Sie entstehen hinter den Flugzeugen in acht bis zwölf Kilometer Höhe, bestehen mehrere Stunden und bilden mit der Zeit Wolken: Kondensstreifen. Die Luftfahrt trägt nach Angaben des „Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt“ (DLR) mit 3,5 Prozent zum menschengemachten Klimawandel bei. Kritischere Quellen beziffern den Schaden höher.
Jedenfalls wird dieser auch als Kondensstreifen sichtbar: Sie setzen sich aus winzigen Eiskristallen zusammen und sind besonders klimawirksam. Daraus folgt: Wer die klimaschädliche Wirkung des Luftverkehrs reduzieren will, hat bei Kondensstreifen den größten Hebel dazu.
Es ist eine Kombination von tiefen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit, die Kondensstreifen entstehen lässt, das sogenannte Schmidt-Appleman-Kriterium. Die Temperatur muss zwischen minus 35 und 55 Grad Celsius liegen. Gleichzeitig darf die Luft nicht zu trocken sein, weil sich die Kondensstreifen sonst schnell wieder auflösen.
Verbrennt Kerosin in Düsentriebwerken, entstehen pro Kilogramm Treibstoff 1,23 Kilogramm Wasserdampf, 3,15 Kilogramm Kohlendioxid – und Myriaden winziger Rußpartikel. Verlassen diese das Triebwerk, verklumpen sie schnell und bilden Kondensationskeime für kleine, unterkühlte Wassertropfen. Diese gefrieren zu Eiskristallen und werden hinter den Flugzeugen von Wirbeln in die Breite gezogen.
Umwege fliegen: Hilft das dem Klima?
Bei der Erforschung der Kondensstreifen spielt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt eine wichtige Rolle. Grundsätzlich lassen sich Kondensstreifen und damit ihre klimaschädliche Wirkung auf zwei Wegen deutlich reduzieren. Ein Ansatz liegt in der Optimierung der Flugrouten, sodass die Maschinen möglichst viel unter Umgebungsbedingungen fliegen, die die Entstehung von Kondensstreifen gar nicht erst möglich machen.
Das DLR und das Maastricht Upper Area Control Centre haben nachgewiesen, dass sich langlebige Kondensstreifen durch Veränderung der Flughöhe vermeiden lassen – schon durch vergleichsweise kleine Höhenveränderungen in der Flugroute. Entsprechende Testflüge fanden während der Corona-Pandemie statt, als der Luftverkehr weltweit drastisch eingeschränkt war. Das bot ideale Bedingungen für Analysen im oberen Luftraum über den Benelux-Staaten und Nordwestdeutschland.
Sagten die Wetterberichte langlebige Kondensstreifen voraus, wurden die Maschinen bei den Testflügen um rund 600 Meter nach oben oder unten umgeleitet. An anderen Tagen mit diesen Bedingungen flogen die Flugzeuge ohne Eingriff in die Flughöhe. Per Satellit wurden die Ergebnisse überwacht, vergleichbar gemacht und dokumentiert. Und tatsächlich ergaben die Versuche eine deutliche Verringerung der Kondensstreifenbildung durch die Veränderung der Flughöhe.
Noch sind Fragen offen: So sind zur Veränderung der Flughöhe oft Steigflüge nötig. Dadurch verbraucht das Flugzeug mehr Kerosin und erzeugt mehr Kohlendioxid. Dieser Nachteil sollte geringer sein als der Vorteil durch die verminderte Kondensstreifenbildung. Zudem muss sichergestellt sein, dass die Veränderung von Flughöhen und -routen weder die Sicherheit noch die Kapazität des Luftraums beschränkt. Geklärt werden soll das im Forschungsprojekt D-KULT – die Abkürzung steht für „Demonstrator Klima und umweltfreundlicher Lufttransport“ –, an dem auch der Deutsche Wetterdienst und die Deutsche Flugsicherung mitarbeiten.
Fachleute sprechen auch von Aromaten
Die Fluggesellschaft Etihad hat im Oktober 2023 mit Flug „EY20“ von London nach Abu Dhabi gezeigt, dass sich auch im Normalbetrieb Flüge hinsichtlich Kondensstreifenbildung optimieren lassen. Airline-Mitarbeiter hatten in Zusammenarbeit mit dem britischen Unternehmen SATAVIA Regionen in der Atmosphäre identifiziert, in denen die Bildung von Kondensstreifen zu erwarten war, und diese umflogen. Dadurch entstand ein Mehrverbrauch von 100 Kilogramm Kerosin, was nach Etihad-Angaben 0,48 Tonnen Kohlendioxid entspricht. Verglichen mit der normalen Route wurden rechnerisch aber 64 Tonnen eingespart.
