In der Luftfahrt gilt seit Jahren ein klares Ziel: Die Triebwerke müssen sauberer werden. Weniger CO₂, weniger Stickoxide und vor allem weniger Ruß. Doch eine aktuelle Studie, die im Fachjournal Nature veröffentlicht wurde, rüttelt an einer grundlegenden Annahme der Luftfahrtforschung. Ein Team des Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat gemeinsam mit Airbus und CFM International gezeigt, dass die bloße Reduktion von Ruß nicht ausreicht, um die klimaschädlichen Kondensstreifen zu verhindern.
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Das Rätsel der Eiskristalle
Kondensstreifen-Zirruswolken sind für einen erheblichen Teil der Klimawirkung des Flugverkehrs verantwortlich. Ihr Effekt liegt nach aktuellen Studien in der Größenordnung des CO₂-Beitrags der Luftfahrt – teilweise sogar darüber. Sie entstehen in Reiseflughöhe, wenn heiße Abgase auf sehr kalte, feuchte Luft treffen.
Während CO₂ über Jahrzehnte in der Atmosphäre bleibt, wirken Kondensstreifen kurzfristiger – dafür aber deutlich intensiver. Genau deshalb gelten sie als ein Hebel, an dem sich vergleichsweise schnell etwas ändern ließe. Zumindest in der Theorie.
In der Forschung galt bislang eine klare Annahme: Rußpartikel aus der Verbrennung dienen als Keime für die Bildung der Eiskristalle. Weniger Ruß sollte also automatisch weniger Kondensstreifen bedeuten.
Moderne Triebwerke mit Magerverbrennung, wie sie etwa beim Airbus A321neo eingesetzt werden, reduzieren den Rußausstoß am Boden deutlich. Die Erwartung war entsprechend klar. Doch die Messflüge in rund 10 km Höhe zeigen ein anderes Bild.
„Der entscheidende Moment kam, als die ersten Daten keinen Ruß – und trotzdem Kondensstreifen zeigten“, berichtet Prof. Christiane Voigt, wissenschaftliche Projektleiterin am DLR und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. „Uns war sofort klar, dass wir unser Verständnis der Kondensstreifen-Bildung weiterentwickeln müssen, um die technologische Zukunft der Luftfahrt zu gestalten.“
Messflüge im direkten Abgasstrahl
Die Messungen waren nur mit erheblichem technischem Aufwand möglich. Im Rahmen der Kampagne NEOFUELS/VOLCAN setzte das DLR sein Forschungsflugzeug Falcon 20E ein. Ziel war es, einen Airbus A321neo über dem Mittelmeer und dem Atlantik zu verfolgen.
In gesperrten Lufträumen flog die Falcon gezielt durch die Abgasfahne – in Abständen von wenigen Kilometern hinter dem Flugzeug. Teilweise mehrfach hintereinander. Ein Routineeinsatz war das nicht.
CFM International hatte dafür die Triebwerkssteuerung angepasst. So konnten die Forschenden gezielt zwischen magerer und fetter Verbrennung wechseln. Die Auswertung zeigt ein konsistentes Bild: Bei magerer Verbrennung sinkt der Rußausstoß um etwa drei Größenordnungen. Also rund Faktor 1000.
Die Zahl der Eiskristalle dagegen bleibt hoch. Teilweise sogar deutlich höher als die gemessene Anzahl an Rußpartikeln.
Neue Akteure: Schwefel, organische Stoffe und Schmieröl
Wenn nicht der Ruß die entscheidende Rolle spielt – was dann?
Die Forschenden fanden in der Abgasfahne große Mengen flüssiger Partikel. Diese entstehen, wenn sich die heißen Abgase abkühlen. Zunächst bilden sich gasförmige Vorläuferstoffe. Daraus kondensieren innerhalb von Sekunden ultrafeine Tröpfchen. Sie wachsen schnell und können als Keime für Eiskristalle dienen.
Entscheidend ist dabei nicht nur ihre Menge, sondern auch ihre Zusammensetzung.
Drei Faktoren fallen besonders ins Gewicht:
- Schwefelgehalt: Selbst geringe Mengen Schwefel im Kerosin fördern die Bildung solcher Partikel.
- Organische Verbindungen: Flüchtige Bestandteile des Kraftstoffs tragen ebenfalls dazu bei.
- Schmieröl-Dämpfe: Aus den Triebwerken entweichende Ölpartikel wirken als zusätzliche Keime.
Damit greift die bisherige Erklärung über Rußpartikel allein zu kurz. Mehrere Prozesse laufen parallel – und können sich gegenseitig ersetzen.
Die Folge: Die Klimawirkung von Kondensstreifen wird in vielen Modellen bislang unterschätzt. Denn diese zusätzlichen Partikelpfade sind dort oft nicht berücksichtigt.
Konsequenzen für die Triebwerksentwicklung
Für die Industrie bedeutet das: Der Fokus verschiebt sich. Ruß zu reduzieren bleibt sinnvoll – reicht aber nicht. Dr. Markus Fischer, DLR-Bereichsvorstand Luftfahrt, ordnet die Ergebnisse so ein:
„Dank der engen Zusammenarbeit von Industrie und Forschung ist es uns gelungen, komplexe Messflüge durchzuführen und einen einzigartigen Datensatz zu gewinnen. Diese Daten und Erkenntnisse helfen, Triebwerke und Klimamodelle zu verbessern – für eine wettbewerbsfähige und klimaverträgliche Zukunft der Luftfahrt.“
Auch bei Airbus sieht man in den Ergebnissen vor allem eine Grundlage für weitere Entwicklungen. Dr. Mark Bentall sagt:
„Solche Testkampagnen sind entscheidend, um das Verständnis und die Modellierung von Kondensstreifen in Abhängigkeit von den verschiedenen Einflussfaktoren zu verbessern und Grundlagen für unsere künftigen technologischen und operativen Maßnahmen zur Emissionsminderung zu schaffen.“
Strategien für den Klimaschutz
Was lässt sich daraus ableiten?
Ein einzelner Hebel wird nicht reichen. Das zeigt sich recht deutlich.
- Kraftstoffreinheit: Der Schwefelgehalt ist bereits auf 0,3 % begrenzt. Weitere Reduktionen könnten helfen – lösen das Problem aber nicht vollständig.
- Triebwerksdesign: Verbrennungsprozesse müssen so ausgelegt werden, dass weniger flüssige Partikel entstehen.
- Schmieröl-Management: Die Entlüftungssysteme geraten stärker in den Fokus.
Gleichzeitig wird deutlich: Reduziert man eine Quelle, gewinnen andere an Bedeutung. Die Luftfahrt bewegt sich damit in einem klaren Zielkonflikt.
Bisherige Emissionsstandards konzentrieren sich vor allem auf Gase und Ruß. Künftig dürfte sich der Blick erweitern. Prof. Stefan Müller-Stach von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz sieht darin vor allem eine Chance für die Forschung:
„Die Ergebnisse der Messkampagne sind ein eindrucksvoller Beleg für die hervorragende Zusammenarbeit der JGU mit dem DLR und den beiden Unternehmen Airbus und CFM International. Und sie bilden nun eine tolle Grundlage für unsere Forschenden, sich weiterhin an der Entwicklung nachhaltiger Luftfahrt zu beteiligen und dadurch etwas im Klimaschutz zu bewegen.“
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