Nachhaltigkeit in der Luftfahrt

Nachhaltige Luftfahrt

Clean Sky – Nachhaltigkeit in der Luftfahrt

Die europäische Technologieinitiative Clean Sky ist ein wichtiges Element auf dem Weg zu Nachhaltigkeit in der Luftfahrt.

Clean Sky ist das größte europäische Forschungsprogramm, das innovative, nachhaltige Technologien zur Reduzierung von CO2-, Gas- und Geräuschpegeln von Flugzeugen entwickelt. Gefördert durch das EU-Programm Horizon 2020 trägt Clean Sky zur Stärkung der europäischen Zusammenarbeit bei der Aero-Industrie, zur globalen Führung, zur Wettbewerbsfähigkeit und damit zu mehr Nachhaltigkeit in der Luftfahrt bei.

Fraunhofer-Gesellschaft

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist eines der führenden Mitglieder dieser Technologieinitiative und unterstützt damit den Weg zu mehr Nachhaltigkeit in der Luftfahrt. Die gesamten Aktivitäten des Projektes werden durch das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP koordiniert und von der Fraunhofer Aviation Group der Allianz Transport unterstützt.

Die nachfolgende Veröffentlichung ist ein Produkt aus Clean Sky und erfolgt mit freundlicher Genehmigung durch Dipl.-Chem. Rainer Schweppe, Produktbereichsleiter Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT. Die komplette Informationsschrift kann hier heruntergeladen werden: Artikel des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP


Nachhaltigkeit in der Luftfahrt

Aktuelle Forschungsthemen

Ökobilanzen von luftfahrtspezifischen Materialien, Fertigungs- und Verarbeitungsprozessen, die ökologische Bewertung von Leichtbau- und Hightech-Werkstoffen sowie die Lebenszyklusanalyse von Bauteilen, Systemen und alternativen Kraftstoffen sind zentrale Eckpunkte einer nachhaltigen Luftfahrt. Basierend auf den Ergebnissen einer Ökobilanz lassen sich zielgerichtete Maßnahmen und Strategien für ein ökologisch angemessenes Design ableiten. Weitere Arbeiten befassen sich mit Kostenanalysen sowie der Umsetzung eines virtuellen Marktplatzes als Datenplattform im Luftfahrtbereich.

Luftfahrt heute und in Zukunft

Aktuelle Studien gehen davon aus, dass das Transport- und Passagieraufkommen im Luftverkehr in den nächsten Jahren stark wachsen wird. Die Relevanz der Luftfahrt an den globalen Umweltwirkungen nimmt weiter zu. Neue Entwicklungen und bestehende Prozesse sind auf ihr ökologisches Profil hin zu untersuchen und zu optimieren, um die Umweltwirkungen des Luftfahrtbereichs trotz des prognostizierten Wachstums langfristig zu reduzieren.

Mit der Modernisierung aktueller Flotten eröffnet sich dem Luftfahrtsektor die Möglichkeit, nachhaltige Neuentwicklungen großflächig zur Anwendung zu bringen und somit die Chance auf eine Verringerung ihrer Umweltwirkungen.

Leichtbau

Die Nutzungsphase eines Flugzeuges ist die dominierende Lebenszyklusphase in der Ökobilanz. Die Umweltwirkungen werden maßgeblich durch den Kraftstoffverbrauch, bzw. durch die Kraftstoffherstellung und -verbrennung verursacht. Durch den verstärkten Einsatz von Leichtbaukonstruktionen, neuen Leichtbaumaterialien und Hightech-Werkstoffen soll die Flugzeugmasse in der Herstellung reduziert und somit der Kraftstoffverbrauch und die Umweltwirkungen während der Nutzungsphase verringert werden.

