DLR und Lufthansa Technik untersuchen Biotreibstoffe in neuer Studie
- In einem mehrtägigen Großversuch testeten DLR-Verbrennungsforscher den Einsatz von Biokraftstoffen sowie Mischungen aus Biokraftstoffen und Kerosin in einem echten Triebwerk.
- Biokraftstoff haben das Potenzial, die CO2-Bilanz zu verbessern und das Fliegen klimafreundlicher zu machen.
- Die Versuche fanden in einem besonderen Prüfstand der Lufthansa Technik statt.
- Schwerpunkte: Luftfahrt, Energie, Klimawandel
Biotreibstoffe haben das Potenzial, den Flugverkehr klimafreundlicher zu machen und die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu senken. Denn für ihre Herstellung kommen nachwachsende Rohstoffe, wie beispielsweise Ölpflanzen, Getreide, Algen oder Holz zum Einsatz. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben gemeinsam mit dem Unternehmen Lufthansa Technik und dem Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk- und Betriebsstoffe besonders vielversprechende Biotreibstoffe auf ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften untersucht. Im Fokus der von der Europäischen Union geförderten Studie "High Biofuel Blends in Aviation" (HBBA) standen sogenannte Blends, also Mischungen aus konventionellem Kerosin mit Biotreibstoffen. Die Studie analysiert besonders vielversprechende Biotreibstoffe, die nach Quelle, Herstellungspfad und Stand der Zulassung beschrieben werden.
Versuch mit echtem Triebwerk
Die Turbine eines Linienflugzeugs kann bis zu mehreren Millionen Euro kosten. Wird sie zum Beispiel für Forschungszwecke mit einem nicht zertifizierten Treibstoff betrieben, darf sie danach nicht wieder in ein Flugzeug eingebaut werden. Für Forscher ist deshalb der Brückenschlag von Versuchen im Labormaßstab hin zum Einsatz im Flugzeug eine große Herausforderung. Erstmals hatten nun Wissenschaftler des DLR-Institut für Verbrennungstechnik die Möglichkeit, Biotreibstoffe auf einem besonderen Prüfstand der Lufthansa Technik in Hamburg zu untersuchen. Speziell für Forschungszwecke steht dort ein ausgebautes Flugzeugtriebwerk zur Verfügung. Mit dessen Hilfe untersuchten und verglichen die Wissenschaftler insgesamt drei Treibstoffvarianten: einen reinen Biotreibstoff, ein Blend aus jeweils 50 Prozent Bio- und konventionellem Treibstoff sowie ein konventionelles Referenzkerosin.
Ein vierköpfiges DLR-Team baute über mehrere Tage zunächst die für die Versuche benötigte Messinfrastruktur auf und führte die Messungen dann durch. Nicht nur aus wissenschaftlicher Perspektive ein eindrucksvolles Erlebnis: "In einer Halle hängt das Testtriebwerk von der Decke – ein CFM56, das unter anderem in den Mittelstreckenflugzeugen von Airbus und Boeing zum Einsatz kommt. Ein großer Tunnel hinter dem Triebwerk nimmt den Abgasstrahl auf, in dem wir unsere Meßonde zur Probennahme installieren konnten. Eine große Herausvorderung ist dabei die Stabilität der Sonde bei diesen extremen Bedingungen, damit diese nicht schlichtweg abknickt", schildert DLR-Forscher Dr. Markus Köhler das Vorgehen. "Die Labor-Analysen hatten bereits gezeigt, dass Biofuels gut für den Einsatz im Triebwerk geeignet sind. Das allerdings im Realversuch selbst auszuprobieren hat eine ganz andere Dimension", so Köhler weiter.
Bessere CO2-Bilanz mit Biofuel-Blends
"Dieser Großversuch hat gezeigt, dass mit Hilfe von Blends die CO2-Bilanz im Flugverkehr verbessert werden kann, ohne dass es dabei im Triebwerk zu Problemen kommt", fasst DLR-Wissenschaftler Dr. Markus Köhler zusammen. "Darüber hinaus sehen wir das Potenzial, in Zukunft mit Biotreibstoffen zusätzlich auch die ausgestoßenen Schadstoffe reduzieren zu können". Aus diesem Grund stößt das Thema auf wachsendes Interesse bei Airlines, Flugzeugherstellern, Flughafenbetreibern und Anwohnern.
Die Zertifizierung eines völlig neuen Treibstoffs ist ein sehr umfangreicher und langwieriger Prozess. Blends aus Biotreibstoffen und konventionellem Kerosin sind eine wichtige Zwischenstufe: Denn einige ihrer Eigenschaften entsprechen denen von normalem Kerosin, so dass nicht alle für den Verbrennungsvorgang notwendigen Parameter komplett neu untersucht werden müssen. Gleichzeitig sind sie einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu sogenannten Designer-Treibstoffen. Darunter versteht man Treibstoffe, die so zusammengesetzt sind, dass sie möglichst optimale Eigenschaften in Bezug auf ihre Umweltfreundlichkeit und ihre technischen Merkmale aufweisen. Die Forschung auf diesem Bereich ist ein Schwerpunktthema des DLR-Instituts für Verbrennungstechnik.
Auf dem Weg zum Designer-Treibstoff
Je weniger einzelne Komponenten ein Treibstoff hat, desto besser und schneller lassen sich die chemischen und physikalischen Prozesse definieren, die bei seiner Verbrennung stattfinden. Beim in der zivilen Luftfahrt hauptsächlich verwendeten Kerosin der Sorte Jet-A sind mehrere hundert Substanzen vorhanden. Entsprechend kompliziert sind die verbrennungstechnischen Analysen. Das Ziel bei Designer-Treibstoffen ist es deshalb, mit möglichst wenig Komponenten in einem präzisen Substanzspektrum zu arbeiten. Auf diese Weise lassen sich die Verbrennungseigenschaften optimieren und damit der Schadstoffausstoß verringern. Besonders interessant sind in diesem Zusammenhang die sogenannten Aromaten. Wenn man ihren Anteil reduziert oder sie komplett eliminiert, entstehen bei der Verbrennung wesentlich weniger Rußpartikel. In höheren Luftschichten verstärken diese Rußpartikel die Bildung von Eiskristallen erheblich. Diese werden als Kondensstreifen sichtbar, können über mehrere Stunden bestehen und zur Klimaveränderung beitragen.