Der Flugverkehr muss seine klimaschädlichen Emissionen drastisch verringern: Neben Kohlendioxid müssen Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Stickstoff und vor allem Feinstaub aus dem Abgas entfernt werden. Nachhaltige, biogen oder elektrisch erzeugte Flugkraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAFs) sollen deshalb das fossile Kerosin ersetzen. Testbetriebe mit SAFs zeigen, dass der Anteil der Schadstoffe zum großen Teil erheblich verringert werden kann. Wie bei eFuels für den Pkw-Verkehr zeigt sich aber, dass es bislang nicht gelungen ist, den Anteil an klimaschädlichem Kohlenmonoxid und Stickstoff in den Abgasen von SAFs zu verringern. SAF ist deshalb kein Allheilmittel der Dekarbonisierung.
Mit rund 9,7 Milliarden Fluggästen im vergangenen Jahr lag die Zahl der Passagiere weltweit um 6% über dem Niveau vor der Corona-Pandemie. Im Schnitt ist die Zahl der Fluggäste pro Jahr zwischen 3,6% und 3,9% angestiegen. Zwischen 1970 und 2019 hat der Flugverkehr, gemessen in globalen Passagierkilometer, pro Jahr um 6,2% zugelegt. Dabei werden weltweit mehr als eine Milliarde Tonnen klimawirksames Kohlendioxid pro Jahr ausgestoßen.
Neben CO2 entstehen bei der Verbrennung vom fossilem Flugkraftstoff auch klimawirksame Stick- und Schwefeloxide, Kohlenmonoxid, Feinstaub und unverbrannte Kohlenwasserstoffe mit jeweils unterschiedlicher Klimawirksamkeit. Feinstaub etwa wirkt 1500 mal stärker wärmewirkend als Kohlendioxid, eine Einheit Stickstoffoxid hat eine 273fach größere Klimawirksamkeit als eine Einheit Kohlendioxid (siehe aktuelle Tabelle des Weltklimarates).
Nach Prognosen der ICAO könnte die Zahl der Passagiere, die alljährlich ins Flugzeug steigen, im Jahr 2050 bei zehn bis zwölf Milliarden Personen liegen. Klimaziele sind mit einem Flugverkehr in dieser Größe nicht einzuhalten, der fossilen Treibstoff für den Betrieb der Maschinen nutzt. Die Branche setzt deshalb auf nachhaltige Flugkraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAFs), um bis 2050 klimaneutral zu sein, wie es die EU 2021 im European Climate Law festgelegt hat (Verordnung EU 2021/1119 des Europäischen Parlamentes und des Rates vom 30. Juni 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität und zur Änderung der Verordnungen (EG) Nr. 401/2009 und (EU) 2018/1999 („Europäisches Klimagesetz“).
Ob dieses Ziel mit den derzeit getesteten und erprobten SAFs erreicht werden kann, ist fraglich. Unabhängig davon, ob rechtzeitig und ausreichend nachhaltige Flugkraftstoffe produziert werden können: SAFs sind selbst im besten Falle nicht klimaneutral, weil sie Gase und Schadstoffe, die beim Verbrennen dieses Kraftstoffs entstehen, im Vergleich mit Kerosin zwar um bis 80%, im Einzelfall sogar um bis 90% verringern können, wie zahlreiche aktuelle Studien belegen und Testflüge mit SAF erwiesen haben. In keiner Studie und bei keinem Testlauf konnte der Schadstoffausstoß aber um 100% verringert werden, weshalb weiter klimaschädigende Gase auch bei Verwendung von SAFs emittiert werden – wenn auch deutlich weniger. Das aber konterkariert den Begriff der Klimaneutralität, weil auch SAFs klimawirksam sind und eben nicht klimaNEUTRAL.
