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Produktverantwortung

Ökoeffiziente Antriebe

Klima & Fliegen

Was bewegt uns? Was können wir bewegen? Diese Fragen stellen wir uns nicht erst seit der aktuellen gesellschaftlichen Debatte zum Klimaschutz. Vielmehr verfolgen wir seit Jahren eine Roadmap für eine nachhaltige Produktentwicklung. Mit ihr arbeiten wir intensiv daran, Kraftstoffverbrauch, CO2- und Schadstoffemissionen von Flugzeugmotoren in mehreren Etappen deutlich zu reduzieren. Jetzt wollen wir noch einen Schritt weitergehen und streben eine emissionsfreie Luftfahrt an.


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Mit innovativen und emissionsarmen Antriebskonzepten treiben wir den Klimaschutz im Luftverkehr voran. Bestes Beispiel: Der Getriebefan PW1100G-JM für die A320neo – hier bei ihrem Erstflug – verursacht 16% weniger CO2-Emissionen.

Die Luftfahrt ist ein wichtiges Rückgrat der Wirtschaft. Sie sorgt für weltweite Mobilität, trägt zu Wachstum und Wohlstandsentwicklung bei und verbindet darüber hinaus Menschen und Kulturen miteinander. Für heutige global vernetzte Industrien ist sie unverzichtbar. Fliegen hat jedoch Auswirkungen auf die Umwelt und insbesondere auf das Klima und verzeichnete zuletzt starke Wachstumsraten. Das ist eine große Herausforderung, der wir uns als verantwortungsvolles Unternehmen stellen: Wir gestalten den Wandel zu einer nachhaltigen Luftfahrt mit innovativen, emissionsarmen Antriebskonzepten aktiv mit. Im Zentrum unserer Aktivitäten steht der Klimaschutz und die Verringerung des CO2-Ausstoßes während des Flugs. Unser langfristiges Ziel ist eine emissionsfreie Luftfahrt. Dies können wir nur mit vereinten Kräften der gesamten Branche und entsprechenden politischen Rahmenbedingungen erreichen. Wir sind daher in zahlreichen Initiativen der Luftfahrt involviert.

Unser Beitrag zu den SDGs

Mit einer nachhaltigen Produktentwicklung leisten wir einen Beitrag zu den globalen Entwicklungszielen der Vereinten Nationen, den SDGs. Unseren größten Impact sehen wir dabei auf das SDG 13 „Maßnahmen zum Klimaschutz“ und das SDG 9 „Industrie, Innovation, Infrastruktur“. Darüber hinaus unterstützen wir mit ökoeffizienten Antrieben das SDG 12 „Nachhaltige(r) Konsum und Produktion“. Die SDGs sollen bis 2030 erreicht sein, das neue Jahrzehnt hat der UN-Generalsekretär Antonio Guterres daher zur „Decade of Action“ ausgerufen. Unser Ansatz ist längerfristig und reicht bis 2050 und darüber hinaus, da die Luftfahrt von sehr langen Entwicklungs- und Betriebszyklen geprägt ist.

Industrie, Innovation und Infrastruktur
Nachhaltige/r Konsum/Produktion
Maßnahmen zum Klimaschutz

→ Erfahren Sie mehr über unseren Beitrag zu den SDGs

   

Zukunftsweisend: Unser Ansatz beim Klimaschutz

Wir setzen uns für einen umweltverträglichen Luftverkehr ein und konzentrieren uns dabei auf die Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und damit auf die CO2-Emissionen von Antrieben. Mit unserer Kompetenz auf dem Gebiet der Entwicklung und Fertigung von Hochdruckverdichtern und Niederdruckturbinen können wir dies direkt beeinflussen. Außerdem erforschen wir neue Antriebskonzepte, die eine emissionsfreie Luftfahrt ermöglichen. Im Unternehmensleitbild ist eine nachhaltige Produktentwicklung mit reduziertem Brennstoffverbrauch festgehalten. In unseren globalen Verhaltensgrundsätzen (MTU Code of Conduct) haben wir ebenfalls Leitsätze zur Produktentwicklung nach ökologischen Kriterien formuliert. Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen stehen in einem direkten Verhältnis und sind ein wesentlicher Einflussfaktor des Luftverkehrs auf das Klima. Von sehr großer Bedeutung ist für uns daher eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz, da dies sowohl den Ressourcenverbrauch als auch die Klimawirkung verringert. Darüber hinaus kann der Einsatz von alternativen Kraftstoffen, so genannten Sustainable Aviation Fuels (SAF), sowohl die CO2-Emissionen der bereits im Betrieb befindlichen Flugzeugflotte als auch unserer neuen Triebwerke deutlich verringern. Daher fordern wir den Einsatz von SAF. Für eine klimaverträgliche Luftfahrt sind diese Kraftstoffe zwingend erforderlich.

