POLITIK Biokraftstoff Internationales Verkehrswesen (67) 1 | 2015 24 Alternative Flugkraftstoffe - Chancen und Herausforderungen Alternativer Kraftstoff, Luftverkehr, Emissionen, Nachhaltigkeit, Klimaschutz Nachhaltigkeit und Klimaschutz sind zentrale Themen des Luftverkehrs. Eine bedeutende Rolle spielen dabei alternative Flugkraftstoffe, die im Vergleich zu fossilem Kerosin eine wesentlich günstigere CO 2 - Bilanz aufweisen. Technische Fortschritte erlauben deren Einsatz schon heute. Es mangelt jedoch noch immer an geeigneten Bioraffinerien, die nur mit den richtigen Rahmenbedingungen geschaffen werden können. Hierzu bedarf es entsprechender staatlicher Investitionsförderung und Nutzungsanreize in Deutschland sowie eines international harmonisierten und wettbewerbsneutralen Finanzierungssystems. Die Autoren: Michael Engel, Lukas Rohleder D er stetig wachsende internationale Luftverkehr ist zum Sinnbild der Globalisierung geworden. Er verbindet Menschen, ermöglicht Handel und schafft Wohlstand. Bei einer prognostizierten Zunahme der geflogenen Passagierkilometer von 4-5 % p. a. wird sich die Verkehrsleistung in den nächsten 15 Jahren verdoppeln. Schon heute sind zu jeder Tageszeit 6000-8000 Passagierflugzeuge und damit ca. eine Million Fluggäste unterwegs. Dieses Wachstum führt nicht nur zu Kapazitätsengpässen am Boden und in der Luft, es wirft auch Fragen auf, wie der Kraftstoffbedarf langfristig gedeckt und die Umweltwirkungen steigender Treibhausgasemissionen reduziert werden können. Die Luftverkehrswirtschaft hat sich daher bereits 2008 auf eine Vier-Säulen-Strategie geeinigt, mit der die Emissionen vom Verkehrswachstum entkoppelt und der Bedarf an Kerosin nachhaltig bereitgestellt werden soll. Alternative Flugkraftstoffe haben dabei eine Schlüsselfunktion und erfahren seither eine äußerst dynamische Entwicklung. Unterlegt ist die Vier-Säulen- Strategie mit ehrgeizigen Zielmarken. Zwischen 2009 und 2020 soll die Kraftstoffeffizienz um 1,5 % p.a. steigen, was seither erfüllt wird. Zusätzlich wird ab 2020 ein CO 2 -neutrales Verkehrswachstum angestrebt, während bis 2050 die CO 2 -Emissionen gegenüber dem Wert von 2005 halbiert werden sollen (Bild 1). Herkömmliche Maßnahmen, wie inkrementelle technische Verbesserungen am Flugzeug und optimierte Flugverfahren, reichen hierfür nicht aus. Dies begründet die Sonderstellung alternativer Flugkraftstoffe, die, über ihren Lebenszyklus betrachtet, bis zu 80 % weniger CO 2 -Emissionen erzeugen. Vielfältige Technologien - verfügbar und einsatzfähig Im Straßenverkehr sind alternative Kraftstoffe heute etabliert und durch Quotenregeln fixiert. Während Bioethanol und Biodiesel technisch leicht herstellbar sind, aufgrund Ihrer chemischen Zusammensetzung herkömmlichen Motoren aber nur in geringem Umfang beigemischt werden können, sind die Voraussetzungen beim Einsatz alternativer Flugkraftstoffe, wie z. B. Biokerosin, andere. Das biogene Substitut muss dem fossilen Kraftstoff nahezu identisch sein, was komplexere Herstellungsverfahren erfordert, jedoch auch weit höhere Beimischungen ermöglicht. Dank des aktiven Engagements einer Vielzahl von Fluggesellschaften stehen inzwischen drei (Bio-)Raffinerietechnologien für die Herstellung von alternativen Flugkraftstoffen zur Verfügung. Weitere Verfahren werden in Kürze folgen und es so ermöglichen, dass angmessene lokale Lösungen für das globale Klimaproblem gefunden werden. Die Entwicklung synthetischen Kerosins begann in den 1980er Jahren mit der südafrikanischen Firma Sasol, die eine Sondererlaubnis zur Produktion auf Kohlebasis erhielt. Nicht Nachhaltigkeitserwägungen, sondern die Unabhängigkeit von Importen waren damals leitend. Die Suche nach klimafreundlichen Kraftstoffen führte 2009 zu einer allgemeinen Zulassung der sogenannten Fischer-Tropsch-Kraftstoffe (FT-SPK, Bild 2) durch die für Prüfung und Zulassung zuständige Standardisierungsorganisation ASTM. Der Vorteil des Fischer-Tropsch- Prozesses ist die große Variabilität der verwendbaren Einsatzstoffe. Jeder energierei- Bild 1: Bedeutung der Biokraftstoffe zur Reduzierung der CO 2 -Emissionen Internationales Verkehrswesen (67) 1 | 2015 25 Biokraftstoff POLITIK che Rohstoff ist grundsätzlich geeignet, neben Kohle und Erdgas auch Biogas, Holz, landwirtschaftliche Abfälle oder Haushaltsmüll. Die Einsatzstoffe werden dabei zunächst in gasförmigen Zustand versetzt und dann zu Flüssigkraftstoffen synthetisiert. Außer Sasol produziert bisher nur der niederländisch-britische Mineralölkonzern Shell FT-Kraftstoffe in großem Umfang. In Katar werden von Shell täglich 120 000 Barrel auf Erdgasbasis (GtL) erzeugt und primär im Straßenverkehr als Premiumkraftstoff vermarktet. Der geringe Absatz von FT-Kerosin aus Katar ist auch dadurch bedingt, dass der Kraftstoff aufgrund seines fossilen Ursprungs nicht zur Senkung der CO 2 -Emissionen beiträgt. Die weltweit erste FT-Anlage zur Nutzung von fester Biomasse (BtL), also z. B. Waldrestholz und Altholz, wurde von Choren im sächsischen Freiberg errichtet. Anhaltende technische Probleme führten allerdings 2011 zur Insolvenz des Unternehmens. Die BtL-Technologie wird hierzulande derzeit nur am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) weiterentwickelt, wo im November 2014 eine Pilotanlage erfolgreich in Betrieb ging. Eine kommerzielle Anwendung steht allerdings noch aus. Weltweit bevorzugen die Fluggesellschaften im Hinblick auf FT-Technologie aktuell Haushaltsmüll als Eingangsstoff. British Airways entwickelt im Themse-Delta auf dem Gelände einer stillgelegten Raffinerie für 500 Mio. Pfund eine Anlage, die einen Teil des Londoner Mülls zu jährlich 50 000 t Kerosin verarbeitet. Cathay Pacific aus Hongkong geht noch weiter und hat sich direkt an Fulcrum BioEnergy beteiligt, die ebenfalls Haushaltsmüll verarbeiten. Ein langfristiger Liefervertrag stellt sicher, dass die Airline über 10 Jahre 2 % ihres Kraftstoffbedarfs nachhaltig decken können wird. Kostengünstiger und daher näher an der Marktreife ist HEFA-Kerosin (Hydrotreated Esters and Fatty Acids, Bild 3), die zweite, 2011 zugelassene Bioraffinerietechnologie. Die finnische Neste Oil betreibt weltweit Raffinerien mit einer Gesamtjahreskapazität von 2 Mio. t, die potentiell auch Biokerosin herstellen können. So hat z. B. die Lufthansa den Kraftstoff für ihr Erprobungsprogramm BurnFAIR [1] 2011 von Neste Oil erhalten (Bild 4). Auch für HEFA- Kraftstoffe ist die Rohstoffbasis sehr breit: pflanzliche Öle aus Anbaubiomasse, aber auch Alt- und Reststoffe wie tierische Fette, Pflanzenölreste und Altspeiseöl. Schon heute nutzt Neste Oil mehr als 60 % Alt- und Reststoffe und beabsichtigt, bis 2017 gänzlich auf Anbaubiomasse zu verzichten. Damit kommt das Unternehmen auch einer Forderung von EU-Kommission und Bun- Bild 2: Schema der FT-Herstellung Bild 3: Schema der HEFA-Herstellung Bild 4: Betankung eines Lufthansa Airbus A321 mit nachhaltigem Flugkraftstoff im Rahmen des BurnFAIR-Projekts Foto: Deutsche Lufthansa AG POLITIK Biokraftstoff Internationales Verkehrswesen (67) 1 | 2015 26 desregierung nach, die so mögliche Landnutzungskonkurrenzen verhindern wollen. HEFA-Kerosin wird heute bereits in geringen Mengen von KLM auf Flügen in die Karibik genutzt. United Airlines beginnt noch in diesem Jahr Flüge mit einem Biokerosinanteil am Flughafen Los Angeles. In beiden Fällen wird hauptsächlich Altspeisefett als Rohstoff genutzt. Im Juni 2014 erhielt schließlich auch ein zuckerbasierter Kraftstoff, das sogenannte Farnesan, die ASTM-Zulassung als Kerosinkomponente. Das französische Mineralölunternehmen Total entwickelte den Prozess gemeinsam mit der amerikanischen Amyris