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Alternative Brennstoffe



 

Seit 2009 beschäftigt sich das Institut für Antriebstechnik mit der Bewertung des Einflusses alternativer Brennstoffe auf die Triebwerksperformance und das Emissionsverhalten. Neben der Mitwirkung in internationalen Forschungsprojekten, ist das Institut für Antriebstechnik in den Arbeitskreisen der „Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany“ (aireg e.V.) aktiv.

Für den Luftverkehr stehen derzeit sog. „Drop-in“ Treibstoffe im Vordergrund, da diese kurz- bis mittelfristig anderen Brennstoffen bezüglich technischer und ökonomischer Kriterien deutlich überlegen sind. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass deren chemische und physikalische Eigenschaften konventionellem Kerosin sehr ähnlich und dadurch mit diesem kompatibel sind und beigemischt werden können.

Durch zahlreiche Forschungsarbeiten und eine Vielzahl von Testflügen konnte die Eignung von sog. synthetischen paraffinen Kerosinen (SPK) für die Luftfahrt nachgewiesen werden. Dies führte schließlich im Jahr 2009 zur Zulassung gemäß ASTM D7655 und DEF-STAN 91-91 von Kerosinmischungen mit einem Anteil von bis zu 50% SPK. Für die Herstellung von SPK sind derzeit zwei Prozesse zugelassen:

  • Fischer-Tropsch (FT) Synthese, seit 2009 und
  • Hydrierte Pflanzenöle (HEFA), seit 2011

Die Produktion von alternativen Treibstoffen kann aus den Rohstoffen Kohle, Erdgas und Biomasse bzw. aus ölhaltigen Pflanzen und tierischen Fetten erfolgen.

Für die Modellierung des Einflusses alternativer Brennstoffe auf die Triebwerksperformance steht das DLR-eigene Triebwerkssyntheseprogramm GTlab zur Verfügung. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften alternativer Brennstoffe werden von Modellmechanismen abgebildet und unter Verwendung von chemischer Reaktionskinetik Software (bspw. Cantera) modelliert. Über eine flexible Schnittstelle können die Gaseigenschaften in GTlab verwendet und einfach ausgetauscht werden.

Durch die geringfügig anderen physikalischen Eigenschaften von synthetischen Brennstoffen im Vergleich zu Kerosin kann die Triebwerksperformance positiv beeinflusst werden. Aufgrund eines höheren Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnisses weisen alternative Brennstoffe zudem einen geringen CO2 Emissionsindex auf, wodurch die direkten CO2-Emissionen reduziert werden. Darüber hinaus erforscht das Institut für Antriebstechnik in Kooperation mit anderen DLR Instituten und der Luftfahrtindustrie die Auswirkung alternativer Treibstoffe auf andere nicht-CO2 Emissionen.

Neben den direkten Verbrennungseffekten haben alternative Brennstoffe das größte Reduktionspotential bzgl. des gesamten Lebenszyklus. Da Pflanzen während der Kultivierung durch Photosynthese CO2 aus der Umgebung aufnehmen, können die äquivalenten CO2 Emissionen unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus für nachhaltige Treibstoffe aus biologischen Rohstoffen gegenüber Kerosin aus Rohöl erheblich verbessert werden.


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