Temperaturanstieg bis 2050 um 3° Celsius möglich
Das ist im Blick auf das notwendige Maß an Klimaschutz, der vor allem Menschenschutz ist, kaum zielführend. Nach aktuellen Prognosen kann die Temperatur in Europa bis zur Jahrhundertmitte um bis zu 3°C steigen: „Obwohl die Treibhausgasemissionen in Deutschland seit 1990 reduziert worden sind, reichen die aktuellen Maßnahmen nicht aus, um die Ziele des deutschen Klimaschutzgesetzes bis 2030 oder die Treibhausgasneutralität bis spätestens 2045 zu erreichen“, schreiben die Deutsche Physikalische Gesellschaft und die Deutsche Meteorologische Gesellschaft in einer aktuellen Stellungnahme unter dem Titel „Globale Erwärmung beschleunigt sind“, der sich die Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) angeschlossen hat.
„Dies hat weitreichende Folgen: Die Ambitionslücke führt bis 2100 mit großer Wahrscheinlichkeit zu einer Erwärmung von 2 bis zu 5 Grad gegenüber den vorindustriellen Temperaturen, die Umsetzungslücke zu einer weiteren Erwärmung um einige Grad. Bereits bis 2050 besteht das Risiko einer Erwärmung um 3 Grad.“
CO2-Zunahme um 3,5 ppm in einem Jahr
In welchem Ausmaß der Klimawandel im globalen Maßstab an Dynamik gewonnen hat, hat kürzlich die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) in ihrem aktuellen Bulletin rechtzeitig zum Beginn der COP30-Konferenz in Belem (Brasilien) dokumentiert: Die Konzentration der relevantesten Treibhausgase in der Luft – Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) -, hat 2024 neue Rekordwerte erreicht. Innerhalb eines Jahres – von 2023 bis 2024 – ist der Kohlendioxidgehalte der Luft um 3,5 ppm angestiegen, die größte Zunahme seit Beginn der Messungen im Jahr 1957.
Die Zunahme um einen Teil Kohlendioxid in der Luft, gemessen in parts per million (ppm), entspricht einem Gewicht von 7,8 Mrd t CO2 in der Atmosphäre.
Die global gemittelten Oberflächenkonzentrationen für Kohlendioxid, Methan und Lachgas lagen bei Kohlendioxid bei 423,9 ppm, bei Methan bei 1942 ppb und bei Distickstoffmonoxid (Lachgas) bei 338 ppb im Jahr. „Diese Werte entsprechen 152 %, 266 % bzw. 125 % der vorindustriellen (vor 1750) Werte“, bilanziert die WMO im Bulletin Nr. 21 vom Oktober 2025. Zum Vergleich: Im Modell des von Johan Rockström entwickelten Konzetpes der planetaren Belastungsgrenzen (Planetary Boundaries) sollte die Konzentration von CO2 in der Luft nicht 350 ppm überschreiten.
Sustainable Aviation Fuels sind flüssige Flugkraftstoffe, die entweder biogen oder synthetisch gewonnen werden: Synthetische SAFs werden aus CO₂, grünem Wasserstoff und erneuerbarer Energie hergestellt (Power-to-Liquid, PtL), biogene aus nachwachsenden Rohstoffen, aus Biomasse, Abfällen, Pflanzenölen, Zucker, Stärke oder Holzresten (CENA Hessen). Diese Kraftstoffe können wegen ihrer Eigenschaften ohne weiteren technischen Aufwand herkömmlichem, fossilem Kerosin beigemischt werden (drop-in). Die Produktionspfade sind vielfältig.
Die ReFuelEU Aviation-Verordnung der Europäischen Union sieht vor, den Anteil von SAFs im Kerosin bis 2050 kontinuierlich auf 70% zu erhöhen, um die Umweltwirkung der Abgase zu verringern. Aber selbst ein vollständiger Ersatz von Kerosin durch SAFs (100% SAF) führt nicht zu einem emissionsfreien Luftverkehr.