Der andere Ansatz zur Reduzierung der Kondensstreifen besteht in der Verminderung der Rußpartikel im Kerosin. Je weniger Ruß vorhanden ist, umso weniger Eis bildet sich im Abgasstrahl und umso kleiner sind die Kondensstreifen. Kerosin wird aus Rohöl hergestellt. Neben verschiedenen Kohlenwasserstoffen wie Paraffinen enthält Kerosin ringförmige Kohlenwasserstoffe.
Fachleute sprechen auch von Aromaten. Diese „verursachen bei ihrer Verbrennung mehr Rußpartikel als kurzkettige Kohlenwasserstoffe“, wie Patrick Le Clercq vom DLR-Institut für Verbrennungstechnik in Stuttgart erklärt. Wäre es möglich, Kerosin ohne ringförmige Kohlenwasserstoffe herzustellen, ließe sich die Bildung von Rußpartikeln im Abgas von Flugzeugen deutlich reduzieren.
Weniger Kristalle im Streifen
Solches Kerosin gibt es bereits. Es wird als „Sustainable Aviation Fuel“ – abgekürzt SAF – bezeichnet und hat einen geringeren CO2-Fußabdruck als das herkömmlich erzeugte Kerosin. SAF wird aus regenerativen Quellen hergestellt, entweder aus biologischen Abfällen oder aus Pflanzen. Ein anderer Weg ist, erneuerbaren Strom zum Beispiel aus Windrädern zu nutzen und damit „grünen“ Wasserstoff herzustellen, der dann in der Turbine verbrannt – und als E-Fuel bezeichnet – wird.
„Alle nachhaltigen Kraftstoffe haben gemeinsam, dass sie ohne zyklische Kohlenwasserstoffe, sogenannte Aromaten, produziert werden können“, erläutert Patrick Le Clercq. „Weniger Aromaten im Kraftstoff bedeuten weniger Ruß in den Emissionen und damit weniger Eiskristalle in den Kondensstreifen.“ Damit würden solche Kraftstoffe die beiden größten klimawärmenden Effekte der Luftfahrt verringern: die Kondensstreifen und den CO2-Fußabdruck.
2018 hatte das DLR zusammen mit der US-Weltraumbehörde NASA Flugversuche zu diesem Thema durchgeführt. Dabei wurde ein Airbus zum einen mit herkömmlichem Kerosin betankt, zum anderen mit einer 50:50-Mischung von Kerosin und SAF. Die Versuche wurden vom DLR fortgeführt und schließlich ein Testflugzeug mit 100 Prozent SAF betankt. Als Referenz diente die Betankung mit 100 Prozent herkömmlichem Kerosin.
Der nächste Schritt wäre jetzt, SAF in großem Maßstab im kommerziellen Luftverkehr einzusetzen
Wie schon bei den Versuchen zuvor folgte ein Messflugzeug. Die Ergebnisse dieser Flüge wurden kürzlich veröffentlicht. Sie zeigen einen kleineren Ausstoß von Rußpartikeln und eine um 56 Prozent geringere Anzahl an Eiskristallen in Kondensstreifen. Das führte zu einer Reduzierung der Klimawirkung von Kondensstreifen um 26 Prozent, wie das DLR in globalen Klimamodell-Simulationen errechnet hat.
Der nächste Schritt wäre jetzt, SAF in großem Maßstab im kommerziellen Luftverkehr einzusetzen. Bisher dürfen die neuen Kraftstoffe nur gemischt mit Kerosin zum Einsatz kommen, aktuell dürfen es bis zu 50 Prozent sein. Solche Mengen sind aber aktuell noch nicht am Markt verfügbar. Das soll sich in Zukunft ändern und der SAF-Anteil bei Flügen in Europa soll schrittweise steigen. Ab 2030 ist eine Beimischung von sechs Prozent SAF gesetzlich vorgeschrieben.
