Symbolbild (computer-generiertes Bild).

Klimaneutrales Fliegen: Ist das möglich?

Publiziert

Klimaschonender Treibstoff allein führt nicht zum Ziel – aber hilft.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben berechnet, wie der Flugverkehr bis 2050 klimaneutral werden könnte. Ihr Ergebnis: Fossiles Kerosin durch künstlich hergestellten, nachhaltigen Treibstoff zu ersetzen, reicht alleine nicht. Zusätzlich notwendig wäre eine Reduktion des Flugverkehrs. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forschenden heute im Fachmagazin Nature Communications.
Die EU soll bis 2050 klimaneutral werden. Dies hat das EU-Parlament 2021 vorgegeben. Die Schweiz verfolgt dieses Ziel ebenfalls. Dazu soll der Flugsektor, der 3,5 Prozent der globalen Klimaerwärmung verursacht, seinen Teil beitragen – zumal der Ausstoss an klimarelevanten Gasen beim Fliegen pro Personen- oder Frachtkilometer zwei bis dreimal höher ist als in anderen Verkehrssektoren. Die Internationale Zivilluftfahrtorganisation IACO und viele Airlines haben daher angekündigt, bis 2050 die CO2-Emissionen auf null zu reduzieren beziehungsweise Klimaneutralität anzustreben.
In einer neuen Studie haben Forschende des PSI und der ETH Zürich nun berechnet, ob und wie dies zu erreichen wäre. «Eine wichtige Frage dabei ist, was eigentlich genau mit null CO2 beziehungsweise Klimaneutralität gemeint ist», sagt Romain Sacchi vom Labor für Energiesystemanalysen des PSI, einer der beiden Hauptautoren der Studie. Wenn nur die CO2-Emissionen des Fliegens selbst gemeint seien, so ergänzt seine Co-Autorin Viola Becattini von der ETH Zürich, greife das viel zu kurz. Denn wenn man davon ausgeht, dass der Flugverkehr weiterhin wächst wie bisher, dann machen die reinen CO2-Emissionen der Flüge laut den Berechnungen bis 2050 nur etwa 20 Prozent des gesamten Klimaeffekts aus. Um den gesamten Flugbetrieb klimaneutral zu bekommen, dürften neben dem Fliegen nämlich auch die Produktion des Treibstoffs und die gesamte Luftfahrt-Infrastruktur das Klima nicht weiter belasten.
Dies, so hat die Studie ergeben, ist durch die bislang verfolgten Massnahmen zum Klimaschutz im Flugbetrieb bis 2050 allerdings nicht zu schaffen. «Neue Antriebe, klimaschonende Treibstoffe und das Herausfiltern von CO2 aus der Atmosphäre, um es unterirdisch zu speichern (Carbon Capture and Storage, kurz: CCS) werden uns allein nicht ans Ziel bringen», sagt Marco Mazzotti, Professor für Verfahrenstechnik an der ETH. «Wir müssen zusätzlich den Flugverkehr reduzieren.»

Nicht-CO2-Effekte spielen eine grosse Rolle
Für ihre Studie haben Sacchi und Becattini verschiedene Szenarien durchgespielt. Zum einen zeigte sich dabei, dass der Klimaeffekt durch die Infrastruktur, also den Bau der Flugzeuge sowie Bau und Betrieb der Flughäfen, zwar einkalkuliert werden muss, er jedoch insgesamt in der Zeit bis 2050 und darüber hinaus vergleichsweise gering ausfällt. Die Klimaeffekte des Fliegens selbst und der Emissionen durch Herstellung des Treibstoffes sind weitaus grösser. Das war soweit nichts Neues.
Weniger klar war zuvor die wichtige Rolle sogenannter Nicht-CO2-Effekte, die neben den reinen CO2-Emissionen auftreten: Der grössere Teil des Treibhauseffekts beim Fliegen entsteht nämlich nicht durch den Kohlenstoff, der über die Kerosinverbrennung in die Atmosphäre gelangt, sondern durch ebenfalls frei werdende Russpartikel und Stickoxide, die in der Luft zu Methan und Ozon reagieren, Wasserdampf und die Kondensstreifen, die zur Bildung von Zirruswolken in der oberen Atmosphäre führen. «Diese Faktoren werden bislang in vielen Analysen und «Net Zero»-Versprechen ausser Acht gelassen», sagt Romain Sacchi. „Oder nicht korrekt berechnet.»
Üblich ist es, solche Emissionen und Effekte in CO2-Äquivalente umzurechnen, um sie in die Bilanz einzubeziehen. «Doch die bisher dazu verwendeten Methoden und Werte haben sich als unzutreffend erwiesen», sagt Marco Mazzotti. «Wir sind deshalb präziser vorgegangen.» Die dabei angewendeten Verfahren berücksichtigen vor allem einen wesentlichen Unterschied zwischen den verschiedenen Faktoren: Die Nicht-CO2-Effekte sind viel kurzlebiger als CO2, sie werden daher auch «Short Lived Climate Forcers», kurz SLCF genannt – also «kurzlebige Klimatreiber». Während von dem emittierten Kohlendioxid etwa die Hälfte von Wäldern und Ozeanen absorbiert wird, bleibt die andere Hälfte für Tausende von Jahren in der Luft, verteilt sich und wirkt als Treibhausgas. Methan dagegen zum Beispiel ist viel klimawirksamer, baut sich aber binnen weniger Jahre ab, Kondensstreifen und daraus resultierende Wolken verflüchtigen sich gar in wenigen Stunden. «Das Problem ist, dass wir durch den zunehmenden Flugverkehr ständig mehr SLCF produzieren, sodass sie sich summieren, anstatt schnell wieder zu verschwinden. Dadurch entfalten sie ihr gewaltiges Treibhauspotenzial dann doch über längere Zeiträume», sagt Viola Becattini. Das sei wie in einer Badewanne, bei der sowohl der Abfluss als auch der Wasserhahn geöffnet ist: Solange der Wasserhahn mehr Wasser reinlässt, als durch den Abfluss entweichen kann, wird die Wanne immer voller – und irgendwann schwappt sie über.