Wann und an welchen Stellen Leichtbau ökologisch sinnvoll ist erschließt sich erst mit der Untersuchung der Herstellung und des Lebensendes. Zusätzlich hängt der ökologisch sinnvolle Einsatz von Leichtbau im Flugzeug von weiteren Rahmenbedingungen, beispielsweise dem Einsatzgebiet, Flugzeugtyp, Kraftstoffverbrauch und den Flugstunden ab. Aus diesem Grund ist eine frühzeitige, entwicklungsbegleitende Analyse der verfügbaren Designoptionen und Bauteilvarianten erforderlich, um das Potenzial der verschiedenen Technologien voll auszuschöpfen.

eco DESIGN für neue Flugzeugkonzepte

Flugzeuge erreichen Nutzungsdauern von mehreren Jahrzehnten. Die entwicklungsbegleitende Bewertung von Designoptionen ist daher ein wichtiger Schritt, um die Umweltwirkungen von Flugzeugen systematisch und langfristig zu reduzieren. Mithilfe eines auf der Ökobilanz aufbauenden eco DESIGN Ansatzes lassen sich geeignete Konstruktionen, Materialien, Prozesse und Technologien bereits in der Designphase quantitativ analysieren und optimieren. Damit diese Ergebnisse im Designprozess Berücksichtigung finden, wurde das an den Luftfahrtbereich angepasste eco DESIGN Tool ENDAMI entwickelt, das Flugzeugentwicklern ohne umfassende Ökobilanzvorkenntnisse ermöglicht, die Umweltwirkungen von Designalternativen zu berechnen und miteinander zu vergleichen. Die zu Grunde liegenden Modelle werden von unseren Experten in der Ökobilanzsoftware GaBi erstellt.

Nachhaltigkeit in der Luftfahrt

Alternative Kraftstoffe

Die ökologische Optimierung von Flugzeugflotten ist insbesondere in Hinblick auf die nachhaltige und langfristige Kraftstoffherstellung und -versorgung eine wichtige Herausforderung für die Luftfahrt. Eine zentrale Fragestellung ist, wie der steigende Bedarf an Kraftstoffen aus erneuerbaren Energieträgern die Treibhausgase und Emissionen von Schadstoffen reduzieren kann. Für die Bereitstellung geeigneter Alternativen sind detaillierte Kenntnisse über die Prozesskette vom Energieträger bis zur Kraftstoffherstellung erforderlich. Aktuelle Arbeitsschwerpunkte sind die ökologische Bewertung von innovativen Kraftstoffen und Bereitstellungstechnologien.

Kostenanalyse

Die Umsetzung ökologisch sinnvoller Alternativen setzt voraus, dass auch der ökonomische Faktor betrachtet wird. Hier liegt der Ansatzpunkt für eine integrierte Betrachtung, die beide Aspekte analysiert und gegenüberstellt. Unter Berücksichtigung der spezifischen Rahmenbedingungen und Einsatzgebiete eines Flugzeugs, zum Beispiel der Betriebsdauer oder Transportstrecke, lassen sich geeignete Lösungen aus ökologischer und ökonomischer Sicht ableiten. Die integrierte Betrachtung wird ein notwendiger Bestandteil der Entscheidungsunterstützung im Luftfahrtbereich.

Virtueller Marktplatz

Die belastbare Bewertung der Umweltwirkungen von Flugzeugen und Komponenten erfordert den Zugriff auf umfassende, luftfahrtspezifische Ökobilanzdaten von Bauteilen, Komponenten, Materialien und Prozessen. Das entwickelte Konzept des virtuellen Marktplatzes gibt Zulieferern und Herstellern eine Plattform, ihre Produkte und Lösungen unter Berücksichtigung der speziellen Funktionen, Verwendungsmöglichkeiten und des dazugehörigen Umweltprofils zu vermarkten. Gleichzeitig bietet der virtuelle Marktplatz die Möglichkeit zum Datenaustausch: eco DESIGN relevante Informationen werden Entwicklern zugänglich gemacht und die Kommunikation zwischen den Akteuren im Luftfahrtsektor optimiert.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP

Autor: Dipl.-Ing. Robert Ilg