Unsere Vision: Fliegen ohne Emissionen

Wie wollen wir dahin kommen? Dazu haben wir uns in unserer „Technology Roadmap Towards Emission Free Flying" Gedanken gemacht. Mit ihr skizzieren wir einen möglichen Weg zu einer langfristig emissionsfreien Luftfahrt. Nur so können wir das Ziel aus dem Pariser Klimaabkommen unterstützen, die Erderwärmung auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen.

Wir bekennen uns zum Ziel aus dem Pariser Klimaabkommen von 2015, den Temperaturanstieg auf weniger als zwei Grad Celsius zu begrenzen. Dieses Ziel geht weit über die von der europäischen Luftfahrtindustrie und -forschung definierten Ziele in der Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA) und über die weltweiten Ziele der IATA (Dachverband der Airlines) hinaus. Mit unserer „Technology Roadmap Towards Emission Free Flying“ zeigen wir einen möglichen Weg zu einer langfristig emissionsfreien Luftfahrt auf. Unsere Clean Air Engine Agenda überarbeiten wir gerade, um Zielsetzungen neu zu definieren und zum übergeordneten Paris-Ziel beizutragen.

Wir haben eine Strategie für das Klima und ein klares Ziel vor Augen

Der Klimawandel zählt zu einer der größten globalen Herausforderung unserer Zeit. Die Gesellschaft ist sich weitgehend einig, die Klimaänderungen mit einem Temperaturanstieg von maximal zwei Grad Celsius bis 2050 zu begrenzen (Paris-Ziel). Dazu müssen die globalen Emissionen an Treibhausgasen drastisch sinken. Der weltweite Flugverkehr verursacht laut International Energy Agency rund 2,7% des gesamten weltweiten CO2-Ausstoßes (Daten für 2015). Die MTU bekennt sich zum Klimaschutz als ein wesentlicher Fokus ihrer Nachhaltigkeitsstrategie und verfolgt konkrete Ziele vor allem für die Produkte, da über den gesamten Lebenszyklus eines Luftfahrtantriebs der weitaus größte Teil der CO2-Emissionen während des Fluges, also in der Nutzung unserer Produkte entsteht. Wir unterstützen aktiv eine Dekarbonisierung, das heißt den Wandel hin zu einer langfristig kohlenstofffreien Wirtschaftsweise und beziehen beim Klimaschutz unsere eigene Geschäftstätigkeit mit ein. -> Erfahren Sie mehr zu diesem Engagement unter Umweltschutz in der Produktion

Die Klimawirkung des Luftverkehrs beruht nach dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) der Vereinten Nationen im Wesentlichen auf den CO2-Emissionen, der Ozonproduktion infolge der NOx-Emissionen (Stickoxid) und der Bildung von Kondensstreifen und Zirruswolken. Am stärksten auf das Klima wirken sich die CO2-Emissionen aus, in der Reduzierung des Treibhausgases durch energieeffiziente Triebwerke liegt zugleich für uns der größte Hebel in Sachen Klimaschutz. Die NOx-Emissionen lassen sich durch neue Brennkammerkonzepte deutlich verringern. Da die Brennkammer nicht zu unseren Komponenten für die Zivilluftfahrt zählt, können wir nur indirekt mit Effizienzverbesserungen dazu beitragen, Stickoxide zu vermeiden. Kondensstreifen und Zirruswolken beeinflussen ebenfalls das Klima und entstehen unter bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen in der Atmosphäre ausgelöst durch Partikel- und Wasseremissionen. Werden Flugrouten und –höhen geschickt gewählt, können Kondensstreifen und Zirruswolken stark vermindert oder sogar vermieden werden. Auch mit Hilfe nachhaltiger Kraftstoffe lassen sich Kondensstreifen reduzieren, da sie aufgrund eines geringeren Anteils an Aromaten weniger Partikelemissionen erzeugen. Neue, von der MTU entwickelte Antriebskonzepte versprechen langfristig große Reduktionen sowohl der NOx-Emissionen als auch hinsichtlich der Bildung von Kondensstreifen.