Ein Team um Mark Staples (Bild) am Laboratory for Aviation and the Environment am MIT in Massachusetts („Aviation CO2 emissions reductions from the use of alternative jet fuels„) hat vor falschen Hoffnungen gewarnt und betont, „dass selbst ein vollständiger Ersatz von aus Erdöl gewonnenem Flugkraftstoff durch Alternative Jet Fuels im Jahr 2050 zu einem absoluten Anstieg der Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus des Luftverkehrs im Vergleich zum Basisjahr 2005 führen könnte“. Die britische Luftfahrtberatungsagentur IBA konstatiert in ihrem Beitrag „Sustainable Aviation Fuel: How Sustainable is it really?“: „SAF is not a silver bullet to decarbonisation“ („SAF ist kein Allheilmittel der Dekarbonisierung“).
Wie darüber hinaus Klimaneutralität im strengen Wortsdinne, im Einklang mit der EU-Regulatorik und angesichts des prognostizierten und von der Luftfahrtbranche angestrebten Wachstums vor diesem Hintergrund erreicht werden kann, ist vollkommen offen.
Klimaneutralität – ein Gleichgewicht
zwischen Abgabe und Aufnahme von Gasen
Klimaneutralität bedeutet, ein Gleichgewicht zwischen Kohlenstoffemissionen und der Aufnahme von Kohlenstoff aus der Atmosphäre in Kohlenstoffsenken herzustellen. Um Netto-Null-Emissionen zu erreichen, müssen alle Treibhausgasemissionen weltweit durch Kohlenstoffbindung ausgeglichen werden. Kohlenstoffsenken wie der Regenwald in Brasilien oder die Wälder in Deutschland weisen als Folge des Klimawandels aber seit Jahren einen negativen CO₂-Saldo auf: Seit 2017 geben etwa deutsche Wälder mehr CO₂ ab, als sie aufnehmen, was sie zu Kohlenstoffquellen macht.
Der Amazonas-Regenwald – die „grüne Lunge“ der Welt – hat darüber hinaus nach einer Studie eines Forscherteams um Luciana V. Gatti (Bild) unter der Überschrift „Amazonia as a carbon source linked to deforestation and climate change“ im vergangenen Jahrzehnt fast 20 Prozent mehr CO2 in die Atmosphäre ausgestoßen als er aufgenommen hat. „Die Studie verglich dazu die aufgenommene CO2-Menge mit dem durch Brandrodung und Zerstörung freigesetzten Kohlenstoffdioxid. In den Jahren 2010 bis 2019 speicherte der Amazonas-Regenwald rund 13,9 Milliarden Tonnen CO2, setzte aber 16,6 Milliarden Tonnen ab.“ Die Studie legt ferner die zunehmende Zerstörung durch Brandrodungen und Holzfäller offen. Das Ausmaß der Abholzung im Jahr 2019 stieg laut Gatti et al im Vergleich zu den Vorjahren von einer Million Hektar auf 3,9 Millionen an – eine Landfläche im Maßstab der Niederlande.
Da auch die Weltmeere inzwischen weniger CO2 aufnehmen, gerät das Konzept der Klimaneutralität ins Wanken, und das Ziel, einen umweltverträglichen Luftverkehr auf Basis von Sustainable Aviation Fuels betreiben zu können, erscheint zunehmend unrealistisch. Weshalb es aus naturwissenschaftlicher Sicht und im Blick auf die Risiken, die durch den menschengemachten Klimawandel entstehen, nur darum gehen kann, die Schadstoffemissionen nicht nur zu senken, sondern nach Möglichkeit auf Null zu reduzieren.
SAF und Klimawirkung: Auf die Rohstoffe kommt es an
Ob und in welchem Maße die SAFs einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten, hängt von Blickrichtung und von der jeweiligen Interessenlage der Marktteilnehmer ab. Außer Frage steht, dass SAFs im Vergleich mit fossilem Kerosin Schadstoffe im erheblichen Maße reduzieren. In welchem Umfang Gase und Partikel bei der Verbrennung reduziert werden, hängt von vielen Faktoren ab: Von der Mischung SAF/fossiles Kerosin, von der Zusammensetzung etwa des biogenen SAF, vom Triebwerk und der Flughöhe.