Durch SAF lassen sich Kondensstreifen stark vermindern. Wenn dann noch die Flugrouten optimiert werden, dazu der ohnehin geringere CO2-Fußabdruck des SAF kommt und der geringere CO₂‑Ausstoß durch den technischen Fortschritt in Form zum Beispiel der Einführung moderner Triebwerke, ist der klimawärmende Effekt der Luftfahrt schon deutlich reduziert. Das schafft eine Brücke, bis Elektroantriebe auf extremen Kurzstrecken und grüner Wasserstoff oder E-Fuel für den Antrieb auch auf längeren Strecken in ausreichender Menge zur Verfügung stehen.
folgt: Wer die klimaschädliche Wirkung des Luftverkehrs reduzieren will, hat bei Kondensstreifen den größten Hebel dazu.Es ist eine Kombination von tiefen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit, die Kondensstreifen entstehen lässt, das sogenannte Schmidt-Appleman-Kriterium. Die Temperatur muss zwischen minus 35 und 55 Grad Celsius liegen. Gleichzeitig darf die Luft nicht zu trocken sein, weil sich die Kondensstreifen sonst schnell wieder auflösen. Verbrennt Kerosin in Düsentriebwerken, entstehen pro Kilogramm Treibstoff 1,23 Kilogramm Wasserdampf, 3,15 Kilogramm Kohlendioxid – und Myriaden winziger Rußpartikel. Verlassen diese das Triebwerk, verklumpen sie schnell und bilden Kondensationskeime für kleine, unterkühlte Wassertropfen. Diese gefrieren zu Eiskristallen und werden hinter den Flugzeugen von Wirbeln in die Breite gezogen.Umwege fliegen: Hilft das dem Klima?Bei der Erforschung der Kondensstreifen spielt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt eine wichtige Rolle. Grundsätzlich lassen sich Kondensstreifen und damit ihre klimaschädliche Wirkung auf zwei Wegen deutlich reduzieren. Ein Ansatz liegt in der Optimierung der Flugrouten, sodass die Maschinen möglichst viel unter Umgebungsbedingungen fliegen, die die Entstehung von Kondensstreifen gar nicht erst möglich machen.Das DLR und das Maastricht Upper Area Control Centre haben nachgewiesen, dass sich langlebige Kondensstreifen durch Veränderung der Flughöhe vermeiden lassen – schon durch vergleichsweise kleine Höhenveränderungen in der Flugroute. Entsprechende Testflüge fanden während der Corona-Pandemie statt, als der Luftverkehr weltweit drastisch eingeschränkt war. Das bot ideale Bedingungen für Analysen im oberen Luftraum über den Benelux-Staaten und Nordwestdeutschland.Sagten die Wetterberichte langlebige Kondensstreifen voraus, wurden die Maschinen bei den Testflügen um rund 600 Meter nach oben oder unten umgeleitet. An anderen Tagen mit diesen Bedingungen flogen die Flugzeuge ohne Eingriff in die Flughöhe. Per Satellit wurden die Ergebnisse überwacht, vergleichbar gemacht und dokumentiert. Und tatsächlich ergaben die Versuche eine deutliche Verringerung der Kondensstreifenbildung durch die Veränderung der Flughöhe.Noch sind Fragen offen: So sind zur Veränderung der Flughöhe oft Steigflüge nötig. Dadurch verbraucht das Flugzeug mehr Kerosin und erzeugt mehr Kohlendioxid. Dieser Nachteil sollte geringer sein als der Vorteil durch die verminderte Kondensstreifenbildung. Zudem muss sichergestellt sein, dass die Veränderung von Flughöhen und -routen weder die Sicherheit noch die Kapazität des Luftraums beschränkt. Geklärt werden soll das im Forschungsprojekt D-KULT – die Abkürzung steht für „Demonstrator Klima und umweltfreundlicher Lufttransport“ –, an dem auch der Deutsche Wetterdienst und die Deutsche Flugsicherung mitarbeiten.Fachleute sprechen auch von AromatenDie Fluggesellschaft Etihad hat im Oktober 2023 mit Flug „EY20“ von London nach Abu Dhabi gezeigt, dass sich auch im Normalbetrieb Flüge hinsichtlich Kondensstreifenbildung optimieren lassen. Airline-Mitarbeiter hatten in Zusammenarbeit mit dem britischen Unternehmen SATAVIA Regionen in der Atmosphäre identifiziert, in denen die Bildung von Kondensstreifen zu