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Mio. Tonnen CO2 eingespart
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744 Flugzeuge bringt die erste Generation der Getriebefan-Triebwerksfamilie bereits jetzt in die Luft und hat dabei mehr als drei Millionen Tonnen CO2 eingespart.
(Quelle: Pratt & Whitney, Stand: 5/2020) 

Die Luftfahrtindustrie ist gekennzeichnet von langen Produktzyklen: Ein Triebwerk ist in der Regel 30 Jahre im Flugbetrieb, bevor es ausgemustert wird. Die Ziele für ökoeffizientere Antriebe sind daher langfristig zu setzen und im Rahmen von Absichtserklärungen der Stakeholder aus der Luftfahrt (Airlines, Luftfahrtindustrie, Forschung, Luftfahrtbehörden) festgelegt. In Europa sind Ziele zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen bereits seit 2012 in der SRIA-Agenda definiert. Da sich mit ihnen jedoch das Ziel aus dem Pariser Klimaabkommen nicht erfüllen lässt, haben wir uns vorgenommen, unsere Aktivitäten zu beschleunigen und auszuweiten. Aus unserer Sicht muss die Luftfahrt langfristig emissionsfrei werden. Daher überarbeiten wir derzeit unsere Clean Air Engine Agenda und ihre konkreten Zielsetzungen für die nächsten Jahrzehnte bis 2050, um dorthin zu gelangen.

Wir haben schon einiges erreicht: der Getriebefan

Mit der ersten Generation der Getriebefan-Triebwerksfamilie, die wir zusammen mit unserem Partner Pratt & Whitney entwickeln und fertigen, haben wir unser erstes Klimaziel von 15% weniger CO2-Emissionen nicht nur geschafft, sondern sogar übertroffen (16% zum Beispiel beim PW1100G-JM für die A320neo). Die Antriebsfamilie wird seit 2016 sukzessive in verschiedenen Modellen für insgesamt fünf Flugzeuganwendungen eingeführt. Mit knapp 10.000 Bestellungen und Optionen hat sie sich zu einem großen Geschäftserfolg entwickelt und entlastet die Umwelt messbar: Mit dieser ersten Generation haben Airlines auf ihren Flügen schon mehr als drei Millionen Tonnen COeingespart. Auch bei den Luftschadstoffen bringt sie deutliche Verbesserungen: Die NOx-Emissionen des Getriebefans sind um 50% geringer als beim Vorgängermodell.

Unsere Clean Air Engine Agenda: Auf dem Weg zum emissionsfreien Fliegen

Nach der vielversprechenden Einführung des neuen Getriebefan-Triebwerks wollen wir den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen von Flugantrieben weiter senken. Dabei verfolgen wir einen evolutionären Ansatz auf Basis des Getriebefans, da dieser noch enormes Verbesserungspotenzial bietet. In der nächsten Generation wollen wir ihn zu einem Ultra-Hochbypass-Triebwerk technisch weiterentwickeln. Werden die neuen Antriebe mit nachhaltigen Kraftstoffen (SAF) betrieben, lassen sich die CO2-Emissionen sogar weitgehend vermeiden. Unsere Ingenieure arbeiten bereits mit Hochdruck an Vorentwürfen und Technologien für die neue Generation. Innerhalb des nationalen Luftfahrtforschungsprogramms LuFo und europäischer Technologieprogramme wie Clean Sky 2 treiben wir die Entwicklung Richtung Serienreife voran. Für das Testing neuer Werkstoffe und Bauweisen haben wir beispielsweise 2019 ein neues Bauteiltestzentrum an unserem Hauptstandort München eröffnet. Bis 2027 kann die Technologieentwicklung abgeschlossen sein.

