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Was uns antreibt

Was uns antreibt
Über den Wolken Mit dem Flugzeug Solar Impulse 2 will ein Team aus der Schweiz die Welt ohne Treibstoffe umrunden. Die Energie für den Flug kommt einzig aus Solarzellen auf den Tragflächen. Bild: SolarImpulse/Revillard/rezo.ch
Der Klimawandel beflügelt Forscher auch bei der Suche nach alternativen Antrieben für unsere mobile Welt von morgen. Von Solarflugzeugen bis zu Flüssig-Erdgas-Motoren für Schiffe reichen ihre Ideen – aber wie realistisch sind solche Visionen?

Das Flugzeug der Schweizer Pioniere hat eine größere Spannweite als ein Jumbo-Jet. 72 Meter lang sind die Tragflächen – und komplett mit Solarzellen besetzt. Sie allein erzeugen die Energie, die das Flugzeug antreibt. „Solar Impulse“ heißt das Fluggerät. Ein Team um Bertrand Piccard und André Borschberg hat damit Großes vor: Sie wollen die Welt erstmals ohne Treibstoff umrunden.

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Vom Feld in den Tank Mit der Pilotanlage bioliq werden am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hochwertige Biokraftstoffe aus Pflanzenresten hergestellt. Ähnliche Versuche betreibt auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Stuttgart. Bild: KIT

Anfang März sind die Elektroflieger in Abu Dhabi gestartet. Die achte und vorerst letzte Etappe im Juli bescherte dem Projekt jedoch einen Dämpfer: Auf dem Weg vom japanischen Nagoya nach Hawaii überhitzten Batterien. Nun muss die Crew dort überwintern und die Technik wieder in Gang bringen. Im April 2016 soll die Weltumrundung fortgesetzt werden.

„Wir transportieren keine Passagiere, sondern eine Botschaft“, sagt Piccard. Das Projekt soll zeigen, dass die Zukunft den erneuerbaren Energien gehört. Irgendwann sollen Passagiere auf diese Weise reisen können – in 25 Jahren, schätzt Piccard, könnte es soweit sein. Selbst wenn das gelingt, dürfte die Mobilität ohne Treibstoff noch eine Ausnahme bleiben. „Für die verschiedenen Formen der Mobilität werden wir auch in den nächsten Jahrzehnten flüssige Kraftstoffe benötigen“, sagt Nicolaus Dahmen vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Seit über zehn Jahren forscht er an Kraftstoffen der Zukunft. Am KIT ist er für die Pilotanlage bioliq zuständig, die aus Pflanzenresten hochwertige Kraftstoffe erzeugt. „Die vorhandenen biogenen Reststoffe wurden bisher nicht effizient genutzt. Daher versuchen wir, sie in Energie umzuwandeln“, sagt der Chemiker.

Die Suche nach alternativen Antrieben wird immer drängender: In vielen Teilen der Welt gehört die Mobilität längst zu den Grundbedürfnissen – und die wachsende Mittelschicht etwa in China und Indien, die sich Flugreisen und Autos leisten kann, treibt den Boom weiter an. Der Transportsektor macht weltweit rund 15 Prozent aller schädlichen Kohlendioxid-Emissionen (CO2 ) aus.

„Das ist ein Riesenanteil“, sagt Nicolaus Dahmen. „Es wäre ein großer Fortschritt, wenn es gelänge, auch nur ein Drittel der fossilen Kraftstoffe im Transportsektor zu ersetzen.“ Der Löwenanteil von zehn Prozent der Emissionen entfällt auf den Straßenverkehr, knapp drei Prozent auf Bahn, Schiff und Bus sowie 1,5 Prozent auf den Luftverkehr.

