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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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Fuelling the Climate 2010Hamburg,18.6.2010

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




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





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





Gravimetrische Energiedichte (MJ/kg)0,1 1 10 100 1000

Vol

umet

risch

eEn

ergi

edic

hte

(MJ/

dm³)

0,1

0,01

1

10

100Kerosin, Synth. Kerosin

Batterien

Wasserstoff

Faktor 3

Faktor 4

Flüssigwasserstoff

Energiedichten





Verbrennungsprodukte

Kerosin, Synfuel, Biofuel

Wasserstoff

N2 + O2

N2 + O2

CO2 + H2O + NOx + CO +

(SOx) + Ruß + unverbr. Kraftst.

H2O + NOx

H2

CxHy (+ S)





Quelle: IATA

Rela

tive

CO

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issi

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zu

Ker

osin

[%]

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





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)





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




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




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




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




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




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




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




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.




Kontakt

[email protected]

http://Aero.ProfScholz.de


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