AERO – AIRCRAFT DESIGN AND SYSTEMS GROUP
Verringerung von Luftverkehrsemissionen – Welche Potenziale bieten Wasserstoff & Co?
Fuelling the Climate 2010
Hamburg, 18.06.2010
Dieter Scholz HAW Hamburg
Kolja Seeckt HAW Hamburg
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Prof. Dr.-Ing. Dieter Scholz, MSMEVerringerung von Luftverkehrsemissionen
Folie 2Aero - Aircraft Design and Systems Group
Motivation
Gliders use the energy of up-currents.
Solar powered vehicles use the energy from the sun directly.
Human-powered flight has been demonstrated.
Propulsive power for any other "down to earth" flying depends on fuel.
VERRINGERUNG VON LUFTVERKEHRSEMISSIONEN – WELCHE POTENZIALE BIETEN WASSERSTOFF & CO?
Quelle: http://www.ifb.uni-stuttgart.de/en/forschung/flugzeugentwurf/icare
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Inhalt
Kerosin und alternative Kraftstoffeo Alternative Kraftstoffeo Energiedichteno Verbrennungsprodukteo Relative CO2-Emissioneno Zusammenfassung
Ausblicko Brennstoffzellen als APU-Ersatzo IATA Roadmapo IPCC Ausblick
Schlussfolgerungeno Generelles Szenarioo Neue Kraftstoffe und das Flugzeugo Neue Kraftstoffe und die Wirtschafto Aufgaben der Politik
VERRINGERUNG VON LUFTVERKEHRSEMISSIONEN – WELCHE POTENZIALE BIETEN WASSERSTOFF & CO?
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KEROSIN UND ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE
Alternative Kraftstoffe
Drop-in Fuels (Synthetisches Kerosin)– FT-Fuels aus fossilen Rohstoffen: GtL, CtL (‚Synfuel‘)– FT-Fuels aus regenerativen Rohstoffen: BtL (‚Biofuel‘)
Wasserstoff
Elektrische Energie– Brennstoffzelle– Batterien, Photovoltaik
Exoten– Silane (Siliziumverbindungen)– Nuklearenergie – Sunlight to Liquid (CR5 Prozess) des Sandia National Laboratory, USA
CO2 und H2O wird zu Synthesegas für den FT-Prozess
FT: Fischer-Tropsch
GtL: Gas to Liquid
CtL: Coal to Liquid
BtL: Bio to Liquid
Quelle: http://sandia.gov
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KEROSIN UND ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE
Gravimetrische Energiedichte (MJ/kg)0,1 1 10 100 1000
Vol
umet
risch
eEn
ergi
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hte
(MJ/
dm³)
0,1
0,01
1
10
100Kerosin, Synth. Kerosin
Batterien
Wasserstoff
Faktor 3
Faktor 4
Flüssigwasserstoff
Energiedichten
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KEROSIN UND ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE
Verbrennungsprodukte
Kerosin, Synfuel, Biofuel
Wasserstoff
N2 + O2
N2 + O2
CO2 + H2O + NOx + CO +
(SOx) + Ruß + unverbr. Kraftst.
H2O + NOx
H2
CxHy (+ S)
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KEROSIN UND ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE
Quelle: IATA
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CO
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zu
Ker
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[%]
0
-100
100
200
Referenz: Kerosin
Wasserstoff aus Wasser +
Nuklear-energie
Biofuel Synfuel aus Kohle mit
CO2-Sequestrion
Synfuel aus Kohle ohne
CO2-Sequestrion
Methan aus Kohle
Wasserstoff aus Kohle
Relative CO2-Emissionen
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KEROSIN UND ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE
Kerosin definiert einen sehr hohen Standard bezüglich der volumetrischen und gravimetrischen Energiedichte.
Synthetisches Kerosin und Wasserstoff auf Basis fossiler Rohstoffe sind (in mehrfacher Hinsicht) umweltschädlicher als konventionelles Kerosin:
– CO2-Bilanz,
– ggf. Flächenverbrauch und Schadstoffe bei Produktion (z. B. Ölsande, Ölschiefer).
Biofuel verbessert lediglich die CO2-Bilanz.
Synthetische Kraftstoffe könnten schwefelfrei produziert werden, was jedoch Auswirkungen auf die Schmierfähigkeit des Kraftstoffs hat.