Wir fordern den Einsatz von Sustainable Aviation Fuels

Denn sie sind unverzichtbar auf dem Weg zu einer klimaverträglichen Luftfahrt. Wir müssen weg von der Verbrennung fossiler Brennstoffe und hin zu nachhaltigen, regenerativen Kraftstoffen. Wir arbeiten mit daran, dass dieses Potenzial für die Luftfahrt genutzt wird.

Im Rahmen unserer Clean Air Engine Agenda arbeiten wir in verschiedenen Stoßrichtungen an der Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen, langfristig wollen wir sogar eine emissionsfreie Luftfahrt realisieren. Auf dem Weg dorthin haben wir ganz neue Antriebslösungen auf unserer Agenda, die weit über den heutigen Stand der Technik hinausgehen. Denn diese revolutionären Triebwerksarchitekturen haben großes Potenzial und können den Weg in eine emissionsfreie Luftfahrt eröffnen. Wir verfolgen dabei mehrere zukunftsträchtige Konzepte, mit denen sich unsere Experten bereits zusammen mit Universitäten auseinandersetzen: Das so genannte Composite-Cycle-Konzept, bei dem ein zusätzlicher Kolbenverdichter und -motor die Luftverdichtung deutlich erhöht. Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen lassen sich dadurch weiter senken. Vorteil: Für den Antrieb müsste das Design des Flugzeugs nicht verändert werden. Allerdings bringt er eine andere große Herausforderung mit sich: Die NOx-Emissionen steigen aufgrund der hohen Druck- und Temperaturverhältnisse im Triebwerk.

Ein anderes Konzept, der Water Enhanced Turbofan (WET Engine), nutzt mit Hilfe eines Wärmetauschers die Energie aus dem Abgasstrahl des Triebwerks. Dazu wird im Wärmetauscher Wasser verdampft, in die Brennkammer eingespritzt und mittels der Turbine zusätzliche Leistung erzeugt. Das notwendige Wasser wird in einem Kondensator aus dem Abgas gewonnen. Eine solche nasse Verbrennung mindert den Ausstoß von Stickoxiden massiv. Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen lassen sich bei diesem Konzept ebenfalls stark reduzieren. Darüber hinaus können Klimawirkungen in Folge von Kondensstreifen deutlich begrenzt werden, da Wasserdampf-Emissionen weitgehend entfallen. Sollte sich dieses Konzept als tragfähig erweisen, ist gemeinsam mit dem Flugzeughersteller eine weitere Herausforderung zu lösen: die notwendige Integration des Kondensators in das Flugzeug.

Um unsere Vorhaben umzusetzen, haben wir im Juni 2019 auf der Paris Air Show eine Absichtserklärung für das Clean Sky-Nachfolgeprogramm der EU, „Horizon Europe“, unterschrieben. Im Rahmen von „Horizon Europe“ wollen wir als einer von 23 Akteuren - Unternehmen, Forschungsinstituten und Universitäten - künftig in Richtung Dekarbonisierung der Luftfahrt zusammenarbeiten.

Parallel zur Entwicklung dieser revolutionären neuen Wärmekraftmaschinen treiben wir die Entwicklung elektrischer Antriebssysteme voran.

Batterie-elektrisch oder hybrid-elektrisch - beide Antriebe sind denkbar

Batterie-elektrische Antriebe ermöglichen bei nachhaltiger Stromerzeugung einen emissionsfreien Luftverkehr. Sie sind allerdings aus heutiger Sicht für die bestehende kommerzielle Passagierluftfahrt technisch nicht möglich. Derzeitige Batteriekonzepte reichen bei weitem nicht an die Energiedichte herkömmlichen Kerosins heran. Die Speicherkapazität von Batterien ist für Flugreisen noch viel zu gering. Denkbar ist Batterie-elektrisches Fliegen aber bei Lufttaxis für wenige Passagiere und kurze Distanzen. 

