Geschäftsleute und Politiker tun es, Touristen tun es, sogar Klimaforscher: Sie reisen mit dem Flugzeug und tragen so zur globalen Erwärmung bei, weil die Jets Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO₂) ausstoßen. Der umweltbewusste Reisende versucht, sein Gewissen zu beruhigen, indem er ein paar Euro für ein CO₂-Ausgleich-Projekt spendiert. Und fragt sich trotzdem, ob die ölabhängige Luftfahrt eine Zukunft in der grünen Welt von morgen haben kann.

Die mehr als 25.000 Verkehrsmaschinen, die weltweit im Einsatz sind, tragen bereits rund 2,5 Prozent der Treibhausgase zum Klimawandel bei. Das ist zwar nur ein Sechstel dessen, was die immense Autoflotte des Planeten aus den Auspuffen bläst. Doch die Aussichten sind beunruhigend: Nach Berechnungen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ( DLR ) könnte sich die Zahl der Passagierkilometer bis 2050 gegenüber dem Jahr 2000 versechsfachen – in den bevölkerungsreichen Schwellenländern China, Brasilien und Indien entdecken die neuen Mittelschichten den Komfort des Fliegens. Es muss etwas passieren, das hat auch die Luftfahrtindustrie erkannt. Entweder sie wird irgendwann von Klimapolitikern zur Kasse gebeten. Oder sie schafft es, das Fliegen umweltfreundlicher zu gestalten. Aber kann sie rechtzeitig gegensteuern? Und ist Fliegen und Klimaschutz nicht ein Widerspruch in sich?

Laut Rainer von Wrede, der in Toulouse die Umweltforschung des Airbus-Konzerns leitet, sind die großen Hersteller auf dem richtigen Weg. »Vor 40 Jahren verbrauchte ein Linienflugzeug dreimal so viel Kerosin wie heute«, sagt er. Die Hersteller, allen voran die Marktführer Airbus und Boeing , arbeiten hartnäckig daran, ihre Flugzeuge leichter und effizienter zu machen. Schon allein aus wirtschaftlichen Gründen: Der Treibstoffverbrauch ist für die Fluglinien ein großer Kostenfaktor und hängt wesentlich vom Gewicht ab. Schon heute bestehen Rumpf und Tragflächen nicht mehr aus reinen Metallblechen, sondern aus leichten Verbundwerkstoffen. Die Kombination von Aluminium und Glasfaser im oberen Teil des Rumpfes ist für moderne Maschinen bereits Standard.

Im November lieferte Boeing eine Plastikvariante seines neuen Superjumbos 787 an All Nippon Airways aus: Rumpf und Tragflächen sind erstmals vollständig aus einem karbonfaserverstärkten Kunststoff gefertigt, was das Flugzeug 15 Prozent leichter gegenüber der gängigen Bauweise macht. Auch das Leichtmetall Aluminium kann noch Gewicht abgeben, wenn man es, wie Airbus es machte, mit Lithium mischt. Massive Teile könnten demnächst aus Metallschäumen hergestellt werden, die wenig wiegen, aber genauso stabil sind. Als Faustregel gilt, dass jedes eingesparte Kilogramm während eines normalen Betriebsjahrs drei bis vier Tonnen Kerosin einspart. Das entspricht etwa dem Treibstoffverbrauch eines voll besetzten Airbus 321-200 auf der Strecke von Hamburg nach München .

Dank neuer Materialien und sparsamerer Triebwerke hat die Luftfahrtindustrie den Verbrauch pro transportiertem Kilogramm Gewicht seit 1990 um durchschnittlich zwei Prozent pro Jahr reduziert. »Diese Verbesserung wird durch das Wachstum des Luftverkehrs insgesamt zunichtegemacht«, sagt Werner Reh, Flugverkehrsexperte des Bundes Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND). Tatsächlich ist der Treibstoffverbrauch der gesamten Flugzeugflotte seit 1990 um zwei bis drei Prozent pro Jahr gestiegen. Selbst Einbrüche wie nach den Anschlägen am 11. September 2011 und im Krisenjahr 2009 haben den Trend nicht gestoppt.

"Smart Routing" und Biosprit

Mit jedem Kilogramm Kerosin, das verbrannt wird, gelangen über drei Kilogramm Kohlendioxid, mehr als ein Kilogramm Wasserdampf und bis zu 16 Gramm Stickoxide in die Atmosphäre. Nicht nur das CO₂ heizt den Treibhauseffekt an, die Stickoxide sind fast ebenso problematisch. Aus dem Wasserdampf wiederum bilden sich die Kondensstreifen. Deren Wirkung wurde lange unterschätzt, wie neue Untersuchungen des DLR zeigen. In besonders kalten und feuchten Atmosphärenschichten fransen sie zu künstlichen Zirruswolken aus, die zehnmal stärker zur Erwärmung der Atmosphäre beitragen als frische Kondensstreifen und sich länger halten.

