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Forschungsflugzeug DC-8

Algen statt Kerosin im Tank NASA testet Biosprit für Flugzeuge

In Zeiten globaler Erwärmung wird diskutiert, ob sich Flugzeuge womöglich statt mit Kerosin auch mit Biotreibstoffen antreiben lassen und ob so der Schadstoffausstoß verringert werden kann. Das haben Forscher in den letzten Wochen während mehrerer abenteuerlicher Flugmanöver am Himmel Kaliforniens herauszufinden versucht. Guido Meyer berichtet über den "Algen-Antrieb" und seine Umweltverträglichkeit.

Mit Biosprit betriebene Forschungsflugzeuge

Mit Biosprit betriebene Forschungsflugzeuge

Dieser Flughafen ist benannt nach dem ersten Mann auf dem Mond: das Armstrong Flight Research Center der amerikanischen Weltraumbehörde NASA im kalifornischen Palmdale. Von hier starten jedoch keinen Raketen in den Weltraum. Vielmehr haben sich hier die Raumfahrt- und Forschungsagenturen dreier Länder zu einem internationalen Flugexperiment zusammengefunden: der National Research Council aus Kanada, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die US-Raumfahrtbehörde NASA.

Algen im Tank

Vier Flugzeuge sind an diesem Formationsflug beteiligt: Das DLR ist mit einer Falcon aus Oberpfaffenhofen bei München angereist, in einem vier-und-zwanzig-stündigen Flug über zwölf-tausend Kilometer. Kanada stellt einen zweisitzigen T-33-Jet, und die USA steuern eine ihrer Falcon bei sowie eine vierstrahlige DC-8. Sie ist das Versuchskaninchen. – Das Experiment beginnt...

Unsere DC-8 ist in einem Tank mit Biotreibstoff beladen, hergestellt zum Beispiel aus der Kamelina-Pflanze und aus Algen. Damit fliegt sie in eine Höhe von rund zehn Kilometern.


Forschungsflugzeuge mit Biosprit

Weniger Ruß- und Schwefelpartikel als beim Einsatz von Kerosin

Bruce Anderson ist Atmosphärenwissenschaftler am Langley Forschungszentrums der NASA in Virginia. Er beobachtet das Flugexperiment in Kalifornien am Boden. Sobald die DC-8 ihre Flughöhe erreicht hat, steigt das erste Verfolgerflugzeug auf.

Die kanadische T-33 startet zuerst, nähert sich der DC-8 und vermisst deren Flugprofil, ihren Triebwerksausstoß und die Windschleppen, während beide auf eine Maximalhöhe von zwölf Kilometern steigen.

Rendevous im Himmel

Sobald das Flugverhalten der DC-8 feststeht, startet die deutsche Falcon, ebenfalls auf Rendezvous-Kurs mit der mit Biotreibstoff beladenen DC-8.

Wir nutzen hier die deutsche Falcon, weil es eine sehr robuste Maschine ist. Sie fliegt nur fünfzig Meter hinter einem großen Transportflugzeug vom Typ DC-8. Weniger robuste Flugzeuge würden da anfangen, zu rotieren, was den Rumpf der Maschine schädigen könnte.


Forschungsflugzeug Falcon wird auf den Einsatz vorbereitet

Forschungsflugzeug Falcon wird auf den Einsatz vorbereitet

Nicht jedoch die deutsche und später auch die amerikanische Falcon. Sie vermessen dass, was nach der Verbrennung der Biotreibstoffe aus den Antriebsdüsen der DC-8 am Heck austritt. Dazu fliegen sie direkt durch ihren Abgasstrahl, dessen Partikel durch einen Schlauch ins Innere der Falcon geleitet werden, zu verschiedenen Messinstrumenten. Dort sitzt während dieser Flugversuche Hans Schlager, der Leiter der Abteilung Atmosphärische Spurenstoffe beim DLR in Oberpfaffenhofen.

Da geht es um drei Komplexe: Wie ändern sich die gasförmigen Emissionen, wie ändern sich die partikelförmigen Emissionen, und schließlich: Verändern sich auch die Eigenschaften von Kondensstreifen?


Weniger Schwefelsäure durch Biosprit

Algenproduktion im Forschungszentrum Jülich

Algenproduktion im Forschungszentrum Jülich

Zu den gasförmigen Emissionen gehört Schwefel, der als Luftschadstoff gilt. Als Abfallprodukt von Flugzeugtreibstoffen bilden sich normalerweise Schwefelsäuretröpfchen, die zu Boden sinken und in die Lungen von Menschen eindringen können.

Was wir gesehen haben ist zum einen bei den gasförmigen Emissionen, dass die schwefelhaltigen Emissionen deutlich reduziert sind. Das war auch zu erwarten, schließlich ist eben der Biotreibstoff sehr schwefelarm.


Lagern sich Schwefelsäure oder Wasser an andere, zum Beispiel Staubpartikel an, heißen sie Aerosole. Aerosole bilden sich bei Flugzeugabgasen aus Rußpartikeln, die aus den Triebwerken ausgestoßen werden. Diese wiederum sind für Größe und Dichte der Kondensstreifen am Himmel verantwortlich.

Man benötigt, damit es zu einem Kondensstreifen kommt, Kondensationskerne. Das sind kleine, schon vorhandene Partikel, an denen die Kondensation stattfinden kann, in der Atmosphäre Kondensation von Wasserdampf. Eben in diesem Fall aus Ruß. Wenn ich jetzt weniger Rußpartikel im Kondensationsstrahl habe, dann bilden sich auch Eiskristalle, aber weniger. Der Wasserdampf bildet dann größere Eiskristalle.


Eis statt Ruß im Kondensstreifen

Flugzeuge verbrauchen im Normalfall viel Kerosin

Flugzeuge verbrauchen normalerweise viel Kerosin

Biotreibstoffe führen also nicht nur zu weniger Schwefelsäuretröpfchen, sondern sie bilden auch weniger Rußpartikel. Zwar sind diese wenigen dafür größer. Dies jedoch sei kein Nullsummenspiel sondern habe positive Konsequenzen, so Hans Schlager.

In der Atmosphäre selbst, in größeren Höhen, haben die Kondensstreifen selbst eine erwärmende Wirkung im Klima. Wenn ich da größere Partikel habe, größere Eiskristalle, dann können die schneller nach unten sinken, durch ihre Masse, und dann wird die Lebenszeit evtl. von diesen Kondensstreifen reduziert, und damit ist es eine Abmilderung der Klimawirkung von Kondensstreifen.

Kondensstreifen mit kürzerer Lebenszeit tragen somit weniger zur Erwärmung der Atmosphäre bei. Die erste Bilanz der Experimente am Himmel Kaliforniens kann sich also sehen lassen. Im kommenden Jahr sollen die Flugversuche mit deutschen und amerikanischen Maschinen fortgesetzt werden.

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