Zusammenfassung (1/2)
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KEROSIN UND ALTERNATIVE KRAFTSTOFFE
Regenerativ erzeugter Wasserstoff erscheint aufgrund seiner sehr sauberen Verbrennung als idealer Energieträger aus Umweltgesichtspunkten.
Konventionelles Kerosin ist ein chemisches Abfallprodukt und daher extrem günstig.
Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe müssen erst produziert werden und sind daher sehr viel teurer.
Zusammenfassung (2/2)
Quelle: TU Braunschweig
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AUSBLICK
Brennstoffzellen als APU-Ersatz
Die Flugzeugsysteme verbrauchen nur ca. 5 % der Gesamtenergie eines Flugzeugs.
Brennstoffzellen als APU-Ersatz haben nur sehr geringe Auswirkungen auf den Gesamtkraftstoffverbrauch des Flugzeugs.
Systeme werden konventionell mit Energie versorgt durch Generatoren, Hydraulikpumpen und Zapfluft vom Triebwerk. Daher gilt:
„Ist der Kraftstoff grün,
sind auch die Systeme grün.“
Quelle: Airbus
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AUSBLICK
Carbon savingsQuelle: IATA
CO2-Einsparung
Nachrüstungen 7 – 13 %
•Winglets
•Neue Triebwerkkomponenten
•Leichtere Werkstoffe z. B in der Kabine
Produktanpassungen 7 – 18 %
•Leichtere Werkstoffe auch im Bereich der Struktur
•Neue Triebwerke für bestehende Flugzeuge
Neue Produkte bis 2020 25 – 35 %•Neue Triebwerkstypen (Geared Turbofan)
•Laminar Flow Control
Neue Produkte nach 2020 25 – 50 %•Revolutionäre Triebwerkskonzepte (Propfan)
•Neue Flugzeugkonfigurationen (Blended-Wing-Body)
IATA Roadmap
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AUSBLICK
Alternative Kraftstoffe werden in der IATA Roadmap nicht erwähnt. Die genannten Maßnahmen konzentrieren sich auf Kraftstoffeinsparung.
“IATA’s goal is for its airline members to be using 10% alternative fuels by 2017.” (IATA 2009)
„Alternative fuels” schließt Biofuels nicht explizit aus, wird aber eher GtL und/oder CtL bedeuten!
IATA Roadmap
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AUSBLICK
„There would not appear to be any practical alternatives to kerosene-based fuels for commercial jet aircraft for the next several decades...
Other fuel options, such as hydrogen, may be viable in the long term, but would require new aircraft designs and new infrastructure for supply. Hydrogen fuel would eliminate
emissions of carbon dioxide from aircraft, but would increase those of water vapor. The overall environmental impacts and the environmental sustainability of the production and use of hydrogen or any other alternative fuels have not been
determined.“ (IPCC 1999)
IPCC Ausblick
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SCHLUSSFOLGERUNGEN
Mit steigender weltweiter Nachfrage steigt der Preis für konventionelles Kerosin. Mit steigender industrieller Produktion von Wasserstoff und/oder Synfuel/Biofuel werden diese günstiger werden.
Mit endenden Rohölressourcen kann kein chemisches Abfallprodukt als Energiequelle mehr genutzt werden, sondern ein Kraftstoff/Energieträger muss extra produziert werden.
Luftverkehr bleibt durch die Einführung von alternativen Kraftstoffen weiterhin möglich, doch Fliegen wird teurer.
Generelles Szenario
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SCHLUSSFOLGERUNGEN
Flugzeuge haben eine Lebensdauer von 20 und mehr Jahren und werden über Jahrzehnte produziert. Die Boeing B737 z. B. seit den 1960ern, und sie verkauft sich weiterhin sehr gut.
Weder Hersteller, Betreiber noch Flughäfen haben von sich aus ein wirtschaftliches Interesse, diese Produkte und ihren Kraftstoff zu ändern.
Neue Kraftstoffe und das Flugzeug
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SCHLUSSFOLGERUNGEN
Neue Kraftstoffe und die Wirtschaft
Unternehmerische Gewinne und Risiken wirken individuell und unmittelbar.
Gefahren des Klimawandels wirken global und werden abstrakt wahrgenommen.
Suche nach Minimum Change Solutions, Vermeidung von Risiken, Festhalten an Bekanntem
Aufgaben der Politik
Schaffung einer Umgebung, die die Einführung zu einem individuellen unternehmerischen Vorteil werden lässt. Der Markt arbeitet ansonsten gegen einen Wandel.
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Kontakt
http://Aero.ProfScholz.de
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