Die beiden Grafiken zeigen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des biogenen SAF und dem Produktionsverfahren die Reduktion von CO2.
Im Regelfall messen Wirtschaft und Wissenschaft den Beitrag und den Effekt der nachhaltigen Flugkraftstoffe am Grad der Reduktion von Schadstoffen im Vergleich zu Kerosin (Jet A Fuel). Die Rückkopplung an aktuelle Ergebnisse der Klimaforschung, wie oben beschrieben, unterbleiben dabei, wie generell in Debatten über die Gestaltung eines weniger umweltwirksamen Verkehrs der Zukunft.
SAF: Werden Nicht-CO2-Effekte ausreichend berücksichtigt?
Auf die „Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren, von unterschiedlichen Ressourcen und von unterschiedlichen Regularien“ bei der Produktion und den Regulierungen von SAFs hat auch Dr. Christian Holst vom Institute for Aviation and Tourism Management (IAT) an der Frankfurt University of Applied Sciences kürzlich hingewiesen. Das IAT hat Anfang November zusammen mit CENA Hessen im House of Logistics and Mobility (HOLM) die Konferenz „Nachhaltiger Luftverkehr: Globale Ressourcen und Kooperationen für Sustainable Aviation Fuels“ veranstaltet.
Neben technischen und operationellen Verbesserungen seien erneuerbare Kraftstoffe entscheidend, um die Klimaziele im Luftverkehr zu erreichen, sagte etwa Dr.-Ing. Kati Görsch vom Deutsches Biomasseforschungszentrum (DBFZ), verbunden mit dem Hinweis, dass eine Einbeziehung von Nicht-CO2-Effekten in die Klimaschutzbewertung notwendig sei. Dr. Harry Lehmann vom PtX Lab Lausitz betonte, dass vor allem darum gehen müsse, die „Environmental and Social Impacts“ zu verringern. Zur Sprache kam auch, dass biogen erzeugte SAFs in der Umweltbilanz vermutlich besser abschneiden als elektrisch erzeugte Kraftstoffe.
Allerdings gebe es hohe Importabhängigkeiten bei Biokraftstoffen (Rohstoff- und Produktherkunft). „Signifikante Substitution von Mineralölprodukten und damit für SAF-Produktion aus biogenen Rest- und Abfallstoffen ist möglich, jedoch nur begrenzt in bestehender Produktionsinfrastruktur“ resümierte Karl-Friedrich Cyffka (Bild) vom Deutschen Biomasseforschungszentrum.
Dass sich die Debatte über das Potenzial der SAFs überwiegend auf die Frage der CO2-Neutralität beschränkt, ist eine der Schwächen im Diskurs. Denn das Kyoto-Protokoll vom 11. Dezember 1997 erfasst neben Kohlendioxid auch die Treibhausgase Methan (CH4), Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O), teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW/HFCs), perfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW/PFCs) und Schwefelhexafluorid (SF6).
Vor diesen Hintergrund war der Verweis von Dr. Kati Görsch auf die Einbeziehung von Nicht-CO2-Effekten richtig und wichtig. Denn es sind solche Gase und Stoffe, die den Minderungseffekt der nachhaltigen Flugkraftstoffe zum Teil erheblich schwächen.
Ein Forscherteam um Marius Rohkamp von der Fakultät für Maschinenbau an der Universität der Bundeswehr in München hat in diesem Jahr unter der Überschrift „Gaseous and particulate matter (PM) emissions from a turboshaft-engine using different blends of sustainable aviation fuel (SAF)“ analysiert, im welchem Maße der Einsatz von nachhaltigen Flugkraftstoffen die Emissionen mindert.
