Der schnellste und günstigste Weg zum klimaneutralen Flugverkehr

Langfristig werden wir vielleicht mit elektrischen oder wasserstoffbetriebenen Flugzeugen unterwegs sein. Aber gegen die globale Erwärmung müssen wir jetzt handeln. © Keystone / Christian Merz

Klimaneutralität im Flugverkehr ist bereits heute technisch möglich, auch wenn wir weiterhin fossile Brennstoffe nutzen. Dieses Fazit zieht eine Forschungsgruppe der ETH Zürich. Demnach ist es am effizientesten, für Flugzeuge auch in Zukunft fossile Treibstoffe zu verwenden, jedoch das ausgestossene CO2 in Abscheidungsanlagen der Atmosphäre zu entnehmen und dauerhaft im Untergrund zu speichern.

Die Schweiz will bis zum Jahr 2050 klimaneutralExterner Link werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird auch der Luftverkehr einen Beitrag leisten müssen. Dabei gibt es einige Möglichkeiten, wie Fluggesellschaften ihre Klimaauswirkungen auf null reduzieren könnten.

Wie schädlich ist der Luftverkehr?

Der Luftverkehr ist nicht der Hauptverursacher der globalen Treibhausgas-Emissionen. Er macht nur 2,5 bis 3% der Gesamtmenge aus. Landwirtschaft und Elektrizitätsproduktion haben zweifellos einen grösseren Einfluss. Doch der Nutzen dieser beiden Branchen betrifft Milliarden von Menschen.

Fliegen hingegen ist das Vorrecht von wenigen, vor allem von Reisenden aus den reichsten Ländern. Ein interessantes Detail: Unter den Flugpassagieren ist 1% von «Vielfliegern» für 50% der Emissionen des gesamten Flugverkehrs verantwortlich.

(Quelle: National GeographicExterner Link)

Eine Möglichkeit besteht darin, die momentan verwendeten Flugzeuge mit Flüssigtreibstoffen durch elektrisch oder mit Wasserstoff betriebene Flugzeuge zu ersetzen. Die Option Wasserstoff verfolgt beispielsweise der Flugzeugbauer Airbus mit seinem Milliardenprojekt «ZEROe»Externer Link.

Um das Ziel der Null-Emissionen wirklich zu erreichen, müsste der verwendete Wasserstoff jedoch «grüner» oder «blauer» Wasserstoff sein, also aus Energiequellen stammen, die ihrerseits keine Treibhausgase in der Atmosphäre hinterlassen. Auf diese Weise könnten fossile Brennstoffe dann tatsächlich der Vergangenheit angehören.

«Wenn wir das schaffen, wäre dies grossartig! Aber das ist eine langfristige Perspektive, und wir müssen die Klimaauswirkungen des Flugverkehrs jetzt und sofort reduzieren», sagt Marco Mazzotti, Professor für Verfahrenstechnik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH).

Eine von dem Italiener geleitete Arbeitsgruppe hat kürzlich eine Studie publiziertExterner Link, die sich in Bezug auf klimaneutrale Flugzeuge auf Vorschläge konzentriert, deren Umsetzung kurz- und mittelfristig am einfachsten erscheinen. Dabei wurden diese Varianten auch unter dem Aspekt ihrer Wirtschaftlichkeit beurteilt. Die ETH informierte im Januar 2021 über diesen ForschungsberichtExterner Link.

Diese Lösungsvorschläge beinhalten die Verwendung von so genannten «Drop-in-Kraftstoffen». Dabei handelt es sich um Kraftstoffe, die in Flugzeugtanks gefüllt werden können, ohne dass bauliche Veränderungen am Flugzeug erforderlich sind. Es können traditionelle fossile Brennstoffe – wie Kerosin – oder synthetische Brennstoffe verwendet werden.

Einlagern oder wiederverwenden?