und errichtete im brasilianischen Brotas eine kommerzielle Anlage. Mittelfristig kann auch hier anstelle des Rohrzuckers ein Reststoff, der Zellstoff aus den Pflanzenresten des Zuckerrohrs, verwendet werden. Nach erfolgreichen kommerziellen Flügen von Gol und Lufthansa setzt Air France Farnesan seit September 2014 wöchentlich auf einem Flug von Toulouse nach Paris ein. Das Projekt „Lab‘line for the future“ untersucht ein Jahr lang verschiedene Aspekte des ökologischen Fliegens. Mit den drei beschriebenen Technologien ist längst nicht das Ende der Entwicklung erreicht. CAAFI, die amerikanische Luftfahrtinitiative für alternative Kraftstoffe, erwartet, dass zukünftig alle sechs Monate ein weiteres Verfahren das Plazet der ASTM erhält. Zu den Kandidaten gehören Alcoholto-Jet (AtJ, Bild 5), also die Weiterverarbeitung von Ethanol oder anderen Alkoholen zu Kerosin, sowie Green Diesel, die Beimischung von HEFA-Diesel als Kerosinkomponente. Beide Verfahren könnten bereits 2016 verfügbar sein. Festzuhalten ist, dass bereits heute die technischen Voraussetzungen für eine Markteinführung gegeben sind. Markteinführung: Best Practice USA - Vorbild für deutschland? Ist ein Prozess erprobt und zugelassen, beginnt die teils langwierige Arbeit der kommerziellen Entwicklung. Schwerpunkte sind dabei jeweils, eine stetige, nachhaltige und kostengünstige Rohstoffversorgung sicherzustellen und Investoren für großindustrielle Bioraffinerien zu finden. aireg, die deutsche Luftfahrtinitiative für alternative Kraftstoffe, wurde 2011 gegründet, um ein wertschöpfungskettenübergreifendes Expertennetzwerk zu bilden uns so die Markteinführung in Deutschland zu beschleunigen. Dank der oben dargestellten Vielzahl an möglichen Rohstoffen, stellt die Versorgung eine wesentliche, aber keine unüberwindbare Herausforderung dar (Bilder 6 und-7). Die Welternährungsorganisation der Vereinten Nationen FAO hebt denn auch hervor, dass Vor- und Nachteile der Bioenergieproduktion nur am konkreten Beispiel bewertet und nicht verallgemeinert werden können [2]. Dieser Empfehlung folgend, arbeiten die Mitglieder von aireg auf Projektbasis daran, unterschiedliche Rohstoffe an verschiedenen Standorten auf Nachhaltigkeit und Skalierbarkeit zu untersuchen. Hier konnten insbesondere bei der Entwicklung von Algen und der Jatrophanuss Fortschritte erzielt werden. Schwieriger jedoch stellt sich der nächste Schritt, die Raffinerieentwicklung dar. Bild 5: Schema der AtJ-Herstellung Bild 6: AUFWIND-Projekt zur Optimierung der Algenölproduktion für die Biokerosingewinnung Foto: Forschungszentrum Jülich AuF eINeN bLICK: AIReg Unternehmen und Organisationen aus Industrie, Forschung und Wissenschaft haben sich in aireg, der deutschen Luftfahrtinitiative für alternative Kraftstoffe, zusammengeschlossen. aireg hat sich zum Ziel gesetzt, die Entwicklung und Nutzung regenerativer Flüssigkraftstoffe voranzutreiben und damit die Erreichung der ambitionierten CO 2 -Minderungsziele des Luftverkehrs zu unterstützen. Bis 2025 sollen 10 % des deutschen Kerosinbedarfs durch nachhaltige, alternative Flugkraftstoffe ersetzt werden. Internationales Verkehrswesen (67) 1 | 2015 27 Biokraftstoff POLITIK Bei Investitionssummen von mehreren hundert Mio. EUR sind die politischen Rahmenbedingungen von entscheidender Bedeutung. Die USA sind heute mit deutlichem Abstand Technologieführer, da die dortige Regierung ein langfristiges Förderinstrumentarium für Kraftstoffe der nächsten Generation geschaffen hat. Durch staatliche Investitionszuschüsse in Raffinerien, ein an die Inverkehrbringung gekoppeltes Bonussystem sowie Abnahmeverträge des Militärs besteht in den USA langfristige Planungssicherheit für Investoren. Trotz des aktuell niedrigen Rohölpreises und steigender inländischer Rohölversorgung in den USA begünstigt das Ziel der