erwarten war, und diese umflogen. Dadurch entstand ein Mehrverbrauch von 100 Kilogramm Kerosin, was nach Etihad-Angaben 0,48 Tonnen Kohlendioxid entspricht. Verglichen mit der normalen Route wurden rechnerisch aber 64 Tonnen eingespart.Der andere Ansatz zur Reduzierung der Kondensstreifen besteht in der Verminderung der Rußpartikel im Kerosin. Je weniger Ruß vorhanden ist, umso weniger Eis bildet sich im Abgasstrahl und umso kleiner sind die Kondensstreifen. Kerosin wird aus Rohöl hergestellt. Neben verschiedenen Kohlenwasserstoffen wie Paraffinen enthält Kerosin ringförmige Kohlenwasserstoffe.Fachleute sprechen auch von Aromaten. Diese „verursachen bei ihrer Verbrennung mehr Rußpartikel als kurzkettige Kohlenwasserstoffe“, wie Patrick Le Clercq vom DLR-Institut für Verbrennungstechnik in Stuttgart erklärt. Wäre es möglich, Kerosin ohne ringförmige Kohlenwasserstoffe herzustellen, ließe sich die Bildung von Rußpartikeln im Abgas von Flugzeugen deutlich reduzieren.Weniger Kristalle im StreifenSolches Kerosin gibt es bereits. Es wird als „Sustainable Aviation Fuel“ – abgekürzt SAF – bezeichnet und hat einen geringeren CO2-Fußabdruck als das herkömmlich erzeugte Kerosin. SAF wird aus regenerativen Quellen hergestellt, entweder aus biologischen Abfällen oder aus Pflanzen. Ein anderer Weg ist, erneuerbaren Strom zum Beispiel aus Windrädern zu nutzen und damit „grünen“ Wasserstoff herzustellen, der dann in der Turbine verbrannt – und als E-Fuel bezeichnet – wird.„Alle nachhaltigen Kraftstoffe haben gemeinsam, dass sie ohne zyklische Kohlenwasserstoffe, sogenannte Aromaten, produziert werden können“, erläutert Patrick Le Clercq. „Weniger Aromaten im Kraftstoff bedeuten weniger Ruß in den Emissionen und damit weniger Eiskristalle in den Kondensstreifen.“ Damit würden solche Kraftstoffe die beiden größten klimawärmenden Effekte der Luftfahrt verringern: die Kondensstreifen und den CO2-Fußabdruck.2018 hatte das DLR zusammen mit der US-Weltraumbehörde NASA Flugversuche zu diesem Thema durchgeführt. Dabei wurde ein Airbus zum einen mit herkömmlichem Kerosin betankt, zum anderen mit einer 50:50-Mischung von Kerosin und SAF. Die Versuche wurden vom DLR fortgeführt und schließlich ein Testflugzeug mit 100 Prozent SAF betankt. Als Referenz diente die Betankung mit 100 Prozent herkömmlichem Kerosin.Der nächste Schritt wäre jetzt, SAF in großem Maßstab im kommerziellen Luftverkehr einzusetzenWie schon bei den Versuchen zuvor folgte ein Messflugzeug. Die Ergebnisse dieser Flüge wurden kürzlich veröffentlicht. Sie zeigen einen kleineren Ausstoß von Rußpartikeln und eine um 56 Prozent geringere Anzahl an Eiskristallen in Kondensstreifen. Das führte zu einer Reduzierung der Klimawirkung von Kondensstreifen um 26 Prozent, wie das DLR in globalen Klimamodell-Simulationen errechnet hat.Der nächste Schritt wäre jetzt, SAF in großem Maßstab im kommerziellen Luftverkehr einzusetzen. Bisher dürfen die neuen Kraftstoffe nur gemischt mit Kerosin zum Einsatz kommen, aktuell dürfen es bis zu 50 Prozent sein. Solche Mengen sind aber aktuell noch nicht am Markt verfügbar. Das soll sich in Zukunft ändern und der SAF-Anteil bei Flügen in Europa soll schrittweise steigen. Ab 2030 ist eine Beimischung von sechs Prozent SAF gesetzlich vorgeschrieben.Durch SAF lassen sich Kondensstreifen stark vermindern. Wenn dann noch die Flugrouten optimiert werden, dazu der ohnehin geringere CO2-Fußabdruck des SAF kommt und der geringere CO₂‑Ausstoß durch den technischen Fortschritt in Form zum Beispiel der Einführung moderner Triebwerke, ist der klimawärmende Effekt der Luftfahrt schon deutlich reduziert. Das schafft eine Brücke, bis Elektroantriebe auf extremen Kurzstrecken und grüner Wasserstoff oder E-Fuel für den Antrieb auch auf längeren Strecken in ausreichender Menge zur Verfügung stehen.