In der Luft ist es wie am Boden: Die CO2-Emissionen müssen runter. Auf den Verkehr entfällt fast ein Drittel der gesamten CO2-Emissionen in der EU. 13,5 Prozent verursacht die zivile Luftfahrt, wie die Europäische Umweltagentur für 2016 errechnet hat. Das Flugzeug steht besonders in der Kritik, weil unter allen Verkehrsarten beim Fliegen die größte Menge Treibhausgase pro Personenkilometer emittiert wird: laut Umweltbundesamt ein Viertel mehr als mit dem Auto. Weil wir immer öfter fliegen, nehmen auch die schädlichen Emissionen ständig zu. Doch alternative Triebwerke und synthetische Treibstoffe könnten emissionsfreies Fliegen ermöglichen.

An alternativen Antrieben für kleine Passagierflugzeuge und kurze Strecken forscht das Institut für Flugzeugbau an der Universität Stuttgart im Projekt e-Genius. Ein so benanntes zweisitziges Flugzeug flog schon 2015 rein batterieelektrisch von Stuttgart nach Mailand über die Alpen. "Wir haben in Italien zu Mittag gegessen, währenddessen Strom getankt und sind am selben Tag zurückgeflogen", sagt Ingmar Geiß, verantwortlich für den elektrischen Antrieb des Flugzeugs. Luftlinie beträgt die Strecke einfach 325 Kilometer, die maximale Reichweite des Flugzeugs liegt bei 400 Kilometern. "Batterieelektrische Antriebe funktionieren mit heutiger Technologie schon ganz gut bei zweisitzigen Flugzeugen", sagt Geiß. Derzeit wird die e-Genius auf einen seriellen Hybridantrieb umgebaut: Eine kleine Batterie dient lediglich dem Start, angetrieben wird das Flugzeug von einem Dieselgenerator.

Die saubere Alternative zum Dieselgenerator ist eine Brennstoffzelle: kein Kohlendioxid, keine Stickoxide, keine Partikel – diese Technik ist frei von schädlichen Emissionen. Vorausgesetzt, der Wasserstoff wird mit grünem Strom hergestellt. 

Brennstoffzellenantriebe erfordern neue Flugzeugkonfigurationen. Anstatt Kerosin in den Flügeln wird der Wasserstoff im Rumpf gelagert, und unter den Flügeln hängen mehrere kleine Elektromotoren anstatt zwei oder vier großer Triebwerke. Diese Antriebstechnologie kann dem Klima am meisten helfen, weil sie sich für alle Distanzen der Luftfahrt eignet: Zunächst für Kurz- und Mittelstrecken, nach technologischer Weiterentwicklung sogar für Langstreckenflüge. "Kurz- und Mittelstrecken sind die am weitesten verbreiteten Flüge. Deshalb machen sich Veränderungen im Antrieb für diese Flugzeuge auf die Umwelt schnell und deutlich positiv bemerkbar", sagt Jörg Sieber, Leiter Innovationsmanagement beim deutschen Triebwerkhersteller MTU Aero Engines in München. Für Kurz- und Mittelstreckenflieger arbeiten die Münchner bereits an einer Brennstoffzelle, 2050 könnten erste Maschinen mit diesem Antrieb abheben, sagt Sieber.

Kerosin ohne schädliche Emissionen

Bis dahin können Biotreibstoffe helfen, schädliche Emissionen zu reduzieren. Sie basieren auf Pflanzenölen und werden mit fossilem Sprit vermengt. Doch nur wenige Airlines mischen sie ihren Treibstoffen bei – obwohl der CO2-Ausstoß um 60 bis 80 Prozent geringer ist und die Rußemissionen nur die Hälfte betragen. Einer der Gründe: "Weil der Biosprit im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin viel teurer ist, tanken nur wenige Airlines grünes Kerosin", sagt Sieber.

Eine Alternative zum Biosprit ist synthetisches Kerosin, Power-to-Liquid genannt. Es verbrennt ohne schädliche Emissionen. Hergestellt wird es mittels überschüssiger Energie, die also in verbrauchsschwachen Zeiten zur Verfügung steht. Ein Problem der Energiewende ist nämlich, dass Strom aus Wind und Sonne oft dann erzeugt wird, wenn der Bedarf gering ist. Strom lässt sich aber nicht in großen Mengen speichern. Sinnvoll ist, damit synthetisches Rohöl herzustellen und daraus Kraftstoffe wie Kerosin. "So ist der Energie- als auch der Mobilitätswende geholfen", sagt Professor Roland Dittmeyer, Leiter des Instituts für Mikroverfahrenstechnik am Karlsruher Institut für Technologie. Sein Institut hat gemeinsam mit Partnern eine Anlage entwickelt, in der durch Ökostrom aus CO2 synthetisches Kerosin entsteht. Vor wenigen Tagen wurde das erste Fass abgefüllt.

"Künstliches Kerosin kann bis zu 50 Prozent fossilem Kerosin beigemischt werden, ohne dass an Flugzeugtriebwerken etwas verändert werden muss", sagt Dittmeyer. Die Triebwerke ließen sich auch vollständig mit Power-to-Liquid betreiben, dafür müssen aber Dichtungen aus anderen Materialien bestehen, um dem neuartigen Brennstoff standzuhalten. "Das ist technisch machbar und die sauberste Lösung, weil Fliegen dann weitgehend klimaneutral ist", sagt der Professor.

Das Karlsruher Verfahren könnte laut Dittmeyer in etwa fünf Jahren marktreif sein, die bestehende Tankinfrastruktur ohne Veränderungen weiterverwendet werden. Die Herstellung des synthetischen Sprits ist allerdings energieintensiv, die erwarteten Kosten daher vor allem abhängig vom Strompreis und liegen mit etwa 1 bis 1,50 Euro pro Liter noch deutlich über den derzeitigen Marktpreisen für fossiles Kerosin.

Der größte europäische Flugzeugbauer Airbus lässt seit vergangenem Jahr einen vierstrahligen Regionaljet zu einem fliegenden Labor für die Elektroflug-Forschung umbauen. "Von den vier Triebwerken wird eines durch einen elektrischen Antrieb ersetzt. Gespeist wird der Elektromotor von Batterien und einem Kerosingenerator", sagt Olivier Maillard, Projektleiter bei Airbus für E-Fan X – der Name des Elektroprojektes. Der Triebwerksbauer Rolls Royce ist dabei Industriepartner.

Im Gegensatz zum e-Genius wird der Flieger von Airbus ein Parallelhybrid sein, die verschiedenen Antriebe arbeiten also gleichzeitig. Das E-Triebwerk leistet dabei zwei Megawatt und damit eine ähnliche Leistung wie die Kerosinaggregate. Für Airbus-Maschinen wären mit der heutigen Batterietechnologie Langstreckenflüge nicht möglich, Kurz- und Mittelstrecken allerdings schon. "Für diese Strecken arbeiten wir an rein batterieelektrischen als auch hybriden Antrieben und schließen keine Alternativen aus", sagt Maillard. In den nächsten 10 bis 15 Jahren könnten diese Technologien marktreif sein.