Auf dem Weg zum nachhaltigen Flugverkehr: Herausforderungen und Chancen

Dr. Asteris Apostolidis ist Experte bei der Stiftung Solar Impulse. Er arbeitet für Air France-KLM im Bereich Technology Innovation Management, als Mitglied des Group Strategy Technology Office. Seine wissenschaftlichen Interessen umfassen Künstliche Intelligenz in Luftfahrtsystemen, Nachhaltigkeit im Luftverkehr, Innovative Luftfahrtarchitekturen, Aviation MRO und Strategieentwicklung und -umsetzung. In diesem Fachartikel legt Asteris dar, warum Nachhaltigkeit in der Luftfahrt noch nie so wichtig war und welche Maßnahmen in diesem Sektor ergriffen werden können.

Es ist unzweifelhaft, dass die anhaltende COVID-19-Pandemie einen dominanten Einfluss auf unser kollektives und persönliches Wohlergehen hat. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Weltwirtschaft im Niedergang, während viele von uns verschiedene Aspekte unseres eigenen Lebens neu bewerten. Der Luftverkehr ist aus vielen Gründen eine der am stärksten betroffenen Branchen. In erster Linie wirken sich alle auferlegten Reisebeschränkungen negativ auf den Passagierverkehr aus, was die meisten Fluggesellschaften an ihre Grenzen brachte.

In diesem Zusammenhang könnte es für den Luftverkehrssektor vernünftig sein, sich auf das kurzfristige Überleben zu konzentrieren und von der Priorisierung der ökologischen Nachhaltigkeit zurückzutreten. Als der Flugverkehr jedoch praktisch zum Erliegen kam, wurden die Auswirkungen des Fliegens auf die Umwelt noch deutlicher. Angesichts des rekordverdächtigen Einbruchs der Ölpreise seit Anfang März erklärte Jeffrey Currie, Leiter der Rohstoffabteilung bei Goldman Sachs, gegenüber der Zeitung The Guardian, dass die Auswirkungen der Pandemie wahrscheinlich "die Energiebranche dauerhaft verändern" und "die Debatte um den Klimawandel verschieben" werden. Als die meisten Fluggesellschaften verschiedene Transformationsprogramme auflegten, um die Krise zu bewältigen, ergab sich eine seltene Gelegenheit, insbesondere in Europa. Viele dieser Transformationspläne enthielten wichtige Elemente zur Nachhaltigkeit im Flugverkehr. Tatsächlich begannen einige Fluggesellschaften und Flugzeughersteller schon lange vor der Pandemie mit der Arbeit an einer grünen Transformation. Allerdings scheinen diese Pläne beschleunigt worden zu sein. Es gibt viele mögliche Erklärungen dafür, aber es kann hauptsächlich auf das gestiegene Umweltbewusstsein ihrer Kundenbasis, die strategische Entscheidung der Europäischen Union, mit dem European Green Deal fortzufahren, und das zunehmende Gefühl der sozialen Verantwortung von Unternehmen unter den Führungskräften und Mitarbeitern der Fluggesellschaften zurückgeführt werden.

Die Coronavirus-Pandemie ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie eine globale Krise aussieht. Der Hauptunterschied zum Klimanotstand ist jedoch, dass ersterer nicht vorhersehbar war, während es für letzteren unzählige Warnungen gibt. Es wäre unverantwortlich, sie zu ignorieren und sich der Verantwortung der Fluggesellschaften zu entziehen, sie zu bewältigen. Die bisherigen Erfahrungen haben drei technische Hauptsäulen identifiziert, die den Luftverkehr in eine nachhaltigere Zukunft führen können: Verbesserte betriebliche Effizienz, disruptive Flugzeugarchitekturen und Multimodalität.

Eine verbesserte betriebliche Effizienz kann kurz- und mittelfristig durch einen verstärkten Einsatz von Künstlicher Intelligenz erreicht werden: Heutzutage ist es üblich, dass Fluggesellschaften datengesteuerte Methoden in verschiedenen operativen Bereichen einsetzen. Zum Beispiel kann eine verbesserte Treibstoffeffizienz durch die Analyse versteckter Muster in Flugdaten erreicht werden und die Art und Weise, wie Flugzeuge betrieben werden, rationalisiert werden. Eine weitere interessante Möglichkeit ist die verstärkte Nutzung von Betriebsdaten, um die Wartungspraktiken für Triebwerke, Flugzeugzellen und andere Flugzeugkomponenten zu verbessern. Auf diese Weise hat Data Science das Potenzial, den Lebenszyklus von Teilen zu verbessern, was zu weniger Verschwendung von meist sehr teurem Material führt. Gleichzeitig kann die Wartungsplanung historische Daten nutzen, um den optimalen Zeitpunkt für die Überholung von Hardware zu ermitteln, was in der Regel auch zu einem verbesserten Treibstoffverbrauch führt. Insgesamt hat die KI das Potenzial, die Art und Weise, wie Flugzeuge konstruiert, betrieben und gewartet werden, schrittweise zu verändern. Da die Luftfahrt jedoch aufgrund von Sicherheitsaspekten ein streng regulierter Bereich ist, ist ein Haupthindernis das Fehlen von Zertifizierungsverfahren für sicherheitskritische KI-basierte Anwendungen. Dennoch gibt es derzeit branchenweite Bemühungen, die notwendigen Standards zu entwickeln, die Künstliche Intelligenz in der Luftfahrt zertifizierbar machen.