Auch dieses Forscherteam betont in der Studie, dass SAF mit „nachhaltigem Fliegen“ in Verbindung gebracht werde, obwohl durch seine Verwendung klimaschädliche Abgase entstehen. Bei nichtflüchtigen Partikeln (nvPM) verringert sich der Ausstoß nach Angaben der Forscher um bis zu 81% im Vergleich zu Jet A-1-Kraftstoff (herkömmlichem Kerosin). „Darüber hinaus verschiebt die Verwendung von SAF die Modusgröße der Partikelanzahlverteilung (PNSD) zu kleineren Größen, d. h. vom Maximum bei 55 nm (Jet A-1) auf ein Maximum bei 25 nm (100 % SAF). Dadurch wird die emittierte Partikelmasse um bis zu 76 % reduziert.“
SAF: Bei der Verbrennung entsteht
schädlicher Feinstaub in kleinsten Größen
Partikel mit einer Größe von 25 nm sind viel kleiner als die typischen Feinstaubgrößen von PM2,5- oder PM10. Was zur Folge hat, dass sie die natürlichen Abwehrmechanismen der Atemwege umgehen und bis in die tiefsten Bereiche der Lunge vordringen und sich, wie Studien belegen, in Herz, Leber, Gehirn und sogar im fötalen Gewebe schwangerer Frauen ansammeln können. Damit steigt das Risiko, Herzerkrankungen, Herzrhythmusstörungen, Herzinfarkte und Schlaganfälle zu erleiden.
Zudem zeigen SAFs bei der Verbrennung in der Turbine im Vergleich zu Kerosin nur einen vernachlässigbaren Effekt beim Ausstoß von Kohlenmonoxid und Stickoxid. Weshalb sich erneuerbare Flugkraftstoffe bei der Verbrennung ähnlich verhalten wie eFuels für den Pkw: Die NGO Transport & Environment hatte in ihrer Studie unter der Überschrift „Magic green fuels: Why synthetic fuels in cars will not solve Europe’s pollution problems“ (Download) 2021 festgestellt, dass „bei keinem der getesteten E-Kraftstoffe im Labor oder bei Straßentests Unterschiede bei den NOx-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichem Benzin festgestellt“ worden seien. Ferner seien die Emissionen von giftigem Kohlenmonoxid bei den getesteten E-Benzin-Gemischen deutlich höher gewesen. „Die Emissionen waren im WLTC-Labortest bis zu dreimal höher und im RDE-Test 1,2- bis 1,5-mal höher als bei fossilen Kraftstoffen.“
Ein Team um Zehua Song von der School of Energy and Power Engineering am Energy and Environment International Centre der Beihang University in Peking kommt im Beitrag unter der Überschrift „Comparison of Emission Properties of Sustainable Aviation Fuels and Conventional Aviation Fuels: A Review“ von 2024 zum Schluss, dass die meisten SAFs die CO2-Emissionen um 41–89 % reduzieren können. Im Gegensatz dazu seien die Unterschiede in den NOx-Emissionen zwischen den beiden Kraftstoffarten SAF und Kerosin nicht signifikant, während Kohlenmonoxid- und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (UHC)-Emissionen von den Betriebsbedingungen des Motors und den physikalischen/chemischen Eigenschaften der SAFs abhingen.
