Forscher entwickeln biobasiertes Kerosin aus Lebensmittelabfällen

Ein Verkehrsflugzeug mit organischen Abfällen antreiben? Forschende aus den USA haben nun gezeigt, dass dies theoretisch möglich ist und ihr Treibstoff die Normen der Branche erfüllt.

In Sachen Umweltschutz zählt die zivile Luftfahrt nicht zu den Vorreitern. Weltweit verursacht die Branche einen beträchtlichen Anteil der Treibhausgasemissionen: Beim CO₂ sind es laut Air Transport Action Group „etwa 2 %“. Seit einigen Jahren gibt es zahlreiche Initiativen, um die zivile Luftfahrt umweltfreundlicher zu machen. Dazu gehören Wasserstoffantriebe, angepasste Flugrouten zur Vermeidung von Kondensstreifen und synthetische Treibstoffe wie HEFA.

Bislang konnte keine dieser Lösungen Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz miteinander vereinen. Die Industrie sucht daher weiterhin nach dem passenden Ansatz. Eine Möglichkeit könnten die Arbeiten von Ingenieuren der Universität Illinois in Urbana-Champaign eröffnen: Sie haben herausgefunden, wie sich Lebensmittelabfälle in echten Flugzeugtreibstoff umwandeln lassen. Ihre Studie erschien am 30. Oktober in der Fachzeitschrift Nature Communications. Für die zivile Luftfahrt ist der Vorschlag bislang ohne Beispiel.

Werden unsere Abfälle zum Kerosin der Zukunft?

Yuanhui Zhang, Ingenieur an der Universität Illinois und Leiter der Studie, ging es weniger darum, einen „Wundertreibstoff“ zu schaffen. Vielmehr wollte er zeigen, dass organisches Material chemisch mit fossilem Kerosin mithalten kann. „In einer linearen Wirtschaft produzieren wir, konsumieren und werfen dann weg. In diesem Projekt gewinnen wir Energie und Materialien zurück, um ein nützliches Produkt herzustellen“, erklärt er.

Hydrothermale Verflüssigung macht aus Lebensmittelabfällen Rohöl

Das „fehlende Glied des Kreislaufparadigmas“, wie Zhang es nennt, beruht auf einem bereits anerkannten und häufig genutzten Prinzip, unter anderem in der Geochemie: der hydrothermalen Verflüssigung, kurz HTL. Das Verfahren vollzieht innerhalb weniger Stunden nach, wofür die Erde Millionen Jahre braucht: Es verwandelt organisches Material in Rohöl.

Dafür sammelten die Forschenden Produktionsreste aus lebensmittelverarbeitenden Betrieben und setzten sie extremen Temperaturen und hohem Druck aus. So gewannen sie biologisches Rohöl, ein Gemisch aus Ölen, Wasser und kohlenstoffhaltigen Verbindungen, das noch raffiniert werden muss.

Anschliessend behandelten sie das gewonnene Öl katalytisch mit Kobalt und Molybdän. Diese als Hydrotreating bezeichnete Raffination nutzt zwei Metalle, die in der Erdölindustrie zum Herausfiltern von Verunreinigungen verwendet werden. Dabei werden Wasser, Salze und Asche entfernt, ebenso unerwünschte Atome wie Schwefel, Stickstoff und Sauerstoff, welche die Verbrennung beeinträchtigen würden. Am Ende entsteht biobasiertes Kerosin, das sich nicht vom herkömmlichen Flugkerosin unterscheiden lässt.

Kann die Luftfahrt dem Erdöl den Rücken kehren?

Das Kerosin erfüllt zudem sämtliche Standards der beiden massgeblichen Stellen der Branche: der Amerikanischen Gesellschaft für Werkstoffprüfung (ASTM) und der US-Luftfahrtbehörde (FAA). Das ist eine bemerkenswerte Leistung, denn nur wenige biobasierte Treibstoffe entsprechen auf Anhieb den gemeinsamen Standards dieser Institutionen. Sie schreiben Prüfverfahren vor, die zu den strengsten weltweit zählen.

Industrielle Herstellung des biobasierten Kerosins

Danach stellt sich die schwierige Frage der industriellen Umsetzbarkeit. Einige Dutzend Liter Biotreibstoff im Labor herzustellen, ist etwas anderes, als ganze Verkehrsflugzeugflotten damit zu versorgen. Obwohl das Kerosin der Ingenieure funktioniert, dürfte seine Einführung in eine stark regulierte Industrie schwierig werden. Die Luftfahrt unterliegt strengen Zertifizierungs- und Zuverlässigkeitsvorgaben und ist wohl einer der ungeeignetsten Bereiche für Experimente.

„Unsere Aufgabe ist es, die wissenschaftlichen und technischen Probleme zu lösen. Nun muss die Industrie übernehmen“, sagt Zhang. Wissenschaftlicher Fortschritt allein kann Flugzeugtriebwerke nicht betreiben. Dazu braucht es auch genügend Kapital und zumindest die Bereitschaft der Industrie, mitzuziehen.

Bis die Arbeit von Zhang und seinem Team eines Tages praktisch angewendet werden kann, sind daher Zeit, Investitionen und industrielles Engagement nötig. Es wäre bedauerlich, wenn ihr Kerosin ein Prototyp bliebe, obwohl nachhaltige Flugkraftstoffe (SAF) dieser Art ihr Potenzial bereits unter Beweis gestellt haben. Bei breiter Nutzung könnten sie den CO₂-Fussabdruck von Flügen um bis zu 80 % verringern und zugleich mit bestehenden Triebwerken und Logistikketten kompatibel bleiben. Wenn Fluggesellschaften ihre Flugzeuge auch in den kommenden Jahrzehnten weiter betreiben wollen, werden sie ohnehin lernen müssen, ohne Erdöl auszukommen – ob sie wollen oder nicht.