Blickt man noch etwas weiter in die Zukunft, wird man eine Fülle neuer und sehr interessanter Flugzeugtechnologien sehen, die die Art und Weise, wie wir fliegen, nachhaltig verändern können. Neue Triebwerksauslegungen versprechen eine höhere thermische Leistung, was sich zweifelsohne positiv auf die Umwelt auswirkt. Gleichzeitig gibt es eine koordinierte globale Anstrengung, die notwendigen Technologien zu entwickeln, die einen starken Anstieg der Produktion von Sustainable Aviation Fuel (SAF) ermöglichen. Es gibt viele Möglichkeiten, SAF zu produzieren, aber die ethische Produktion nutzt verschiedene Arten von Abfällen, wie z. B. Speiseöl, und das ist der Grund, warum die derzeitige Produktion ziemlich begrenzt ist. Darüber hinaus sieht eine neue Generation von disruptiven Flugzeugkonzepten die Verwendung von Wasserstoff als Flugkraftstoff vor, entweder direkt verbrannt in Triebwerken oder in Kombination mit Brennstoffzellen. Weitere interessante Möglichkeiten sind batteriebasierte Elektro- oder Hybridelektro-Flugzeuge, die jedoch Betriebsgrenzen haben. Schließlich gibt es zahlreiche Beispiele für Innovationen in der Aerodynamik, mit verschiedenen Vorschlägen für futuristische Flugzeugdesigns. Alle genannten Technologien befinden sich derzeit in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, wobei die ausgereiftesten voraussichtlich irgendwo am Ende dieses Jahrzehnts zum Einsatz kommen werden. Allerdings sind auch hier Sicherheitsüberlegungen sehr wichtig für den Erfolg dieser Lösungen, zusammen mit einer notwendigen Umgestaltung der - sehr komplexen - Lieferkette. Es ist sicher, dass alle neuen Technologien auch zahlreiche betriebliche Herausforderungen mit sich bringen.

Das dritte, vielversprechende Instrument zur Bewältigung der Umweltauswirkungen des Luftverkehrs ist die Weiterentwicklung des multimodalen Transports. Multimodalität nutzt verschiedene Mobilitätsarten, um den Passagieren die aus Umweltsicht beste Option zu bieten. Ein Beispiel ist die nahtlose Kombination von Flug- und Bahnverkehr, bei der ein Passagier beides in einem Ticket kombinieren kann. Auf diese Weise kann er einen Langstreckenflug und eine Zugfahrt für den letzten Teil seiner Reise nutzen und so unnötige Regionalflüge vermeiden. Gleichzeitig kann die Multimodalität ein neues Geschäftsmodell eröffnen, bei dem nicht nur an großen Drehkreuzen geflogen wird, sondern auch an kleineren Flughäfen mit Bahnanschluss. Diese Lösung birgt eine Reihe von Risiken in Bezug auf die derzeitigen, etablierten Geschäftspraktiken, kann aber auch zu breiteren Partnerschaften führen. In Zukunft könnten neben der Kombination von Flug- und Bahnverkehr auch andere Verkehrsträger Teil dieses Modells werden. Zum Beispiel haben Hyperloop oder eVTOL (auch bekannt als Urban Air Mobility) das Potenzial, eine nachhaltige "erste und letzte Meile" für Passagiere anzubieten.

Erwähnenswert ist, dass der Zeitrahmen für die Einführung der oben genannten drei Hauptsäulen nicht überall auf der Welt gleich sein wird; er hängt von einer Mischung aus Geopolitik, Investitionen, staatlichen Emissionszielen und natürlich dem Verbraucherverhalten ab. Es sieht jedoch so aus, dass Europa in diesem Zusammenhang eine Vorreiterrolle einnehmen wird. Um die Dinge in die richtige Perspektive zu rücken, ist es auch wichtig zu erwähnen, dass vor der Pandemie 72 % der Treibhausgasemissionen des Verkehrs in Europa auf den Straßenverkehr entfielen, verglichen mit 14 % für den Luftverkehr, so die Europäische Umweltagentur. Folglich ist die Dekarbonisierung des Straßenverkehrs eine noch höhere Priorität für politische Entscheidungsträger.

Der Flugverkehr dient im Wesentlichen der Gesellschaft, indem er Menschen zusammenbringt und die Zirkulation von Gütern unterstützt. Dies ist auch während der laufenden Pandemie der Fall, bei der Fluggesellschaften die globale Zirkulation von Vorräten transportierten, und es wird erwartet, dass sie zur Verteilung der Impfstoffe beitragen, sobald diese produziert werden. Angesichts des drohenden Klimanotstands ist eine verbesserte Widerstandsfähigkeit der Branche jedoch von größter Bedeutung. Die soziale Aufgabe des Luftverkehrs ist weithin anerkannt und seine Zukunft hängt davon ab, wie sich der Luftverkehr an diese neuen Herausforderungen anpassen wird.