In der Luft

Die Luftfahrt ist am stärksten von Flüssigtreibstoff abhängig, weil es praktisch keine Alternativen dazu gibt. Rein technisch, das haben verschiedene Praxistests ergeben, ist es aber immerhin möglich, auch Biokerosin zu verwenden. Beispiel Lufthansa: Die Airline hat jetzt in Oslo einen Testlauf gestartet, bei dem 5000 Flüge mit einer Kerosinmischung betankt werden, die zu fünf Prozent aus Biotreibstoff besteht. 2011 gab es erfolgreiche Versuche mit einer Beimischung von 50 Prozent. Das Problem aber liegt an anderer Stelle: Es gibt derzeit schlicht nicht ausreichend Biokraftstoff – und Organisationen wie Greenpeace kritisieren immer wieder, dass zwar der CO2-Ausstoß, nicht jedoch die Ausscheidung von Stickoxid und Kohlenmonoxid verringert werden.

Denkbar ist auch der Einsatz von Elektromotoren in Flugzeugen: Die Ingenieure von Airbus zum Beispiel haben im Juli mit ihrem zweisitzigen Prototypen „E-Fan 1.0“ den Ärmelkanal überquert. Angetrieben wird er durch Strom aus rund 130 Kilo schweren Batterien in den Flügelwurzeln, damit kann er allerdings kaum mehr als 45 Minuten in der Luft bleiben. Künftig soll die Flugzeit auf eine Stunde erhöht werden, plus weitere 30 Flugminuten als Reserve. Airbus baut derzeit in Frankreich eine Montagelinie für das Elektroflugzeug auf, denn die Nachfrage, so hofft man, werde hoch sein – beispielsweise von Flugschulen.

Die US-Raumfahrtagentur NASA hat kürzlich in einer Studie festgestellt, dass elektrisch betriebene Flugzeuge mit zwei bis vier Sitzen schon heute wirtschaftlich seien; als nächsten Schritt hält die NASA ein kleines Zubringerflugzeug mit neun bis zwölf Sitzen für wahrscheinlich. Ein Verkehrsflugzeug für 150 Passagiere mit Hybridantrieb ist nach Meinung der US-Experten bis 2035 möglich. Diese Einschätzung teilt auch Airbus-Chef Tom Enders: Er glaubt, dass in 20 bis 30 Jahren zumindest 60-sitzige Regionalflugzeuge mit elektrisch-hybridem Antrieb realistisch seien. „Das wäre revolutionär, weil man aufgrund der geringen Geräuschemissionen bei reinen Elektroflugzeugen auf Nachtflugverbote verzichten könnte“, sagt Enders. Aber die Hürden bis dahin seien hoch: „Entscheidend wird es sein, Fortschritte bei der Batterieentwicklung zu erzielen und vor allem deren Gewicht zu reduzieren.“

Auf der Straße

Viel größere Fortschritte in Sachen Elektromobilität gibt es im Straßenverkehr. „Batterieantrieb auf der Straße wird kommen, das ist klar“, sagt Nicolaus Dahmen. „In Ballungsräumen ist Elektromobilität ideal.“ Politische Rückendeckung jedenfalls gibt es: Bundeskanzlerin Angela Merkel will bis 2020 eine Million Elektroautos auf deutsche Straßen bringen – derzeit sind es gerade einmal 30.000. Um das Ziel zu erreichen, setzt die Bundesregierung auf steuerliche Anreize. Eine Million E-Fahrzeuge könnten etwa zwei Prozent der verkehrsbedingten CO2-Emissionen einsparen, schätzt Dahmen.

Eine weitere Antriebsoption ist die Brennstoffzelle, die aus Wasserstoff (oder Methanol) und Sauerstoff genügend Strom produziert, um etwa einen Elektromotor anzutreiben. Die ersten Brennstoffzellen-Autos gibt es bereits für den deutschen Markt. Weitere Autohersteller wollen folgen. Auch in Bussen wird die Technik schon eingesetzt, etwa in Berlin und Hamburg. „Wir werden im Straßenverkehr beides brauchen, Biokraftstoff und Elektromotoren“, sagt Nicolaus Dahmen. „Ich sehe das auch nicht so sehr als Konkurrenz: Elektromobilität ist eher geeignet für den Kurzstreckenverkehr, für längere Strecken werden wir noch lange auf Flüssigtreibstoffe angewiesen sein.“

