Effizienter und klimafreundlicher

Einen entscheidenden Fortschritt gibt es auch bei den Triebwerken der neuen Überschall-Flugzeuge: Statt der einstrahligen Turbojets der Concorde, die laut waren und einen Nachbrenner für ihre Spitzenleistungen benötigten, gibt es inzwischen leisere und effizientere Mantelstrom-Triebwerke. Bei diesen auch Turbofan genannten Motoren wird ein Großteil des Luftstroms durch eine Turbine, den „Fan“, beschleunigt und an der Brennkammer vorbeigeleitet. Am Hinterende des Triebwerks tritt dieser Mantelstrom mit dem Kernstrom zusammen aus und sorgt für den Schub.

Leiser und sparsamer dank Turbofan

Der Vorteil dabei: Der Mantelstrom ist weniger stark komprimiert und beschleunigt als der heiße Kernstrom aus der Brennkammer und erzeugt beim Austritt aus der Düse weniger Turbulenzen. Das senkt die Lärmbelastung. Weil der Wirkungsgrad der Turbofan-Triebwerke höher ist, sparen diese Motoren zudem Treibstoff und damit auch Emissionen. Bei den typischen Triebwerken moderner Passagiermaschinen macht der Mantelstrom deshalb bis zu 90 Prozent des gesamten Luftstroms aus.

Um allerdings ein Flugzeug bis auf Überschallgeschwindigkeiten zu beschleunigen, reicht der Schub der gängigen Turbofan-Triebwerke nicht aus. Sie müssen daher durch zusätzliche Turbinen, Kompressoren und leistungsstärkere Verbrennerstränge so optimiert werden, dass sie trotz höherem Kernstrom-Anteil weniger Lärm und Emissionen verursachen.

Der Flugzeughersteller Aerion Supersonic will für seine Überschallflugzeuge ein Spezial-Triebwerk von General Electric einsetzen. Dessen Kern soll laut Hersteller auf einem bewährten Düsenjet-Bauplan beruhen, aber dank angepasster Kompressoren und Mantelstrombereiche beim Start die strengste Lärmschutzstufe 5 erfüllen und trotzdem eine Geschwindigkeit von Mach 1,4 bis 1,6 erreichen. Konkurrent Boom Supersonic setzt für seine Überschallmaschine „Overture“ auf Triebwerke von Rolls-Royce, die besonders emissionsarm sein sollen.

Kraftstoff aus Luft und Sonne

Beide Hersteller streben zudem an, statt Kerosin klimafreundlichere synthetische Treibstoffe einzusetzen. Solche Kohlenwasserstoffgemische können durch chemische Verfahren aus Biomasse, Methanol oder auch gasförmigem Wasserstoff und Kohlenmonoxid, dem sogenannten Syngas, gewonnen werden. Erste Pilotversuche laufen zudem mit Sun-to-Liquid-Technologien, bei denen Sonnenlicht und ein Katalysator eingesetzt werden, um aus der Luft aufgenommenes CO2 und Wasser in Syngas umzuwandeln.

Aerion kooperiert für die Kraftstoffe seiner Maschinen mit Carbon Engineering, einer Firma, die sich auf Air-to-Fuel-Technologien spezialisiert hat – die Produktion von Kraftstoffen aus dem Kohlendioxid der Luft. „Wir wollten ein Flugzeug, das nicht von fossilen Kraftstoffen abhängt, sondern vom ersten Tag an zu 100 Prozent mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden kann“, betont Aerion-CEO Tom Vice.

Für die Herstellung dieser Kraftstoffe will Carbon Engineering zunächst CO2 mittels Air-Capture aus der Luft filtern und komprimieren. Parallel dazu erzeugen Elektrolyse-Anlagen mithilfe von Strom aus Sonne oder Wind Wasserstoff aus der Spaltung von Wasser. Im dritten Schritt werden dann CO2 und Wasserstoff chemisch zu energiereichen organischen Verbindungen kombiniert. „Der grundlegende Vorteil von Kraftstoffen aus atmosphärischen CO2 ist, dass sie einen Emissions-Kreislauf bilden“, erklärt Steve Oldham, CEO von Carbon Engineering. Weil das vom Flugzeug ausgestoßene CO2 ursprünglich aus der Luft kam, liegen die Netto-Emissionen bei nahe Null.

Carbonfasern statt Aluminium

Zur Senkung der Emissionen tragen auch die besonders leichten Konstruktionen der Überschallflugzeuge bei. Während die Concorde vorwiegend aus teilweise mit Titan verstärktem Aluminium bestand, stehen heute neuartige Carbon-Verbundwerkstoffe zur Verfügung, die deutlich leichtere Flugzeuge ermöglichen. Boom Supersonic will ein spezielles 3D-Druck-Verfahren nutzen, um titanverstärkte Bauteile seiner Überschallflugzeuge durch winzige Kanälchen leichter zu machen und sie gleichzeitig durch Luftdurchstrom zu kühlen.

Allerdings: All dies hat auch seinen Preis. Trotz optimierten Designs und bessere Materialien und Triebwerke werden die Concorde-Nachfolger in Bau und Betrieb noch immer deutlich teurer sein als klassische Verkehrsmaschinen. Ob es wirklich eine Renaissance des Überschallreisens geben wird, hängt daher auch davon ab, ob genügend Menschen bereit sind, für den Luxus des schnellen Fliegens auch entsprechend mehr zu bezahlen…