Kohlendioxid-Verbrennung - Gewinn für das Klima und die Luftfahrt

[Kilo Mike Sierra]

Auf der kürzlichen Aviation Innovation Conference (AIC) im brasilianischen Curitiba wurde ein bahnbrechendes Konzept für zukünftige Flugzeugantriebe vorgestellt. Ein anwesender Vertreter der International Civil Aviation Organization (ICAO), eine Unterorganisation der UNO, kommentierte erleichtert „Gerade noch rechtzeitig!“, denn angesichts der hochgesteckten Klimaziele sei es höchste Zeit zu handeln.

Worum geht es?
Bei der Verbrennung von Flugtreibstoffen entsteht immer CO₂, neben weiteren Verbrennungsprodukten. Bereits kurz nachdem CO₂ entdeckt worden war, erkannten Klimapolitiker die äußerst schädliche Wirkung dieses Giftgases auf die Klimamodelle, speziell auf die ideale globale Durchschnittstemperatur, die schon lange nicht mehr konstant ist. Wie allgemein bekannt ist, arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure seit Jahren intensiv an alternativen Antrieben für die Luftfahrt. Bisher konnte sich jedoch noch kein alternatives Antriebskonzept durchsetzen, da ihnen nach wie vor zu viele Nachteile anhaften.

Wissenschaftler an der privaten Embry-Ridicule Aviation University in den USA beschritten einen völlig anderen Weg. Warum sollten die vorhandenen hochentwickelten Flugzeugtriebwerke einfach so zum alten Eisen geworfen werden, um sie durch neue, wenig erprobte und noch viel weniger leistungsfähige Antriebe zu ersetzen?
Ihr innovativer Ansatz besteht darin, die vorhandene Hochtechnologien weiter zu nutzen und so die über viele Generationen getätigten Investitionen für Forschung und Entwicklung zu retten. [Dieser überaus vernünftige Ansatz findet meine volle Zustimmung.]
Als Vorbild sehen die Forscher die Automobilindustrie, die in den 80er und 90er Jahren den Schadstoffausstoß von Verbrennungsmotoren drastisch reduzierte, indem sie hochwirksame Drei-Wege-Katalysatoren zur Abgasreinigung installierte.

Damals waren es Chemiker (Mooney und Keith), die dieses revolutionäre Konzept entwickelten.
Und auch jetzt sind es Chemiker (Blague, Chudik, Yarn und Favola), die den richtigen Weg weisen.

Jedes Flugtriebwerk sollte, ähnlich wie bei den Autos, mit einer Art von Katalysator im Abgasstrahl ausgestattet werden. Dort wird das CO₂ durch Sauerstoffzufuhr adiabatisch (wärmedicht) „verbrannt“, was nur bei extrem geringen Außentemperaturen möglich ist und einen speziellen Reaktor erfordert. Bei Temperaturen um -56 °C in Reiseflughöhe ist das bereits möglich. Ideal wäre jedoch eine Temperatur von -73 °C.

Der chemische Vorgang läuft folgendermaßen ab: 2 CO₂ + 2 O₂ » 2 CO₄
Da CO₄ jedoch nicht stabil ist, zerfällt es: 2 CO₄ » 6 H₂O + O₂
Das CO₂ ist somit vollständig abgebaut und es bleiben nur Wasser und Sauerstoff (Dioxygen) zurück.

Während manche Wissenschaftler und Ingenieure noch zweifeln, ob sich dieses neue Konzept so einfach aus dem Labor in die Luftfahrtpraxis umsetzen läßt, ist sich eine Mehrheit von Politikern bereits einig, daß die CO₂-Verbrennung der Königsweg für die Klimafestmachung der Luftfahrt darstellt.

Ein potentielles Problem dieses Verfahrens zur CO₂-Verbrennung besteht darin, daß die Kondensstreifen durch die zusätzliche Erzeugung von reichlich Wassermolekülen noch dichter werden könnten. Zur Bekämpfung dieses Problem gibt es jedoch schon jetzt ein vielversprechendes Konzept, das bereits von mehreren Fluggesellschaften in der Praxis erprobt wird. Es besteht in der Vermeidung von all den Flughöhen, in denen die atmosphärischen Bedingungen für die Bildung von Kondensstreifen gegeben sind. Das funktioniert über ein modellbasiertes Vorhersagesystem und anschließender Anpassung des Flugplanes.
Wie die BBC im Oktober 2021 berichtete, könnte es ausreichen, nur zwei Prozent aller Flugpläne je nach den aktuellen atmosphärischen Gegebenheiten zu modifizieren, um 59 Prozent der Klimawirkung von Kondensstreifen zu eliminieren.
Man geht also unter Umständen Kompromisse bei der Wahl der treibstoffeffizientesten Reiseflughöhe ein, aber was tut man nicht alles für seinen Nachhaltigkeitsbericht - äh für das Klima.

[Kilo Mike Sierra]

Was ich noch vergessen habe, zu erwähnen.

Das beschriebene Verfahren heißt Catalytic Low-Temperature Carbondioxide Oxidation.
Realisierbar ist es nur für Zweistrom-Turbinen-Luftstrahltriebwerke (ZTL), die im äußeren Mantelstrom über den erforderlichen (kalten) Sauerstoff verfügen. Der innere Strom ist ja der heiße Abgasstrahl, dessen CO₂-Gehalt reduziert werden soll.
Das erste Erprobungstriebwerk soll genau in einem Jahr unter dem Flügel einer 747 getestet werden.

Bei der Reduzierung von Kohlenstoff-Atomen auf Wasserstoff-Atome (die sich dann mit Sauerstoff zu Wasser-Molekülen verbinden) handelt es sich praktisch um eine Kernspaltung. Entsteht da nicht Radioaktivität?