Bei der Weiterverwendung der heutigen Antriebssysteme wäre ein emissionsfreier Flugbetrieb möglich, wenn die gleiche Menge an Treibhausgasen, die von Flugzeugen ausgestossen wird, der Atmosphäre entnommen wird. Dieser Vorgang, die so genannte CO2-Abscheidung, ist bereits technisch machbar.

Dabei wird der Luft durch chemische und physikalische Prozesse Kohlendioxid entzogen und dieses anschliessend dauerhaft unterirdisch gelagert – in geeigneten tiefengeologischen Schichten. Dieses Verfahren heisst CCS (Carbon Capture and Storage – CO2-Abscheidung und Speicherung). Eine andere Möglichkeit besteht darin, das CO2 wiederzuverwenden, um erneut Kraftstoff zu synthetisieren, ein Vorgang mit dem Namen CCU (Carbon Capture and Utilisation).

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, CO2 abzuscheiden: Entweder direkt aus der Luft (Direct Air Capture – DAC) oder indirekt an einem Ort, an dem organisches Material verbrannt wird, zum Beispiel in einer Kehrrichtverbrennungs-Anlage. Dann kann man das von den Pflanzen über Photosynthese gebundene C02 beim Verbrennungsprozess auffangen. Diese Methode heisst PSC (Point Source Capture).

Die Eidgenössische MaterialprüfungsanstaltExterner Link (Empa) konnte feststellen, dass in der Schweiz etwa die Hälfte der in Verbrennungsanlagen entsorgten Materialien pflanzlichen Ursprungs sind.

Energie- und Kostenfrage im Fokus

Mazzottis Team untersuchte die möglichen Kombinationen von CCS, CCU, PSC und DAC, um herauszufinden, welche Lösung sowohl aus energetischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht am effizientesten ist.

Die Analyse berücksichtigte mehrere Aspekte, darunter die mögliche Entwicklung der Kosten dieser Technologien bis 2050. Es handelt sich um Kosten, die sich natürlich in einem Anstieg der Flugticket-Preise niederschlagen würden.

Der ETH-Professor bringt das Ergebnis der umfangreichen Forschungsarbeiten auf einen einfachen Nenner: «CCU ist mindestens dreimal so teuer wie CCS.» In der Tat erfordert die Herstellung von synthetischem Kraftstoff eine grosse Menge an Energie, die aus «kohlenstofffreien» Quellen stammen muss. Der ganze Prozess würde sonst aus klimatischer Sicht keinen Sinn machen. Und das hat Folgen für die Kosten.

«Synthetische Kraftstoffe werden von vielen als die Lösung des Problems dargestellt, aber eine wirtschaftliche Lösung ist es auch nicht. Die einzige Lösung ist CCS, die CO2-Abscheidung und Speicherung», fügt er hinzu.

Carbon Capture and Storage (CCS) ist ein fester Bestandteil der Energiestrategie des Bundes. Bundesamt für Energie BFE

Wo soll CO2 abgeschieden werden?

Die Kosten für die Speicherung von Kohlendioxid hängen davon ab, wo das Gas abgeschieden wird. Direct Air Capture (DAC) ist teurer, hat aber den Vorteil, dass es überall durchgeführt werden kann. Eine solche CO2-Abscheidungsanlage könnte in unmittelbarer Nähe zu einer Einlagerungsstätte gebaut werden. 2017 nahm das Schweizer Startup-Unternehmen Climeworks die weltweit erste industrielle DAC-Anlage in Betrieb.

Point Source Capture (PSC) ist einfacher und günstiger, da man mit einem Gas beginnt (z.B. Rauchgas aus einer Verbrennungsanlage), in dem Kohlendioxid in höheren Konzentrationen auftritt. Der Nachteil ist, dass das so gewonnene CO2 zur Speicherstätte transportiert werden muss.

Mit diesem Aspekt, das heisst der Schaffung eines Netzwerks für die Sammlung und Verteilung von «eingefangenem CO2», beschäftigt sich derzeit die Arbeitsgruppe von Professor Mazzotti in Schweizer und europäischen Projekten ganz intensiv.

