Alternative Kraftstoffe für eine umweltfreundlichere Luftfahrt

Die Luftfahrtbranche verzeichnete während der Corona-Pandemie in den Jahren 2020 bis 2022 weltweit einen deutlichen Einbruch. Mittlerweile hat sich die Luftfahrtindustrie erholt und die globalen Zahlen haben das Niveau vor der Pandemie nicht nur erreicht, sondern bereits übertroffen. Im weltweiten Vergleich stieg die Abflugrate zwischen 2024 und 2025 bereits um 4,5 %^1.

Entsprechend steigen die Nachfrage nach Treibstoffen und dem weltweite CO₂-Ausstoß. Bis 2030 wird der Luftverkehr für 3,5 % der weltweiten energiebezogenen CO₂-Emissionen verantwortlich sein.²

2021 verständigten sich Fluggesellschaften, Hersteller, Flugsicherungen und Flughäfen weltweit auf eine Klimaschutzstrategie und konkretisierten ein Ziel: Bis 2050 soll der weltweite CO₂-Ausstoß im Luftverkehr um 50 % reduziert werden. 

Im Sinne der Dekarbonisierung werden verschiedene Maßnahmen in Betracht gezogen, dazu zählen u.a. Antriebstechnologien auf elektrischer oder Wasserstoffbasis sowie nachhaltige Flugkraftstoffe, sog. SAF (Sustainable Aviation Fuel) zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen der Luftfahrt. Bei den SAFs handelt es sich um nachhaltiges Kerosin, welches das Kerosin mehr oder weniger fast eins zu eins ersetzen könnte, ohne dass Turbinen und Flugzeuge neu konstruiert werden müssen.

SAFs werden ohne die Verwendung von fossilen Ausgangsmaterialien wie Erdöl hergestellt, wie das im Gegensatz zu Kerosin üblich ist. Sie können aus biogenen Reststoffen wie Alt-Speiseölen oder Fetten hergestellt werden. Die Beimischung („Drop-in“) von kohlenstoffärmerem SAF zu fossilem Kerosin könnte bei der weltweiten Nachhaltigkeitsstrategie für den Luftverkehr von Bedeutung sein. Der nach der Kraftstoffspezifikation zulässige maximale Beimischungsanteil von SAF liegt derzeit bei 50 % – die Kraftstoffnormen sollen jedoch angepasst werden und bis 2030 auch den Einsatz von 100 % SAF ermöglichen.³

Die IEA (International Energy Agency) geht sogar davon aus, dass alternative Kraftstoffe bis 2030 etwa 10 % und bis 2040 etwa fast 20 % des weltweiten Bedarfs ausmachen werden.

Bis 2050 wären das zwischen 330-445 Mio. t an SAF.³

Quelle: www.iea.org/commentaries/are-aviation-biofuels-ready-for-take-off

Die ASTM International (American Society of Testing and Materials) hat insgesamt sieben Herstellungsverfahren für SAF nach der Norm D7655 zugelassen. Zu den bekanntesten zählen die folgenden aus den vier Verfahren:

1. Im sog. HEFA-Verfahren (Hydrogenated Esters and Fatty Acids), einem Verfahren, das aktuell am weitesten verbreitet ist (88 %), wird den pflanzlichen Ölen, tierischen Fetten oder Altspeiseölen das Wasser entzogen, um ein Öl zu enthalten. Dieses wird dann, ähnlich wie Rohöl, raffiniert.⁴
2. Beim Alcohol-to-Jet-Verfahren (AtJ) wird Biomasse zunächst in Ethanol und schließlich in Kraftstoff umgewandelt.
3. Bei der Fischer-Tropsch-Synthese wird ein Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt, aus denen dann wiederum Kerosin gewonnen werden kann. Beide Verfahren sind jedoch weniger verbreitet.
4. Ein sich aktuell noch im Entwicklungsstadium befindliches Verfahren ist das sog. Power-to-Liquid-Verfahren (PtL). Dieses setzt auf regenerativ erzeugte Energie aus Sonne oder Wind, CO₂ und Wasser. Dabei wird ein synthetisches Gas hergestellt, das wiederum mit der o.g. Fischer-Tropsch-Synthese Benzin oder Kerosin erzeugen kann.

Die Kostenunterschiede zwischen herkömmlichem Kerosin und nachhaltigen Kraftstoffen hinsichtlich Rohstoffkosten, Produktionstechnik und Skalenwirtschaft sind immens. Jedoch bieten staatliche Förderungen und private Projekte Anreize, die Produktion von SAF zu unterstützen. 

Laut Studien der ICAO (International Civil Aviation Organization) müssten bei einem vollständigen Ersatz des konventionellen Kerosins durch alternative Antriebsstoffe bis 2050 jährlich in etwa 170 neuen Produktionsanlagen investiert werden (etwa 15 bis 60 Milliarden US-Dollar pro Jahr).¹ Und dabei spielen die Sicherung der erforderlichen Rohstoffmengen, der Umbau von Versuchs- zu professionellen Produktionsanlagen sowie neue Lieferwege und wettbewerbsfähige Preise eine große Rolle.

Ein entscheidender Faktor für den Einsatz von SAF in der Flugindustrie liegt in der Qualität des alternativen Flugkraftstoffes. Insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen wie der Luftfahrttechnik ist die Einhaltung definierter Qualitätsstandards sowie international anerkannter Zertifizierungen zwingend erforderlich. 

Die elementare Zusammensetzung nachhaltiger Ausgangsstoffe – etwa verschiedener Biomassen oder Abfallfraktionen – unterliegt häufig starken Schwankungen, was die resultierenden Kraftstoffeigenschaften und deren Einhaltung spezifikationsrelevanter Qualitätsparameter unmittelbar beeinflusst. Die CHNOS-Analyse ist daher ein zentrales analytisches Verfahren zur Charakterisierung von SAF: Schwefel- und Stickstoffgehalte sind besonders kritisch, da sie zur Bildung unerwünschter Emissionen beitragen können und daher streng kontrolliert werden müssen. Stickstoff und Sauerstoff hingegen können die Verbrennungseigenschaften beeinflussen. 

Darüber hinaus lässt sich anhand der CHNOS-Werte auch der Heizwert berechnen – eine wichtige Kennzahl für die Energieeffizienz. Der Kohlenstoffgehalt wiederum erlaubt Rückschlüsse auf die CO₂-Emissionen bei der Verbrennung und dient somit der ökologischen Bewertung. Nicht zuletzt unterstützt die CHNOS-Analyse die Überwachung und Optimierung des Herstellungsprozesses von SAF.  Da nachhaltige Flugkraftstoffe nur dann tatsächlich zum Umwelt- und Klimaschutz beitragen können, wenn sie strenge Nachhaltigkeitskriterien erfüllen, ist ihre analytische Kontrolle von zentraler Bedeutung.