Ein mögliches Konzept für längere Strecken wären hybride Antriebe, die Elektromotoren, Generatoren, Gasturbinen und Batterien kombinieren. Sie eröffnen neue Möglichkeiten im Flugzeugdesign sowie in der Antriebstechnologie und verwenden mit Kerosin beziehungsweise SAF weiterhin einen Energieträger mit hoher Energiedichte für große Reichweiten. Allerdings leiden hybride Antriebe unter dem hohem Mehrgewicht und den Verlusten der Energiewandlung. Wir beteiligen uns bei diesem Antriebsmodell der Zukunft am Silent Air Taxi, das 2019 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde und in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen entsteht. Es soll mit einem parallel-hybridem Antrieb ausgestattet werden.

Eine echte Alternative: nachhaltige Kraftstoffe

Unsere Position ist klar: Die Luftfahrt muss sich von der Nutzung fossiler Brennstoffe lösen und viel stärker regenerative Energiequellen erschließen. Der Einsatz nachhaltiger Kraftstoffe bietet das Potenzial, die CO2-Emissionen der Luftfahrt zu neutralisieren. Sie sind daher unverzichtbar im Hinblick auf das Pariser Klima-Ziel.

Nachhaltige Kraftstoffe können bereits in der heute existierenden Infrastruktur genutzt werden. Die MTU macht sich daher stark für ihre Einführung. Wir arbeiten zum Beispiel im Think Tank Bauhaus Luftfahrt und im Verein Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany (aireg), den wir mit Fluggesellschaften, Herstellern und Forschungsinstituten gegründet haben.

Erste synthetische Kraftstoffe sind bereits für den Flugbetrieb trotz hoher Anforderungen an Qualität und Sicherheit zugelassen. Die neuen Kraftstoffe sind drop-in einsetzbar, das heißt es sind keine Anpassungen am Triebwerk oder Flugzeug notwendig. Aktuell sind nur Kraftstoffe auf Biomasse-Basis in größeren Mengen verfügbar. Allerdings stehen die Herstellverfahren in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und sind viel teurer als herkömmliches Kerosin.

Größeres Potenzial bescheinigen Experten nicht-biogenen Prozessen, also synthetischen Kraftstoffen, die mit Hilfe von regenerativem Strom oder Sonnenlicht produziert werden. Zwei Verfahren bieten sich für die Herstellung der strom- und sonnenbasierten Kraftstoffe an: Power-to-Liquid- oder Sun-to-Liquid-Verfahren. Allerdings sind die Produktionsprozesse für dieses künstliche Kerosin noch nicht im industriellen Maßstab verfügbar und die Kraftstoffe daher noch sehr teuer, im Moment liegen die Kosten beim Vielfachen von fossilem Kerosin.

Power-to-Liquid ist ein zukunftsweisendes Verfahren. Und so wird aus Wasser und CO2 Kerosin

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Beim Power-to-Liquid-Verfahren wird Wasserstoff mit erneuerbarer Energie erzeugt, mit CO2 zu Kohlenwasserstoffen synthetisiert und zu einem Flüssigkraftstoff aufbereitet.

Gehört der Brennstoffzelle die Zukunft? 

Ein sehr vielversprechendes Antriebskonzept ist die wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle als eine neue Zukunftstechnologie für eine nachhaltige Luftfahrt. Mit Ausnahme von Wasser entstehen keine Emissionen, so dass klimaneutrales und schadstofffreies Fliegen möglich wird. Bei diesem Konzept dient Wasserstoff als Energiequelle, Elektromotoren sorgen für den Antrieb der Propulsoren. Aufgrund des sehr energiereichen Wasserstoffs sind im Gegensatz zur elektrischen Batterie auch große Reichweiten denkbar. Mit heute verfügbaren Brennstoffzellen lassen sich allerdings noch keine größeren Flugzeuge betreiben. Aufgrund des vorhandenen Potenzials verfolgen wir jedoch dieses Konzept als langfristige Lösung im Rahmen unserer Claire-Technologieagenda.

→ Diesen Film finden Sie unter https://youtu.be/s5dLLrBDPTI


Foto: www.airbus.com

Produktqualität und Flugsicherheit
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