Weniger Rußemissionen durch Biotreibstoffe in der Luftfahrt

Wissenschafterin der Universität Wien an NASA-Flugexperiment beteiligt

Eine Beimischung von 50 Prozent Biotreibstoff reduziert die Rußpartikelemissionen eines Flugzeugs um 50 bis 70 Prozent gegenüber der Verbrennung von reinem Kerosin. Dies zeigt eine in "Nature" veröffentlichte Studie, die auf gemeinsamen Forschungen der NASA, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des kanadischen National Research Council (NRC) beruht und an denen die Physikerin und ERC-Preisträgerin Bernadett Weinzierl von der Universität Wien maßgeblich beteiligt war. Die Ergebnisse liefern weltweit erstmals wichtige Anhaltspunkte darüber, wie Biotreibstoffe nicht nur die Emissionen im Umfeld von Flughäfen mindern, sondern auch im Reiseflug zu einer klimafreundlichen Entwicklung beitragen können.

Flugzeugtriebwerke stoßen Rußpartikel aus. Diese wirken als Kondensationskeime für kleine Eiskristalle, die als Kondensstreifen sichtbar werden. Die Eiskristalle der Kondensstreifen können bei feucht-kalten Bedingungen in Höhen von etwa acht bis zwölf Kilometern mehrere Stunden bestehen und hohe Wolken sogenannte Kondensstreifen-Zirren bilden. "Die Rußemissionen bestimmen weitgehend die Anzahl der Eiskristalle in Kondensstreifen. Mit der Möglichkeit anhand von Biotreibstoffen die Rußemissionen von Triebwerksabgasen um mehr als die Hälfte zu verringern, öffnet sich ein Weg die Klimawirkung von Kondensstreifen zu reduzieren", so der Co-Autor der Studie Hans Schlager vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre.

Die Flugversuchskampagne war Teil des Forschungsprojekts ACCESS (Alternative Fuel Effects on Contrails and Cruise Emissions Study). Das DLR-Forschungsflugzeug Falcon flog im Mai 2014 in die USA. Dort führten die Spezialisten des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre – darunter auch die Umweltphysikerin Bernadett Weinzierl, die seit 1. März 2016 an der Universität Wien ist – Messungen im Abgasstrahl im Abstand von 30 bis 150 Metern zum NASA-Forschungsflugzeugs DC-8 durch. Die Triebwerke der DC-8 wurden dabei zum Vergleich abwechselnd mit regulärem Flugtreibstoff und einer 1:1-Mischung aus regulärem und dem Biotreibstoff HEFA (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids) betrieben. HEFA wird aus dem Öl der Camelina-Pflanzen gewonnen. 

Mehr als ein Dutzend Instrumente in den Verfolgerflugzeugen zeichneten die emittierten Rußpartikel und Gase der vorausfliegenden DC-8 auf. "Messungen im Nachlauf von Flugzeugen erfordern viel Erfahrung der Crew und eine erprobte Messausrüstung", so Bernadett Weinzierl von der Universität Wien. 

"Das war das erste Mal, dass wir im Flug die Anzahl emittierter Rußpartikel eines Triebwerks, das beigemischten Biotreibstoff verbrennt, gemessen haben", sagt Rich Moore von der NASA, Hauptautor des Nature-Artikels.

Im Sommer 2016 erhielt die Atmosphärenphysikerin Weinzierl den NASA Group Achievement Award für ihre Arbeit im Rahmen der ACCESSII-Messkampagne, die im Mai 2014 unter der Federführung der US-Raumfahrtagentur in Kalifornien stattfand. Bei diesem Experiment wurden während mehrerer Flüge mit dem DLR-Forschungsflugzeug Falcon die Emissionen von Flugzeugtriebwerken, die abwechselnd mit herkömmlichen Treibstoff und Biotreibstoff betankt wurden, beprobt.

Publikation in "Nature":
Richard H. Moore, Kenneth L. Thornhill, Bernadett Weinzierl, Daniel Sauer, Eugenio D’Ascoli, Jin Kim, Michael Lichtenstern, Monika Scheibe, Brian Beaton, Andreas J. Beyersdorf, John Barrick, Dan Bulzan, Chelsea A. Corr, Ewan Crosbie, Tina Jurkat, Robert Martin, Dean Riddick, Michael Shook, Gregory Slover, Christiane Voigt, Robert White, Edward Winstead, Richard Yasky, Luke D. Ziemba, Anthony Brown, Hans Schlager, and Bruce E. Anderson. Biofuel blending reduces particle emissions from aircraft engines at cruise condition, Nature,
DOI: 10.1038/nature21420

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