Ausserdem gibt es Anlagen wie Verbrennungsanlagen oder Biogasanlagen, in denen PSC möglich ist. «Es gibt einige, aber nicht sehr viele», präzisiert Mazzotti. Und fügt an: «Die vorhandenen Anlagen sollten weiterverwendet werden.»

Entwicklung der Kohlenstoff-Entsorgungskosten in Abhängigkeit von der verwendeten Technologie bis zum Jahr 2050. Der rote Bereich BAU («Business As Usual») stellt ein Szenario dar, in dem keine Änderungen gegenüber der aktuellen Situation vorgenommen werden, aber eine Steuer auf den CO2-Ausstoss erhoben wird. Um diese Grafik einzuordnen, betrachtet die Studie einen hypothetischen Flug Zürich-Boston einfach zum Preis von 500 Euro. Unter Verwendung der CCS-PSC-Methoden wird geschätzt, dass derselbe Flug im Jahr 2050 520 Euro kosten könnte, also 4% mehr. Dieser Prozentsatz würde bei CCS-DAC um 13%, bei CCU-PSC um 67%, bei CCU-DAC um 85% und schliesslich, wenn gar nichts geschieht, um 104% auf 1020 € steigen. (Quelle: ETHZ) ETH

Vorsichtiger Optimismus

Die Studie zeigt nicht nur die effizientesten Wege für die künftige Klimaneutralität bei der Fliegerei auf, sondern weist auch darauf hin, dass eine klimaneutrale Abwicklung bereits heute möglich wäre. «Aber leider ist die Kluft zwischen Reden und Taten gross», antwortet Mazzotti auf die Frage, ob er glaubt, dass der emissionsfreie Flugverkehr bald Realität werden könnte.

«Ob ich optimistisch bin oder nicht, ist nicht von Belang. Natürlich ist es schwierig, das Ziel zu erreichen, aber wir müssen daran arbeiten», meint er. «Einen positiven Aspekt sehe ich bei der täglichen Arbeit mit jungen Menschen. Ihre Bereitschaft, sich zu engagieren und Lösungen zu finden, um das Problem des Klimawandels und der globalen Erwärmung zu lösen, ist aussergewöhnlich gross.»

Das beweist auch die Tatsache, dass an der ETH Zürich die Nachfrage nach Diplomarbeiten zum Thema CCS das Angebot zu übersteigen droht. «Wir dürfen aber nicht vergessen, dass CCS nur ein Element unter vielen Dingen ist, die getan werden müssen, um das Klima zu schützen», schliesst er ab.

Wo bringen wir das CO2 unter?

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von geologischen Strukturen, in denen CO2 eingelagert werden kann. Einerseits die so genannten «Salinen Aquifere». Dabei handelt es sich um sehr tief gelegene geologische Schichten, die mit Mineralien gesättigtes Wasser enthalten und über denen sich eine oder mehrere Schichten undurchlässigen Gesteins befinden.

Hier kann CO2 injiziert werden, um das Wasser in den Poren zu ersetzen. Mit der Zeit löst es sich entweder auf oder reagiert mit den Mineralien und bildet Karbonate, die sich dauerhaft binden.

Bei den zweiten handelt es sich um stillgelegte Öl- und Gasfelder, ebenfalls versiegelte poröse Strukturen, die seit Millionen von Jahren Öl oder Gas gespeichert haben und das Gleiche mit CO2 tun könnten, erklärt Experte Marco Mazzotti.

Die endgültige Speicherung von CO2 ist auch in der Schweiz theoretisch möglich. Im Rahmen eines europäischen Projekts versuchen Forschende der Universität Genf, Gebiete ausfindig zu machen, die für eine unterirdische Lagerung in Frage kommen.

Die Speicherung und Einlagerung von Kohlendioxid ist ein Prozess, der seit mehr als 25 Jahren erforscht und durchgeführt wird (z. B. in Norwegen, Island und Kanada).

 (Übertragung aus dem Italienischen: Gerhard Lob)

 (Übertragung aus dem Italienischen: Gerhard Lob)