Wenn Flugzeuge weniger Kondensstreifen erzeugen sollen, reicht es nicht aus, dass ihre Triebwerke weniger Ruß ausstoßen. Messungen in der typischen Flughöhe von Passagierflugzeugen zeigen: Auch sogenannte Magermotoren, die sparsamer mit Treibstoff umgehen, bilden ähnlich viele Kondensstreifen wie herkömmliche Triebwerke.
Entscheidend ist offenbar etwas anderes: der Treibstoff. Kraftstoffe mit weniger Schwefel und aromatischen Verbindungen sorgen jedoch für die Bildung von weniger Eiskristallen, aus denen die Kondensstreifen bestehen. Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsteam um Christiane Voigt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen im Fachjournal "Nature".
Kondensstreifen auch relevant fürs Klima
Kondensstreifen sind nicht nur sichtbare Spuren am Himmel, sie beeinflussen auch das Klima. Sie bestehen aus Eiskristallen, die Wärme in der Atmosphäre zurückhalten. Dadurch verstärken sie den sogenannten Strahlungsantrieb – also den Effekt, der zur Erderwärmung beiträgt.
Auch Treibhausgase erhöhen den Strahlungsantrieb, indem sie dafür sorgen, dass von der Erde reflektierte Sonnenstrahlung nicht ins Weltall entweichen kann. Laut den Forschern ist der Effekt durch Kondensstreifen im Durchschnitt ähnlich groß wie der durch die gesamten CO₂-Emissionen des Luftverkehrs seit dessen Beginn. Deshalb arbeitet das DLR gemeinsam mit Partnern daran, Kondensstreifen zu vermeiden oder klimafreundlicher zu machen.
Zur Bildung von Kondensstreifen durch Magermotoren in Reiseflughöhen gab es bisher nur theoretische Modelle, deren Werte jedoch extrem weit auseinanderlagen. Deshalb führte das Forschungsteam Messflüge durch: Mit einem DLR-Forschungsflugzeug wurden Proben aus den Abgasen von A321neo-Flugzeugen genommen. In deren Abgas maßen sie einen mittleren Emissionsindex von 1,6 Billiarden Eiskristallen pro Kilogramm Kraftstoff, was etwa 1000-mal so hoch wie der entsprechende Rußpartikel-Emissionsindex war. Das bedeutet: In diesem Fall entstehen die Eiskristalle nicht hauptsächlich an Rußteilchen, sondern auf andere Weise. In großer Höhe gefrieren die winzigen Wassertröpfchen aus den Abgasen fast sofort zu Eis.
Weniger Schwefel, weniger Kondensstreifen
Die Forscher untersuchten deshalb weitere Einflussfaktoren. Einer der Faktoren ist der Anteil an Schwefel im Treibstoff, der sehr unterschiedlich hoch sein kann. Sie fanden heraus: Weniger Schwefel führt zu weniger Eiskristallen und damit zu weniger Kondensstreifen. Des Weiteren sorgt auch ein geringer Anteil an aromatischen Verbindungen für weniger Eiskristalle. Das trifft beispielsweise auf synthetische Kraftstoffe zu, die nicht aus Erdöl hergestellt werden.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Eis je nach Betriebsweise der Triebwerke unterschiedlich bildet. Wenn viele Rußpartikel vorhanden sind, lagert sich Eis vor allem an diesen größeren Partikeln an. Gleichzeitig entstehen aus Schwefel und anderen Stoffen sehr kleine Teilchen (Aerosole), die ebenfalls an der Eisbildung beteiligt sind. Fehlt Ruß – wie im sparsamen Magerbetrieb –, bilden sich die Eiskristalle stattdessen an diesen kleinen Aerosolen.
Voigt und Kollegen fordern, dass die Ergebnisse der Studie in globale Modelle zu Flugzeugflotten einfließen. Derzeit würden etwa zehn Prozent der Passagierflugstrecken mit Triebwerken im Magerbetrieb zurückgelegt – Tendenz steigend. Allerdings könnten diese Triebwerke klimaschädlicher sein als bisher angenommen. "Annahmen über geringe Eiskristallmengen in Kondensstreifen bei diesen Triebwerken können deren Klimawirkung unterschätzen", betonen die Forscher. Künftig sollte deshalb stärker auf alle Partikel im Abgas geachtet werden – nicht nur auf Ruß.
