Weniger Ruß bedeutet nicht automatisch weniger Wolken am Himmel. Eine Studie zeigt, dass moderne Magermix-Triebwerke zwar kaum noch Ruß ausstoßen, aber dennoch dichte Kondensstreifen hinterlassen. Ein Paradox mit Folgen für den Klimaschutz.
Bisher galt in der Luftfahrtforschung eine einfache Formel: Werden die Ruß-Emissionen von Flugzeugen gesenkt, nimmt auch die Zahl der Eiskristalle in den Kondensstreifen ab. Da diese künstlichen Wolken in Reiseflughöhe die Erdwärme wie eine Decke zurückhalten und maßgeblich zur Klimaerwärmung beitragen, galt die Rußreduktion als einer der wichtigsten Hebel für eine grünere Luftfahrt. Doch eine Studie, die jetzt im Fachjournal Nature veröffentlicht wurde, stellt dieses Verständnis auf den Kopf: Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wies nach, dass bei modernen, rußarmen Triebwerken ein völlig neuer Mechanismus die Bildung von Kondensstreifen übernimmt.
Im Frühjahr 2023 startete eine außergewöhnliche Messkampagne über dem Mittelmeer und dem Atlantik. Das DLR-Forschungsflugzeug Falcon 20E verfolgte dabei einen Airbus A321neo in einer riskanten Formation in zehn Kilometern Höhe. Ziel war die Vermessung der Abgasfahne der modernen CFM LEAP-1A-Triebwerke, die mit der sogenannten Magerverbrennungs-Technologie arbeiten. Diese Turbinen sind darauf optimiert, die Rußbildung bereits im Kern extrem zu minimieren.
Die Ergebnisse der Messflüge bestätigten zunächst den technologischen Erfolg: Der Rußausstoß sank im Vergleich zu herkömmlichen Triebwerken um drei Größenordnungen. Doch zur Überraschung der Wissenschaftler blieb die Zahl der Eiskristalle in den Kondensstreifen nahezu unverändert hoch.
Die Ursache für dieses Phänomen liegt laut der Untersuchung in winzigen, flüssigen Partikeln, die bisher in ihrer Bedeutung unterschätzt wurden. Wenn der klassische Ruß als Kondensationskeim fehlt, springen Schwefelverbindungen, organische Stoffe aus dem Kraftstoff und sogar Dämpfe aus dem Schmieröl der Triebwerke in die Bresche. In der abkühlenden Abgasfahne bilden diese Stoffe massenhaft flüchtige Tröpfchen, die bei den eisigen Temperaturen in der Reiseflughöhe ebenso effektiv zu Eiskristallen gefrieren wie Rußpartikel. Damit wurde erstmals bewiesen, dass ein "sauberes" Triebwerk allein nicht ausreicht, um die Klimawirkung durch Nicht-CO2-Effekte zu eliminieren.
Dieser Paradigmenwechsel hat weitreichende Konsequenzen für die Klimamodellierung und die Industrie. Die meisten aktuellen Modelle berücksichtigen diese zusätzlichen Entstehungspfade über flüssige Partikel noch nicht und unterschätzen daher die Erwärmungswirkung moderner Flotten.
Für die Triebwerkshersteller ergibt sich daraus ein neuer technischer Hebel: Nicht nur der Verbrennungsprozess selbst, sondern auch die Entlüftungssysteme für Schmieröle müssen optimiert werden, um die Freisetzung von organischen Dämpfen zu verhindern.
Zugleich rückt die Zusammensetzung des Kerosins wieder stärker in den Fokus. Die Studie zeigt, dass eine zusätzliche Reduktion des Schwefelgehalts im Kraftstoff – der derzeit bei maximal 0,3 Prozent liegt – zwingend notwendig ist, um die Bildung der flüchtigen Keime zu begrenzen. Auch der Einsatz von nachhaltigen Flugkraftstoffen (SAF) kann hier helfen, da diese oft weniger Aromaten und Schwefel enthalten.
Letztlich zeigt die Forschung des DLR und seiner Partner von Airbus und CFM International, dass der Weg zur klimaverträglichen Luftfahrt komplexer ist als gedacht: Um den Himmel von künstlichen Wolken zu befreien, müssen Technik und Treibstoff noch präziser aufeinander abgestimmt werden.
| Partikeltyp | Ursprung | Rolle bei hohem Rußausstoß | Rolle bei niedrigem Rußausstoß |
| Ruß | Unvollständige Verbrennung | Hauptkeim für Eiskristalle | Kaum noch vorhanden |
| Schwefelsäure | Schwefel im Kraftstoff | Lagert sich an Ruß an | Bildet neue flüssige Keime |
| Organische Dämpfe | Kraftstoffreste / Schmieröl | Vernachlässigbar | Entscheidender Ersatz-Keim |
Wie stark diese Effekte die Klimabilanz beeinflussen können, untermauert auch die Debatte über operative Maßnahmen. Neben der technischen Optimierung wird bereits diskutiert, Flugrouten kurzfristig so anzupassen, dass besonders feuchte Luftmassen umflogen werden, in denen die Bildung dieser hartnäckigen Kondensstreifen überhaupt erst möglich ist. Die neuen Daten der Messkampagne liefern hierfür nun das notwendige physikalische Fundament.
Stefan Krempl
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen