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Der Flugzeugentwurf mit Äthanol

Erstellt am: 29.06.2011 | Stand des Wissens: 23.02.2017
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Äthanol ist leichter zu lagern und zu handhaben als Wasserstoff (LH2). Seine Leistungsdaten sind allerdings schlechter als die von LH2 und Kerosin. So benötigt ein Äthanolflugzeug etwa 64 Prozent mehr Tankvolumen, für dieselbe Leistung. Damit ist eine 25 prozentige Vergrößerung der Tragflügelfläche verbunden, was wiederum das Flugzeugleergewicht (OEW) um 20 Prozent steigert.

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Abb. 1 Modifikation einer B 737 mit Äthanol [Dagg]

Da Äthanol schwerer als Kerosin ist, erhöht sich das Startgewicht um 35 Prozent. Das höhere Startgewicht erfordert die Verwendung leistungsstärkerer Triebwerke, welche 50 Prozent mehr Schub liefern müssen. Alle Faktoren zusammen genommen bedeutet, ein Kurzstreckenflug (500 nmi) verbraucht 15 Prozent mehr Energie, verglichen mit einem Kerosinflugzeug. Durch das größere Treibstoffgewicht verschlechtert sich die Performance über Mittel- und Langstreckenflüge zunehmends. Somit werden 26 Prozent mehr Energie auf einem 3000 nmi - Mittelstreckenflug verbraucht.

Die Alkohole wie Äthanol und Methanol haben schlechte massen- und volumenspezifische Verbrennungswärmen. Allerdings könnte ihr weitreichender Einsatz im Bodentransport (zum Beispiel Zumischung zum Autobenzin) weitere Rohölreserven für den kommerziellen Luftverkehr freisetzen.

Der energetische Wirkungsgrad der Methanolerzeugung aus Erdgas liegt bei etwa 68% und damit deutlich niedriger als die Benzinerzeugung aus Rohöl (über 80%). Durch die mittelfristig knapper werdenden Rohstoffe sind Kompromisse jedoch unausweichlich. Die nicht-fossile Methanolherstellung aus Biomasse, CO2 und regenerativ erzeugter Elektrizität (beispielsweise aus Wasserkraft oder solare Stromerzeugung) stellt eine Alternative dar. Damit könnte Kraftstoff nachhaltig bereitgestellt und vom heutigen System fossiler Kraftstofferzeugung aus begrenzten Ressourcen graduell zu einem nachhaltigen System übergegangen werden.

Die nichtfossile regenerative Methanolsynthese ist im wesentlichen CO2-neutral. Ihre Anwendung könnte zunächst noch parallel zur Herstellung aus fossilen Rohstoffen erfolgen, um einen fließenden Übergang von konventionellen zu alternativen Kraftstoffen zu ermöglichen. Langfristig wird der Einsatz von Wasserstoff als Energieträger im Verkehrssektor gesehen, so dass das regenerativ erzeugte Methanol die vorhandene Versorgungsinfrastruktur im Verkehrssektor weiterhin nutzen könnte.

Einsatz
Seine Anwendungen reichen von der Beimischung zu fossilen Treibstoffen bis zur direkten Nutzung als Treibstoff für Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung oder zukünftige Brennstoffzellen-Antrieben.

Herstellung
Die folgende Abbildung zeigt, dass sich Methanol aus praktisch allen organischen Materialien sowie anderen Primärenergiequellen herstellen lässt.
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Auswirkungen herkömmlicher Luftverkehrskraftstoffe & Entwicklung alternativer Flugtreibstoffe (Stand des Wissens: 23.02.2017)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?355970
Literatur
[Dagg] Daggett, D., Hadaller, O., Hendricks, R., Walther, R. Alternative Fuels and Their Potential Impact on Aviation, 2006
Glossar
Biomasse Biomasse umfasst:
  • Reststoffe wie z.B. Restholz, organische Abfälle (Biomüll, Gülle etc.), Stroh sowie
  • Energiepflanzen wie z.B. Raps, schnell wachsende Baumarten, Energiegetreide, Miscanthus.
CH3OH = Methanol. Ist eine farblose, brennend schmeckende, giftige, bei Einnahme durch den Menschen zur Erblindung oder zum Tod fuehrende, leicht brennbare und sehr fluechtige Fluessigkeit. Methanol verbrennt mit blauer, fast unsichtbarer Flamme und bildet mit Luft explosionsfaehige Gemische. In der Natur kommt es in Baumwollpflanzen, Heracleum-Fruechten, Graesern und in aetherischen Oelen vor. Methanol ist eines der wichtigsten Ausgangsstoffe fuer Synthesen in der chemischen Industrie. Methanol ist giftig. Seine giftige Wirkung beruht auf der in der Leber erfolgenden Oxidation zu Formaldehyd und spaeter zu Ameisensaeure.
H2 Wasserstoff ("H2" = grch.-lat. für hydrogenium "Wassererzeuger") ist das chemische Element mit der Ordnungszahl 1. Wasserstoff stellt sowohl bezogen auf die Masse (75%) als auch bezogen auf die Zahl der Teilchen (91%) das häufigste aller im All vorkommenden Elemente dar. Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas welches in der Natur aufgrund der hohen Reaktivität nicht in seiner elementaren Form vorkommt. Wasserstoff liegt gebunden in Form von Erdöl und Erdgas, in Mineralien, in Biomasse, aber vorwiegend in Form von Wasser vor. Wasserstoff ist somit ein Sekundärenergieträger (Energiespeicher)und muss erst aus den oben genannten fossilen oder nicht fossilen Primärenergieträgern unter Einsatz von zusätzlicher Energie hergestellt werden.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?355795

Gedruckt am Dienstag, 9. August 2022 16:06:48