Flugversuche zu alternativen Treibstoffen
Alternative Treibstoffe haben das Potenzial, eine umwelt- und klimaschonende Entwicklung des Luftverkehrs zu unterstützen. Rund fünf Prozent trägt der weltweite Flugverkehr derzeit zur Klimaerwärmung bei. Neben dem Klimagas CO2 entfalten dabei Kondensstreifen und daraus resultierende Zirren eine wesentliche Klimawirkung. Im Rahmen des Projekts ECLIF (‘Emission and Climate Impact of Alternative Fuels‘) untersucht das DLR Institut für Physik der Atmosphäre in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Verbrennungstechnik derzeit in dreiwöchigen Flugversuchen, wie sich mit alternativen Treibstoffen die Klimawirkung des Luftverkehrs reduzieren lässt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die mögliche Verringerung der Rußemissionen und damit eine Veränderung der strahlungswirksamen Eigenschaften von Kondensstreifen.
Für die Versuche fliegen zwei DLR-Forschungsflugzeuge in typischen Reiseflughöhen zwischen neun und zwölf Kilometern hintereinander in Formation in einem dafür gesperrten Luftraum. Angeführt wird die Formation vom zweistrahligen Airbus A320 ATRA, der vom Flughafen in Manching startet und zuvor mit einer bis zu 48-prozentigen Mischung aus einem alternativen Treibstoff und herkömmlichem Jet-A1 betankt wurde. Der zum Flugversuchsträger umgebaute Mittelstrecken-Passagierjet ist ein ideales, repräsentatives Forschungsobjekt für die Wissenschaftler mit seinen weltweit tausendfach eingesetzten Triebwerken der Baureihe V2500. Dahinter fliegt das mit zahlreichen Messgeräten ausgestatte Forschungsflugzeug Falcon. Es startet vom DLR-Standort in Oberpfaffenhofen und misst die Abgaszusammensetzung und Kondensstreifen-Eigenschaften in einer Entfernung von weniger als 100 Metern bis 20 Kilometern hinter ATRA. Zudem finden nach jedem Flug ergänzende Abgasmessungen am Boden statt.
Bei den verschiedenen Messflügen werden jeweils alternative Treibstoffe mit einer anderen Zusammensetzung eingesetzt. Die zwei V2500-Triebwerke des ATRA werden gleichzeitig mit verschiedenen zugelassenen voll- und teilsynthetischen alternativen Treibstoffen betrieben. Dabei wird der Anteil der zyklischen Kohlenwasserstoffe in einem Bereich von 10 bis 19 Prozent variiert und so die Änderungen im Abgasstrahl gemessen. Die zyklischen Kohlenwasserstoffe, unter Forschern auch Aromate genannt, sind maßgeblich für die Rußbildung bei der Verbrennung im Triebwerk verantwortlich. Ruß wiederum liefert im Flugzeugabgas Kondensationskeime für die Bildung von Kondensstreifen bei geeigneten meteorologischen Bedingungen. Zum Vergleich gibt es Versuchsflüge mit dem reinen konventionellen Flugtreibstoff Jet-A1.
Das Atmosphärenforschungsflugzeug Falcon ist vollgepackt mit Instrumenten, die die Anzahl und Größe der Rußpartikel, ebenso wie die Anzahl und Form der resultierenden Eiskristalle messen. Anzahl, Größe und Form der Eiskristalle bestimmen die Strahlungswirkung von Kondensstreifen. Man will herausfinden, wie die Zusammensetzung der verschiedenen Treibstoffe die strahlungswirksamen optischen Eigenschaften der resultierenden Eiskristalle verändert. Die Instrumentierung der Falcon erlaubt eine vollständige Erfassung der Emissionen im Abgasstrahl und der gebildeten Eiskristalle über den gesamten Größenbereich der Partikel. Dazu wurde auf der Falcon erstmals eine zusätzliche Laser-Partikelsonde eingesetzt, die einzelne Eispartikel in Kondensstreifen und resultierenden Zirruswolken abbilden kann.
Insgesamt werden im Projekt ECLIF die Emissionen alternativer Treibstoffe mit der ganzen Bandbreite der im DLR zur Verfügung stehenden Methoden analysiert, von der Verbrennungsanalyse in Laboren des DLR-Instituts für Verbrennungstechnik, über Tests in Brennkammerprüfständen des DLR-Instituts für Antriebstechnik, bis hin zu den nun stattfindenden Abgasmessungen des Instituts für Physik der Atmosphäre im Flugversuch. Wissenschaftler der NASA vom Langley Research Center, und der Universität Oslo beteiligen sich an den ergänzenden Bodenmessungen bei Standläufen mit dem A320 ATRA auf dem Gelände der Wehrtechnischen Dienststelle für Luftfahrzeuge und Luftfahrtgerät der Bundeswehr (WTD 61) in Manching. Die WTD 61 unterstützt das DLR ebenfalls bei der logistischen Abwicklung der Flugversuche.
Kontakt: Dr. Hans Schlager