Klimaschonender Treibstoff allein führt nicht zum Ziel – aber hilft
«Dieses Bild zeigt uns allerdings auch: Wir haben mit dem Flugaufkommen den entscheidenden Hebel in der Hand,» betont Romain Sacchi. «Indem wir weniger statt mehr fliegen, also quasi den Wasserhahn zu- statt aufdrehen, können wir die Atmosphäre regelrecht kühlen und den Treibhauseffekt des Flugverkehrs tatsächlich Richtung null drücken.» Was nicht bedeutet, dass wir den Flugbetrieb komplett einstellen müssen. Die Berechnungen der Studie zeigen: Wenn die Luftfahrt bis 2050 Klimaneutralität erreichen will, muss sie – im Zusammenspiel mit der Kohlendioxid-Speicherung im Untergrund – den Flugverkehr jedes Jahr um 0,8 Prozent verringern, falls wir bei fossilen Treibstoffen bleiben. Er läge dann 2050 bei etwa 80 Prozent des heutigen Aufkommens. Wenn es gelingt, auf klimaschonendere Treibstoffe, die auf Strom aus erneuerbaren Energien basieren, umzustellen, reichen 0,4 Prozent pro Jahr.
Diese neuen Treibstoffe hat die Studie ebenfalls genauer betrachtet. Forschende weltweit arbeiten daran, die herkömmlichen erdölbasierten Antriebe zu ersetzen. Ähnlich dem Strassenverkehr könnte das durch Elektrobatterien, Brennstoffzellen oder direkte Verbrennung von Wasserstoff geschehen. Deren Energiedichte reicht allerdings nur für kleine Flugzeuge auf kurzen Strecken, im Fall von Wasserstoff auch für mittelgrosse auf mittleren Strecken. Den Hauptteil des weltweiten Flugaufkommens und der Treibhausgasemissionen in der Luftfahrt machen jedoch grosse Flugzeuge auf der Langstrecke mit mehr als 4000 Kilometern aus.

Künstliches Kerosin hat Vor- und Nachteile
Hinzu kommt, dass in der Luftfahrt die Antriebstechnologien auf elektrischer oder Wasserstoffbasis bei Weitem noch nicht reif für einen breiten Einsatz sind. Als grosser Hoffnungsträger der Branche gilt daher sogenanntes Sustainable Aviation Fuel (SAF). Dabei handelt es sich um künstliches Kerosin, welches das erdölbasierte mehr oder minder eins zu eins ersetzen könnte, ohne das Turbinen und Flugzeuge neu konstruiert werden müssen.
SAF können aus CO2 und Wasser über eine Produktionskaskade hergestellt werden. Das CO2 lässt sich per sogenanntem Air-Capture-Verfahren aus der Luft einfangen, Wasserstoff kann durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen werden. «Werden die dazu nötigen Prozesse ausschliesslich mit erneuerbarer Energie betrieben, ist SAF so gut wie klimaneutral», sagt Christian Bauer vom PSI-Labor für Energiesystemanalysen, der an der Studie beteiligt war. «Das macht uns unabhängiger von fossilen Energieträgern.» Ein weiterer Vorteil von SAF: Bei seiner Verbrennung entstehen weniger SLCF, die man kompensieren muss, indem entsprechende Mengen CO2 aus der Luft abgeschieden und unterirdisch eingelagert werden. Das ist auch deshalb relevant, weil die Speicherkapazitäten für CO2 begrenzt und nicht nur der Luftfahrtbranche vorbehalten sind.

