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Alternative Treibstoffe halten Einzug in die Passagierluftfahrt – Qatar Airways machte soeben den Anfang

Qatar Airways hat Mitte Oktober den weltweit ersten Passagierflug eines mit Kraftstoff aus Erdgas betankten Verkehrsflugzeugs absolviert. Der historische Flug von London-Gatwick nach Doha wurde von einem Airbus A340-600 zurückgelegt. Die Kraftstoffmischung bestand je zur Hälfte aus synthetischem GTL-Kerosin (GTL steht für Gas to liquids) und aus herkömmlichem Kerosin auf Mineralölbasis – quasi ein fliegender Cuvée, wobei in diesem Fall statt edlem Wein ein sauberer und energieeffizienter Kraftstoff das Ergebnis ist.

Der Flug von London nach Doha war der letzte Schritt in einem bislang über zweijährigen wissenschaftlichen Projekt zur Erforschung von „GTL Jet Fuel“ als Kraftstoff zur Betankung von Verkehrsflugzeugen. An dem Projekt beteiligt war ein Konsortium aus Airbus, Qatar Airways, Qatar Petroleum, Qatar Science & Technology Park, Rolls-Royce, Shell und WOQOD. Damit hat Qatar die Nase vorn in einer Entwicklung, welche die Weltluftfahrt in den kommenden Jahren stark prägen wird. Diese ist bis dato nahezu vollständig vom Kerosin als Treibstoff abhängig, mit allen Vor- und Nachteilen, die daraus resultieren.

Denn das durch Destillation aus Erdöl gewonnene Kerosin ist von seinen Eigenschaften her der ideale Treibstoff für den Luftverkehr. Es zeichnet sich durch extrem hohe Energiedichte aus, was sich positiv im Gewicht der Flugzeuge niederschlägt. Zudem hat es einen sehr niedrigen Frostpunkt. Dadurch ist der Treibstoff auch für Flughöhen von 10.000 bis 12.000 Meter geeignet.

Die CO2-Emissionen stellen allerdings eine der Kehrseiten der Kerosin-Medaille dar. Eine weitere ist  der steigende Preis. Deshalb wird mit Hochdruck an Treibstoff-Alternativen gearbeitet, die nicht oder nur zum Teil auf Erdöl basieren. Diese müssen allerdings in ausreichender Menge verfügbar sein (der weltweite Kerosinverbrauch lag im Jahr 2004 bei rund 200 Millionen Tonnen, bis 2015 soll er auf 285 Millionen bis 309 Millionen Tonnen zunehmen), zu vertretbaren Kosten produziert werden und die Zulassung für den Luftverkehr erhalten können. Eine verhältnismäßig praktikable Lösung stellt dabei das „Blending“ dar, die Streckung konventionellen Kerosins mit einem alternativen Treibstoff.

Der von Qatar mit Partnern beschrittene Weg ist dabei nur einer von mehreren. Denn als Ausgangsstoffe dazu kommen neben Erdgas auch Biomasse (BTL, Biomass to Liquid) und Kohle in Frage.

Als Grundstoff für BTL (es gehört zu den Biokraftstoffen der zweiten Generation) eignet sich jede Art Biomasse, von Raps und Zuckerrohr über Stroh und Restholz bis hin zu Algen. Der Vorteil: Die Kraftstoffeigenschaften lassen sich gezielt den heutigen und künftigen Erfordernissen der Triebwerks- und Motorentechniken anpassen. BTL-Kraftstoffe sind zudem frei von Schwefel und nahezu frei von Aromaten. Und bei der Verbrennung wird nur jene Menge Kohlendioxid freigesetzt, welche die Pflanzen für ihren Wachstumsprozess zuvor aus der Atmosphäre absorbiert haben. Die Entwicklung von BTL-Kraftstoffen ist aber noch nicht soweit gediehen, wie jene von GTL oder CTL (CTL, Coal to Liquid).
Bezüglich letzterer, also der Kohle-Vergasung, gibt es die längste Erfahrung. Der südafrikanische Erdöl- und Chemiekonzern Sasol stellt seit mehr als vierzig Jahren CTL-Kraftstoffe her. Das Unternehmen liefert am Johannesburg International Airport bereits 80 Prozent seines Kerosins mit einem CTL-Anteil von rund 40 Prozent aus. CTL-Treibstoffe haben im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin einen erheblich geringeren Schwefelgehalt. Die CO2-Bilanz ist allerdings deutlich schlechter, als bei GTL und vor allem als bei BTL, was für CTL bei den von der Luftfahrt gesteckten Klimazielen einen Ausschließungsgrund darstellen dürfte.

Eine wachsende Bedeutung gewinnen deshalb synthetische Kraftstoffe auf Erdgas-Basis (GTL, Gas to Liquid), wie jene von Qatar. Sie werden auf die gleiche Weise synthetisiert wie BTL. Mineralölkonzernen und Ländern mit hohen Gasvorkommen, also auch Qatar, gibt diese Technologie eine Lösung für das Transportproblem beim Erdgas in die Hand.

Zurzeit ist das GTL-Verfahren aber noch sehr energieaufwendig. Ein weiterer, deutlicher Nachteil von GTL im Vergleich zu BTL sind zudem die CO2-Emissionen, da es sich nach wie vor um einen fossilen Energieträger und nicht um einen nachwachsenden Rohstoff handelt.

Auch Wasserstoff ist für den Luftverkehr ein potenzieller Energieträger. In zurückliegenden Jahrzehnten hat es mehrere Versuche gegeben, Wasserstoff als Treibstoff in Strahltriebwerken einzusetzen. Besonders populär war dabei die sowjetische Tupolev TU154 Ende der 1980er-Jahre, die mit flüssigem Wasserstoff und flüssigem Erdgas betankt wurde.

Größter Vorteil von Wasserstoff ist der auf das Gewicht bezogene hohe Energiegehalt: Bei gleichem Energiegehalt ist Wasserstoff 2,8-mal leichter als Kerosin – allerdings auch 4,1-mal voluminöser. Aufgrund des großen Volumens und der zudem nötigen Kühlung des Wasserstoffes auf minus 253 Grad Celsius stellt die Treibstoffspeicherung eine große Herausforderung dar, denn die gesamte Flugzeugarchitektur wäre entsprechend zu ändern.

Pionier beim GTL-Kerosin

Ein Großteil der Projektarbeit bei der Entwicklung von GTL-Kerosin wird im Qatar Science & Technology Park in Doha geleistet. Dort will man künftig verstärkt wirtschaftlichen Nutzen aus der Entwicklung ziehen: das Emirat wird nach Inbetriebnahme einer gemeinsam mit Shell errichteten GTL-Großanlage (ca. eine Million Tonnen GTL-Kerosin pro Jahr) im Jahr 2012 der weltweit führende Hersteller von GTL-Kerosin sein.
Airbus geht davon aus, dass im Jahr 2030 bis zu 30 Prozent des Kerosins aus alternativen Quellen stammen werden. ASTM International (ursprünglich American Society for Testing and Materials) hat im letzten Monat GTL Jet Fuel mit einem GTL-Kerosin-Anteil von bis zu 50 Prozent ohne Einschränkungen für den Einsatz in der Verkehrsluftfahrt zugelassen.