Allerdings können die künstlichen Zirruswolken das Fliegen auch ökologischer machen. Denn unter bestimmten Umständen haben sie nachts einen abkühlenden Effekt. »Wir schlagen deshalb ein Smart Routing vor«, sagt Ulrich Schumann, Direktor des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre . Dabei werden die Routen während des Fluges an die aktuelle Wetterlage angepasst: Die Piloten durchfliegen gezielt Luftschichten, in denen Kondens-Zirruswolken kühlend wirken, während sie vor sehr kalten, feuchten Luftschichten die Flughöhe wechseln, um diese zu umgehen. Dank Satellitennavigation, Wetterbeobachtung und Computertechnik wäre das möglich. Das DLR entwickelt ein Computermodell, mit dem Smart Routing in einigen Jahren umgesetzt werden könnte.

Sollte der Luftverkehr aber so drastisch zunehmen wie vorhergesagt, dann dürfte die große Wende zu weniger Klimaschäden durch das Fliegen damit ebenso wenig gelingen wie mit leichteren Flugzeugen – zumal viele ältere Maschinen noch Jahrzehnte in Dienst bleiben werden. Die EU hat das Ziel ausgegeben, den CO₂-Ausstoß des Flugverkehrs bis 2020 im Vergleich zu 2005 um zehn Prozent zu senken. Das geht nur, wenn man beim Kraftstoff selbst ansetzt.

»In der Luftfahrt gibt es keine Alternative zum Verbrennungsmotor«, sagt Peter Schneckenleitner, Umweltsprecher der Lufthansa . Die Konzerne haben sich deshalb mit einer Idee angefreundet, die in der Autoindustrie längst umgesetzt ist: dem Einsatz von Biokraftstoff. 2011 hat die Lufthansa in einem sechsmonatigen Test auf der Strecke Frankfurt–Hamburg einen Airbus erstmals zur Hälfte mit Biokerosin betankt . »Wir sind sehr zufrieden«, sagt Schneckenleitner. »Es gab keine technischen Probleme, und der Verbrauch war sogar etwas geringer als angenommen.«

Das Argument für Biosprit ist bekannt: Unterm Strich würde kein CO₂ in die Atmosphäre eingebracht, weil der Treibstoff aus Pflanzen gewonnen wird, die das CO₂ für ihr Wachstum zuvor der Luft entzogen haben. Doch die Realität sieht anders aus. Die Ökobilanzen sind oft ernüchternd: Dünger, Erntemaschinen und die Umwandlung der Pflanzenmasse in Kraftstoff benötigen ihrerseits Energie, bei deren Gewinnung wieder CO₂ ausgestoßen wird. Hinzu kommen Brandrodungen für neue Anbauflächen in Ländern wie Brasilien oder Indonesien , die manche Ökobilanz gar schlechter als die von fossilen Kraftstoffen machen. Und obendrein ging bereits wertvolles Ackerland für die Nahrungsmittelproduktion verloren, weil nun Energiepflanzen angebaut werden – allein in den USA entfällt die Hälfte des Maisanbaus auf die Produktion von Bioethanol.

Der Luftfahrtindustrie kommt zugute, dass sich Biosprit aus Agrarpflanzen wie Mais, Zuckerrohr oder Raps für Flugzeuge nicht eignet. Bioethanol hat eine deutlich geringere Energiedichte als Kerosin, und Biodiesel wäre in großen Flughöhen bei Temperaturen von minus 30 bis minus 40 Grad Celsius längst wächsern. Die besten Kandidaten für Biokerosin sind ölhaltige Pflanzen wie Leindotter, Purgiernuss (Jatropha) und Algen. Leindotter könnte im Wechsel mit Getreide angebaut werden, was dem Ackerboden guttäte. Jatropha gedeiht theoretisch auch auf Flächen, die sich nicht für die Landwirtschaft eignen, obwohl die Erträge dann gering sind. Und Algen lassen sich in Tanks züchten. Treibstoff aus diesen Pflanzen könnte den CO₂-Ausstoß beim Fliegen um bis zu 80 Prozent senken.

»Wenn es nach uns ginge, würden wir so schnell wie möglich mit 100 Prozent Biosprit fliegen«, sagte Paul Steele, Umweltdirektor der Luffahrtorganisation IATA , im Sommer 2011. Bislang gibt es aber nicht hinreichend Energiepflanzen und bei Weitem nicht genug Raffinerien für das Biokerosin. Allein um die Lufthansa-Flotte mit Sprit aus Leindotter oder Jatropha zu versorgen, wäre eine Anbaufläche von etwa der Größe Niedersachsens nötig. Für den globalen Luftverkehr wäre der Flächenbedarf gigantisch. Deshalb hält BUND-Experte Reh – anders als seine Kollegen von der US-Umweltorganisation Friends of the Earth – Biokerosin nicht für die rettende Lösung. »Mit fossilem Sprit fliegen wir gegen die Wand, mit Biosprit auch«, sagt Reh und plädiert dafür, den »inflationierten« Flugverkehr erst einmal deutlich zu reduzieren, etwa indem auf internationale Flüge eine Mehrwert- und auf Kerosin eine Kraftstoffsteuer erhoben wird.