Dreifach teurere Flugtickets
Doch SAF hat auch einen Nachteil, denn der Energieaufwand zur Herstellung ist weitaus grösser als bei herkömmlichem Kerosin. Das liegt vor allem daran, dass die Wasserstoffproduktion per Elektrolyse viel Strom braucht. Und dass bei jedem Produktionsschritt – Air Capture, Elektrolyse, Synthetisierung – Energieverluste auftreten. Der hohe Stromverbrauch wiederum bedingt einen erheblichen Einsatz von Ressourcen wie Wasser und Land. Zudem ist SAF teuer: Nicht nur der Strombedarf, sondern auch die Kosten der CO2-Abscheidung und Elektrolyse-Anlagen machen ihn etwa vier- bis siebenmal teurer als normales Kerosin. Mit anderen Worten: Der umfassende Einsatz von SAF macht CO2-neutrales Fliegen möglich, kostet aber mehr Ressourcen und Geld. Das Fliegen wird also noch teurer, als es ohnehin schon werden muss, um Klimaziele zu erreichen. «Wer heute ein Ticket kauft, kann seinen Flug gegen ein paar Euro Aufschlag angeblich CO2-neutral machen, indem dieses Geld in den Klimaschutz investiert wird», sagt Romain Sacchi. «Das ist allerdings Augenauswischerei, denn viele dieser Kompensationsmassnahmen sind wirkungslos. Um die tatsächliche Klimawirkung umfassend auszugleichen, müsste ein Ticket im Vergleich zu heute etwa das Dreifache kosten.»
«Eine derart heftige Preissteigerung sollte die Nachfrage nach Flügen in der Tat erheblich senken und uns dem Ziel der Klimaneutralität näher bringen», sagt Viola Becattini. Ausserdem sei zu erwarten, dass die Produktion von SAF im Laufe der Jahre mit zunehmender Menge günstiger und effizienter wird, was sich positiv auf die Klimabilanz auswirkt. Die Studie hat solche Dynamiken berücksichtigt – auch, dass sich der Strommix zur Produktion von SAF verändert–. Das unterscheidet sie von den meisten anderen Analysen.
«Unterm Strich gibt es für das Ziel, bis 2050 Klimaneutralität in der Luftfahrt zu erreichen, kein Wundermittel», sagt Sacchi. «Wir können nicht so weitermachen wie bisher. Doch wenn wir die Infrastruktur zur unterirdischen Speicherung von CO2 und zur Produktion von SAF zügig und effizient weiterentwickeln und gleichzeitig unseren Flugbedarf einschränken, kann es gelingen.»

EVENTS

Pharmapack Paris

Europas führende Veranstaltung für Verpackung und Medikamentenlieferung.

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Paris (F)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

LOGISTICS & AUTOMATION

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 22.-23. Januar 2025

Ort: Zürich (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 11.-14. Februar 2025

Ort: Nürnberg (D)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 07. März 2025

Ort: Wädenswil (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 11.-13. März 2025

Ort: Stuttgart (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 11.-14. März 2025

Ort: Lyon (F)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

Hannover Messe

Transfoming Industry Togheter

Datum: 31. März.-04. April 2025

Ort: Hannover (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 06.-08. Mai 2025

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 03.-06. Juni 2025

Ort: Genf (CH)

CosmeticBusiness

Entdecken Sie innovative Verpackungslösungen für eine nachhaltige Zukunft der Kosmetikindustrie

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: München (D)

The Pharma Days

Die Pharma Days (TPD) sind eine Veranstaltung unter Ausschluss der Öffentlichkeit, die Zusammenarbeit, Innovation und Geschäftswachstum vorantreiben soll.

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: Genf (CH)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 17.-20. September 2025

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 21.-22. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 20.-21. Mai 2026

Ort: Zürich (CH)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 26.-27. August 2026

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 23.-24. September 2026

Ort: Lausanne (CH)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 23.-24. September 2026

Ort: Frankfurt am Main (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 06.-08. Oktober 2026

Ort: Stuttgart (D)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 10.-13. November 2026

Ort: München (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 14.-18. Juni 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 09.-17. Mai 2028

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis