society for Testing and Materials (ASTM) und der Federal Aviation Administration (FAA). Die Leistung ist bemerkenswert, denn nur wenige biobasierte Kraftstoffe erfüllen von Anfang an die gemeinsamen Standards beider Organisationen, die zu den strengsten Prüfverfahren weltweit zählen.

Danach stellt sich die besonders schwierige Frage der industriellen Umsetzbarkeit. Einige Dutzend Liter Biokraftstoff im Labor herzustellen, ist etwas völlig anderes, als ganze Flotten von Passagierflugzeugen damit zu versorgen. Der von den Ingenieuren entwickelte Treibstoff mag funktionieren, doch seine Einführung in einer extrem stark regulierten Branche wird nicht einfach sein. Die Luftfahrtindustrie folgt strengen Zertifizierungs- und Zuverlässigkeitsvorgaben und ist vermutlich das Umfeld, das am wenigsten Raum für Experimente bietet.

„Unsere Arbeit besteht darin, wissenschaftliche und ingenieurtechnische Probleme zu lösen. Die Industrie muss dann übernehmen“, sagt Zhang treffend. Wissenschaftliche Fortschritte allein lassen keine Flugzeugtriebwerke laufen: Sie brauchen ausreichendes Kapital und zumindest ein gewisses Engagement der Industrie.

Damit die Arbeit von Zhang und seinem Team irgendwann praktisch eingesetzt wird, werden daher Zeit, Investitionen und industrielles Engagement nötig sein. Es wäre bedauerlich, wenn ihr Kerosin im Prototypstadium verharrte, obwohl nachhaltige Biokraftstoffe (SAF) dieser Art ihr Potenzial bereits unter Beweis gestellt haben. Bei breiter Einführung könnten sie den CO₂-Fussabdruck von Flügen um bis zu 80 % senken und zugleich mit vorhandenen Triebwerken sowie bestehenden Logistikketten kompatibel bleiben. Wenn Fluggesellschaften ihre Flugzeuge in den kommenden Jahrzehnten weiter betreiben wollen, bleibt ihnen ohnehin keine Wahl: Sie müssen lernen, ohne Erdöl auszukommen – ob sie wollen oder nicht.