Allerdings bekommt man ein Flugzeug nicht nur in die Luft, indem man Treibstoff verbrennt. Eine kleine Gemeinde von Ingenieuren und Aeronautikern arbeitet seit 20 Jahren daran, mit der Kraft von Elektromotoren abzuheben – und hat dabei beachtliche Fortschritte erzielt. »Grundsätzlich ist ein elektrischer Antrieb für ein Flugzeug kein Problem«, sagt Rudolf Voit-Nitschmann, Luftfahrtingenieur an der Universität Stuttgart. Er hat mit Mitarbeitern und Studenten die eGenius entwickelt: eine elektrisch betriebene Propellermaschine, die bei der Nasa Green Flight Challenge im Oktober 2011 den zweiten Platz belegte. »Wir können mit heutiger Technik mit einem Elektroflugzeug dieselbe Steig- und Reisegeschwindigkeit erreichen wie mit einer herkömmlichen zweisitzigen Maschine«, sagt Voit-Nitschmann.

Solarenergie und Wasserstoff

Elektromotoren haben gegenüber Verbrennungsmotoren den Vorteil, dass sie nicht unmittelbar Abgase produzieren. Ihr Wirkungsgrad ist mit 90 Prozent dreimal höher als der von konventionellen Triebwerken, sie sind kompakter und beschleunigen schneller. Weil sie ein hohes Drehmoment besitzen, können sie auch einen großen Propeller antreiben, der effizienter ist als ein kleiner, schnell rotierender Propeller. Bei der eGenius ist er nicht am Bug, sondern am Heck angebracht, sodass die Rotorblätter nicht die Luft verwirbeln, die das Flugzeug umströmt. Der Luftwiderstand ist dadurch geringer.

Zwei entscheidende Hindernisse gibt es jedoch: Die Lithium-Ionen-Akkus – die auch in mobilen Computern stecken – sind noch sehr schwer, und die Energiemenge pro Kilogramm beträgt gerade einmal fünf Prozent von dem, was in Kerosin gespeichert ist. Die Elektroflieger kommen mit einer Ladung zurzeit nicht weiter als 400 Kilometer. »Mit Elektromotoren große Transportflugzeuge zu betreiben ist auf absehbare Zeit nicht möglich«, sagt Voit-Nitschmann. Zwar ist nicht ausgeschlossen, dass Batterien in den kommenden Jahren noch besser werden und irgendwann zehnmal so viel elektrische Energie fassen. Doch selbst dann wäre bestenfalls denkbar, dass sie kleine Business-Maschinen für 15 Passagiere zum Fliegen bringen – die immerhin als Lufttaxis für einen neuen, leisen Regionalflugverkehr nutzbar wären.

Parallel zur Arbeit an leichteren und trotzdem stärkeren Akkus wird mit Brennstoffzellen und Solarzellen experimentiert. Die Schweizer Firma Solar Impulse um den Millionär Bertrand Piccard will im Sommer 2012 eine ausschließlich mit Sonnenenergie betriebene Propellermaschine auf die erste Weltumrundung schicken. Für die Solarzellen sind allerdings riesige Tragflächen nötig. Die sind, mit der beeindruckenden Spannweite von 63,40 Metern, bei dem kleinen Propeller-Prototyp genauso ausladend wie beim herkömmlichen Airbus-Modell A340. »Um eine A380 mit Solarzellen zu betreiben, brauchten Sie eine Flügelspannweite von einigen Kilometern«, sagt Airbus-Mann Rainer von Wrede. Solarflugzeuge werden deshalb in der zivilen Luftfahrt in absehbarer Zeit keine tragende Rolle spielen können.

Eine CO₂-freie Möglichkeit für große Flugzeuge gäbe es immerhin: Wasserstoff als Treibstoff. Das Gas verbrennt mit Sauerstoff zu Wasserdampf. »Die Umrüstung der Triebwerke wäre ohne großen Aufwand möglich«, sagt Rudolf Voit-Nitschmann. Um flüssigen Wasserstoff an Bord zu nehmen, müssten die Tanks jedoch viermal so groß wie heutige Kerosintanks sein. Das ginge in bestehenden Flugzeugen nur, indem Teile des Rumpfes geopfert, Fracht und Passagiere reduziert würden. Für die Umwelt wäre nur etwas gewonnen, wenn der Wasserstoff mithilfe von erneuerbarer Energie erzeugt würde – was derzeit nicht der Fall ist. Die Klimaproblematik der Kondensstreifen, die zur Erwärmung der Atmosphäre beitragen, würde jedoch wohl noch verschärft.

Die Ökorevolution am Himmel wird also auf sich warten lassen. Für den BUND-Experten Reh gibt es nur eine Konsequenz: »Wir werden aus Klimaschutzgründen nicht drum herumkommen, den europäischen Luftverkehr in den nächsten zehn, zwanzig Jahren zu halbieren.«