Auf der Schiene

Die Bahn zeigt, dass E-Mobilität heute bereits funktioniert – zumindest in den Ländern, in denen das Schienennetz weitgehend elektrifiziert ist. In der Schweiz gibt es flächendeckend Oberleitungen, in Deutschland auf etwa 60 Prozent der Bahnstrecken. Deutlich niedriger ist dieser Anteil zum Beispiel in Amerika (ein Prozent), Afrika (16 Prozent) und Asien/Australien (36 Prozent). Überall dort, wo keine Oberleitungen montiert sind, fahren Dieselloks. Zu ihnen gibt es noch keine Alternative: Zwar haben Forscher schon von Erd- und Methangas über Biodiesel bis hin zu Pflanzenölen viele Optionen ausprobiert, allerdings ohne dass sich eine Technik durchgesetzt hätte. Beispiel Erdgas: Am Münchner Hauptbahnhof wurde probeweise eine Rangierlokomotive mit Erdgas betrieben. Der entscheidende Nachteil waren die voluminösen Tanks, die dafür nötig sind. Zudem würde es ein Vermögen kosten, ein Gas-Tankstellennetz entlang der Schienen aufzubauen. „Bei der Bahn herrscht kein großer Handlungsdruck, weil sie ja meist mit Strom fährt; bisherige Dieselstrecken könnte man auf Biokraftstoffe umstellen“, sagt Dahmen.

 

 

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Flüsterleiser Koloss Seit Frühjahr 2015 stromert die weltweit erste Elektrofähre über den norwegischen Sognefjord. Bild: ©Siemens AG/Reprinted from Siemens’ Pictures of the Future online magazine

Zu Wasser

Einen besonders schlechten Ruf hat die Seeschifffahrt: Schiffe wurden zuletzt von Umweltschützern als Dreckschleudern bezeichnet – sie verbrennen meistens Schweröl, das bis zu einem Drittel billiger ist als Rohöl, aber bei der Verbrennung gewaltige Mengen an Schwefeldioxid freisetzt. Auch gegen Rußfilter hat sich die Branche lange gesträubt. In diesem Jahr allerdings hat die Internationale Seeschifffahrts-Organisation CO2-Emissionsgrenzen eingeführt. Auch der Betrieb von Schiffen mit emissionsfreiem Flüssigerdgas würde die CO2-Bilanz der maritimen Branche verbessern, wenn erst einmal eine Tankstellen-Infrastruktur aufgebaut wäre. Eine Fähre der Stockholmer Viking Line ist seit 2013 als erstes großes Schiff mit einem Flüssigerdgas-Antrieb unterwegs.

Relativ weit verbreitet sind dagegen Elektround Hybridantriebe, mit denen bereits rund ein Fünftel aller Schiffe weltweit ausgerüstet ist. Sie sparen bis zu 13 Prozent Treibstoff gegenüber reinen Dieselmotoren. Kleinere Fähren und Ausflugsboote fahren zum Teil schon ausschließlich mit Elektroantrieb, im Mai 2015 wurde in Norwegen eine reine Elektrofähre für bis zu 120 Fahrzeuge und 360 Passagiere in Dienst gestellt.

Mittlerweile gibt es genügend Ansätze, um der stetig wachsenden Nachfrage nach Transportleistungen am Boden, zu Wasser und in der Luft nachhaltig und umweltschonender begegnen zu können. Doch so faszinierend etwa ein Flug rund um die Welt nur mit Sonnenenergie auch sein mag – bis daraus abgeleitete Technologien den Weg in den Alltag finden, kann es noch Jahrzehnte dauern. „Es gibt keinen Zweifel, dass wir in der Zukunft neue Kraftstoffe brauchen“, sagt Nicolaus Dahmen vom KIT. Und denen ist die Wissenschaft bereits auf der Spur. 

05.12.2015, Andreas Spaeth

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26.08.2016