Um die durch das Wachstum des Luftverkehrs höheren Emissionen zumindest teilweise zu kompensieren, sind Investitionen in neue Technologien erforderlich. Das Hauptaugenmerk liegt dabei bei der Reduktion von CO₂-Ausstößen, welche mit der Senkung des Kraftstoffverbrauchs einhergeht. Das Ziel kann durch Verbesserung und Weiterentwicklung des Triebwerks, des Fluggerätes selbst und der Flugaufgabe erfolgen.

Flotten- und Triebwerksmodernisierung

Bringen technische Verbesserungen an bestehenden Fluggeräten nur mittelfristige und moderate Fortschritte, bieten Flottenmodernisierungen eine langfristige Lösung. Es ist jedoch ein langsamer Prozess, bis die veraltete Flotte durch eine effizientere ersetzt wird, da Flugzeuge mit ihren Triebwerken eine lange Lebensdauer haben und der Austausch mit moderneren Maschinen kostenintensiv ist. Bisher wurde eine höhere Treibstoffeffizienz mittels modernerer Triebwerke erreicht, welche mit höheren Temperaturen und Druck arbeiten. Dies führt indes zu einem höheren Stickoxidausstoß, deshalb wird nun das Ziel verfolgt, sowohl die CO₂- als auch NO_x-Emissionen zu verringern. Neue Triebwerke mit eingebautem Getriebe sind fähig, die Kohlenstoffdioxidemissionen um ca. 15 Prozent zu verringern. Modernisierungen im Triebwerk umfassen eine veränderte Beschichtung mit lärmabsorbierendem Material sowie ein höheres Nebenstromverhältnis (Relation von Kalt- und Heißluft). Je geringer der Temperaturunterschied zwischen Abgasstrahl und Umgebungstemperatur ist, desto geringer ist die Lärmemission. Eine Optimierung des Schaufelrads erzeugt ebenfalls weniger Schall.

Zielsetzung von ACARE

Die europäische Luftfahrtindustrie ist 2001 eine Selbstverpflichtung eingegangen, um ökologischer zu werden. Die Ziele dazu wurden von ACARE (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe) bestimmt und betreffen den spezifischen Kerosinverbrauch sowie Emissionswerte von Flugzeugen und Triebwerken, die ab 2020 auf den Markt kommen sollen. Nachfolgende Abbildung zeigt den Teil der Zielsetzung, welcher sich auf neue Triebwerkskonzepte und Technologien konzentriert. Die angestrebte CO₂-Reduktion um die Hälfte ist eine sehr große Herausforderung, welche durch Verbesserungen bzw. Maßnahmen am Triebwerk, der Zelle und beim Luftverkehrsmanagement erzielt werden soll. Doch auch für die ehrgeizigen Reduktionsvorhaben bezüglich der Lärm- und NO_x-Emissionen sind immense technische Fortschritte nötig, die nur mit hohen Investitionen realisierbar sind. Die Flugzeuge mit den aktuell treibstoffärmsten Triebwerken sind die Modelle A380, B787, B747-8 und A350-XWB. Ab etwa dem Jahr 2017 sollen effizientere Modelle als Nachfolger des A320 und der B737 kommen.

Treibstoff

Ein weiterer Ansatzpunkt im technologischen Bereich liegt bei den Kraftstoffen, welche klimawirksamer werden müssen. Kerosin hat eine hohe Energiedichte und die Bereitstellung ist bereits sehr optimiert, deswegen wird es marktdominierend bleiben. Eine Alternative wäre Biokerosin, für dessen Herstellung es zwei Möglichkeiten gibt. Zum Einen kann die Biokerosinfraktion aus hydrierten und isomerisierten nativen Pflanzenölen abgetrennt werden, allerdings bringt die Herstellung von Pflanzenölen Proteste von nichtstaatlichen Organisationen mit sich. Zum Anderen kann der Biotreibstoff aus Biomethan über die GtL-Technologie (Gas-to-Liquid) gewonnen werden. Dabei werden organische Abfälle z. B. aus der Lebensmittelverarbeitung verwendet. Diese Methode wird zwar besser akzeptiert, hat allerdings nur einen Wirkungsgrad von rund 25 Prozent. Dies bedeutet, dass ein Viertel der Energie des Biomethans im Biokerosin stecken wird und der Rest besteht beispielsweise aus Biodiesel oder Biowasserstoff. Der Wirkungsgrad sollte noch höher werden. Die Herstellungskosten belaufen sich bei der GtL-Technologie auf 2.400 – 2.600 Euro pro Tonne. Verglichen mit herkömmlichem Kerosin ist das aufgrund von höheren Herstellungs- und Transportkosten um etwa 30 Prozent teurer, hat jedoch Zukunftspotenzial, wenn Kosten eingespart werden können. Dafür müssen durch die Politik einheitliche Rahmenbedingungen geschaffen werden, um eine Wettbewerbsfähigkeit zu gewährleisten. Die deutsche Biokerosinitiative aireg (Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany) bestehend aus 30 Unternehmen und Organisationen der Luftfahrtindustrie sowie der Wissenschaft entwickeln Biokraftstoffe weiter. Ihr Ziel ist es, bis 2025 zehn Prozent alternative Treibstoffe an deutschen Flughäfen zu verwenden. Aireg fokussiert Rohstoffe wie Algen, welche keine Ackerflächen benötigen, und erforscht die Pflanze Jatropha, die ungenießbar für Lebewesen ist und auch auf nährstoffarmen Böden gut wächst.

Verbesserte Aerodynamik

Für klimafreundlicheres Fliegen besteht auch die Möglichkeit, die Aerodynamik zu verbessern, um durch günstigere Strömungseigenschaften den Treibstoffverbrauch und somit die Schadstoffemissionen zu reduzieren. Beim Airbus A380 konnten bereits durch Triebwerksverbesserungen sowie Weiterentwicklungen des Tragflächen- und Fahrwerkdesigns ein leiserer und emissionsärmerer Flugbetrieb erreicht werden. Der CO₂-Ausstoß pro Passagierkilometer liegt dabei bei 75 Gramm. Im Vergleich zur letzten Version der Boeing 747-400 ist der A380 um 40 Prozent geräuschärmer, wobei die Verbesserungen kaum hörbar sind, da das komplexe An- und Abflugverfahren das ganze hörbare Frequenzspektrum vom Menschen abdeckt. Der Einsatz von Winglets (Zusatzteile an den Flügelenden der Tragflächen) birgt ein Einsparpotenzial von zwei Prozent des CO₂- sowie drei Prozent des NO_x-Ausstoßes auf Kurzstrecken und sechs Prozent des CO₂- sowie elf Prozent des NO_x-Ausstoßes auf Langstrecken. Anbauten sind aus diesem Grund bei Langstreckenmaschinen wirtschaftlicher und amortisieren sich nach etwa 15 Jahren. Die amerikanische Billigfluggesellschaft Southwest Airlines hat ihre aus 575 Flugzeugen bestehende Boeing 737-Flotte mit Winglets ausgestattet und dadurch laut eigenen Angaben 204 Millionen Liter Treibstoff im Jahr eingespart. Während Winglets mit der Zeit an Relevanz verlieren werden, da neue Fluggeräte bereits mit einem optimierten Design versehen sind, können sogenannte Riblets immer nachgerüstet werden. Dabei handelt es sich um Furchen in Strömungsrichtung, welche statt Farbe aufgetragen werden. Dadurch wird der Luftwiderstand verringert und weniger Schadstoffe (CO₂: minus 1-2%, NO_x: minus 2-4%) emittiert. Die Investition rechnet sich zwar bereits nach rund fünf Jahren, aber es besteht das Risiko, dass die Riblets verschmutzen und nicht den gewünschten Effekt erzielen. Darum ist diese Art von aerodynamischer Verbesserung nicht sehr gefragt. Ein weiteres Beispiel in diesem Bereich sind gebogene Flügelspitzen, sogenannte Sharklets. Diese werden bereits beim Airbus A320 und A320neo verbaut und bringen etwa 3,5 Prozent Kraftstoffeinsparung durch Verringerung des Luftwiderstandes mit sich. Eine Nachrüstung bei älteren Fluggeräten ist möglich.

Weitere Ansätze

Zudem hat eine Gewichtsreduktion des gesamten Flugzeuges durch Verarbeitung leichterer Werkstoffe einen positiven Effekt auf den Kerosinverbrauch. Der Einsatz von den 13 Kilogramm leichteren sogenannten Lightweight-Containern anstatt Aluminium-Containern resultiert in einer CO₂-Ersparnis von etwa 6.800 Tonnen im Jahr.