„Daher haben SAFs gegenüber herkömmlichen Flugkraftstoffen erhebliche Vorteile in Bezug auf CO2-, SO2- und PM-Emissionen und können die Gefahren des Flugverkehrs für die Umwelt und die menschliche Gesundheit wirksam verringern.“
Detailliert hat sich ein großes Forscher*innenteam um Rebecca Dischl vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt im vergangenen Jahr mit den Schadstoffen beschäftigt, die bei der Verbrennung von 100 % Hydrierten Ester und Fettsäuren (HEFA-SPK – Hydroprocessed Esters and Fatty Acids Synthetic Paraffinic Kerosene) entstehen. Bei niedrigen Reisegeschwindigkeiten stellte das Team eine maximale Reduzierung der Emissionen nichtflüchtiger Partikel um 41 % im Vergleich zum Referenzkraftstoff Jet A-1 fest. „Die Reduzierung sinkt auf 29 % bei typischen Reiseflug-Motoreinstellungen und auf 22 % bei hohen Reiseflug-Motoreinstellungen. Die Größe der nichtflüchtigen Partikel war bei HEFA-SPK im Vergleich zu Jet A-1 etwas geringer.“
Bei mittleren Leistungseinstellungen, wie sie für Reiseflugbedingungen typisch seien, reduziere die Verwendung von 100 % HEFA-SPK die Emissionen von nicht-flüchtigen Partikeln um 29 %. „Bei gleicher Motorleistung führte die Verwendung eines Mischkraftstoffs mit 38 % HEFA-SPK zu einer Reduzierung der nvPM um 14 %. Bei hoher Reiseleistung sanken die Partikelemissionen bei Verwendung von 100 % HEFA-SPK im Vergleich zu Jet A-1 um etwa 20 %.“
Darüber hinaus stellte das Team wie die Kolleg*innen des Rohkamp-Teams eine Verschiebung der Größenverteilung des Feinstaubs hin zu kleineren Partikeln für HEFA-SPK im Vergleich zu Jet A-1 fest.
Paula Kurzawska (Bild) von der Faculty of Civil and Transport Engineering an der Poznan University of Technology hat alternative Flugkraftstoffe untersucht, die im Fischer-Tropsch-Verfahren hergestellt werden. Sie hält fest, dass diese SAFs „im Vergleich zu herkömmlichen fossilen Flugkraftstoffen je nach verwendetem Ausgangsmaterial die Kohlendioxidemissionen zwischen 68 % (Siedlungsabfälle) und 94 % (landwirtschaftliche Rückstände) verringern“.
Wird Speiseöl verwendet, um nachhaltige Flugkraftstoffe herzustellen, kann die Nutzung den CO2-Ausstoß im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin um bis zu 85% verringern. Für Zuckerrohr und Zuckerrüben liegt der Anteil des verminderten Ausstoßes von Kohlendioxid bei 62 bis 68%.
SAF: Die Vorteile überwiegen,
aber die Klimawirksamkeit bleibt ein Problem
Die Ergebnisse zahlreicher Studien, von denen an dieser Stelle drei Arbeiten herausgestellt worden sind, bestätigen durchweg die überwiegend positiven Effekte, die der Einsatz von nachhaltigen Flugkraftstoffen zeigt. Deutlich weniger Kohlendioxid- und Schwefeldioxid-Ausstoß und weniger Feinstaubemissionen auf der einen Seite. Andererseits keine oder kaum Effekte bei Stickoxiden und Kohlenmonoxid, Bei Feinstaub zeigt sich der Effekt, dass die emittierten Partikel in der Menge reduziert werden, aber in kleinerer und damit weit gesundheitsgefährdender Größe auftreten. Außerdem zeigt sich, dass die Verwendung von HEFA-SPK die Kondensstreifen-Eispartikel erheblich reduzieren kann.
SAFs zeigen im Vergleich zum fossilen Kerosin eindeutig weniger Umweltwirksamkeit. Im Blick auf die Herausforderungen des Klimawandels reicht das Minderungspotenzial bei klimawirksamen Emissionen aber nicht aus. Insofern gilt der Satz „SAF ist kein Allheilmittel der Dekarbonisierung“. Vor dem Hintergrund einer nicht hinreichenden Emissionsminderung kommt der Aspekt der Ressourceninanspruchnahme hinzu. Der erhebliche Bedarf an Platin für die Anlagen zur Produktion von SAFs konkurriert etwa mit dem Platinbedarf für Brennstoffzellen, die ihren Strom aus dem gespeicherten Wasserstoff beziehen.