Energieunabhängigkeit weiterhin Forschung, Entwicklung und Markteinführung alternativer Kraftstoffe. Die steigende Zahl an Absatzverträgen zwischen Fluggesellschaften und Biokraftstoffherstellen ist Ausdruck des Erfolgs dieser staatlich gesetzten Marktanreizmechanismen. Die Situation in Deutschland unterscheidet sich hiervon noch deutlich. Während der Einführung von Biokraftstoffen im Straßenverkehr vor ca. zehn Jahren war es die Absicht, Zusatzerlöse für europäische Bauern zu schaffen. Heute würde z.B. das Bundesumweltministerium am liebsten ganz auf die Nutzung von Anbaubiomasse verzichten, um vermutete, aber bisher nicht belegbare negative Verdrängungseffekte im außereuropäischen Ausland zu verhindern. Auch die EU-Kommission wird voraussichtlich für die Zeit ab 2020 von einer Quotenregelung für den Straßenverkehr absehen. Diese unsteten politischen Vorgaben hemmen die dringend benötigten Investitionen in fortschrittliche Bioraffinerien. Da der Luftverkehr aber zwingend auf Flüssigkraftstoffe angewiesen ist, wird er ohne entsprechende Kapazitäten nicht in der Lage sein, zur Energiewende im Verkehr beizutragen. Ein erster Schritt: die Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung In der 2013 verabschiedeten Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie bekennt sich die Bundesregierung im Grundsatz zur weiteren Erforschung alternativer Flugkraftstoffe und fordert, mit einem 10 000-t-Biokerosin-Programm in die Kommerzialisierung einzusteigen [3]. Dies ist der richtige Weg, wenn man den Luftverkehr in die Lage versetzen will, Eigenbeiträge zum Klimaschutz zu leisten. Dieser Ankündigung müssen jetzt auch Taten folgen. So könnten z. B. stillgelegte Raffinerien als fortschrittliche Bioraffinerien ertüchtigt werden und so, neben den ökologischen Vorteilen, auch positive Beschäftigungswirkungen erzielen. Eine einmalige Chance auf internationaler Ebene voranzukommen bietet das oben beschriebene, von Staaten und Industrie gleichermaßen verfolgte Ziel, das Wachstum des Luftverkehrs ab 2020 CO 2 -neutral zu gestalten. Die UN-Organisation für den zivilen Luftverkehr ICAO will hierfür ein Offsetsystem etablieren, das bereits 2016 beschlossen werden soll. Fluggesellschaften müssten danach Zertifikate erwerben, wenn ihre Emissionen ansteigen. Entscheidend wird dabei sein, welche Anforderungen an die Qualität der Zertifikate gestellt wird. Es kann nicht genügen, Emissionsminderungen anderer Wirtschaftszweige einzukaufen. Vielmehr muss zumindest ein Teil der Zertifikate Klimaschutzmaßnahmen im Luftverkehr direkt finanzieren. Bioenergie- und Bioraffinerieprojekte wären ideale Anlageziele für messbare Emissionsminderungen. Ein solches System, das extrasektorale und intrasektorale Maßnahmen verknüpft, könnte unterschiedliche CO 2 -Minderungskosten abfedern und wettbewerbsneutral verteilen. Wenn dies gelänge, wäre ein System geschaffen, das als Vorbild für die Energiewende im Verkehr insgesamt dienen kann. ■ LITeRATuR [1] Link zum Abschlussbericht des BurnFAIR-Projektes: http: / / www. aireg.de/ images/ downloads/ Abschlussbericht_BurnFAIR.pdf [2] Link zur aireg-Broschüre „Nachhaltigkeit alternativer Flugkraftstoffe“ 11/ 2014: http: / / www.aireg.de/ images/ downloads/ Broschuere- Nachhaltigkeit_aireg.pdf [3] Link zur Mobilitäts- und Kraftstoffstrategie der Bundesregierung 06/ 2013: http: / / www.bmvi.de/ SharedDocs/ DE/ Anlage/ UI-MKS/ mks-strategie-final.pdf? __blob=publicationFile Michael Engel, Dr. Mitglied des Vorstands von aireg e.V. sowie Geschäftsführer des Bundesverbandes der Deutschen Fluggesellschaften (BDF), Berlin m.engel@bdf.aero Lukas Rohleder Vorstandsreferent von aireg e.V., zuständig für Politische Kommunikation und Öffentlichkeitsarbeit, Berlin lukas.rohleder@aireg.de Bild 7: Jatrophaplantage auf Madagaskar Foto: JatroSolutions GmbH