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Flugzeug und Umweltschutz

Entwicklung des Luftverkehrs

 

Durch die in der heutigen Zeit vorliegende weltweite Arbeitsteilung besteht sehr oft die Notwendigkeit, dass Menschen und Güter innerhalb weniger Stunden an jedem Punkt der Erde sein müssen. Diese Forderung kann zurzeit nur durch Flugzeuge entsprechender Konstruktion sichergestellt werden. Der Luftverkehr stellt daher im Gesamtsystem aller Verkehrsträger einen wichtigen Teil dar.

Luftverkehr "Nachfrage - Angebot"

Kein anderes Verkehrsmittel weist zurzeit solch hohe Wachstumsraten auf wie das Flugzeug. Vorliegende Prognosen gehen davon aus, dass bis zum Jahre 2037 fast eine Verdoppelung des Luftverkehrs stattfinden wird. Vor allem in den Schwellenländern nimmt die Zahl der Passagiere stetig zu. Daraus resultiert  auch die Forderung an die Luftfahrtindustrien nach neuen Flugzeugen aller Größenordnungen. Weltweit wird dann ein Bedarf von über 37390 neuen zivilen Flugzeugen vorliegen. Somit ist auch eine der Hauptforderungen für die Zukunft vorgegeben. Nicht nur die Betriebssicherheit der Flugzeuge ist gefordert, sondern auch eine verstärkte ökologische Einbindung der Flugzeuge bei Entwicklung, Herstellung und Instandhaltung. Zukünftiger Luftverkehr kann deshalb nur unter sorgfältiger Beachtung des Umweltschutzes stattfinden. Die Verkaufsabschlüsse der Luftverkehrsgesellschaften zeigen weltweit, dass nur die Flugzeuge im Wettbewerb eine Chance haben, die wirtschaftlich, technologisch und ökologisch leistungsfähiger sind.

 

Forderungen zur Umweltvorsorge

 

In der heutigen Gesellschaft sind Lebensqualität und Lebensstandard der Ausdruck wirtschaftlichen Wohlergehens. Möchte man diesen erreichten Standard weiterhin erhalten, sowie auch noch verbessern, so muss der technische Fortschritt bejaht werden. Es müssen aber auch die Risiken und Gefahren erkannt werden, die sich durch Herstellung und Anwendung von Produkten für Mensch und Umwelt ergeben können. Die Entstehung dieser Faktoren beruht im Wesentlichen darauf, dass die auf der Erde befindlichen Rohstoffe aus ihrer natürlichen Umgebung gefördert werden. Danach werden sie in meist sehr aufwendigen Prozessen den Anforderungen entsprechend in Produkte umgewandelt. Während dieser Prozesse, sowie auch im späteren Produktgebrauch, entstehen Abfälle, Abwässer und Luftemissionen, die wieder an die Erde zurückgegeben werden. Von Bedeutung ist hierbei nicht nur die Giftigkeit der abgegebenen Stoffe, sondern auch deren Menge. Aus diesen Gründen besteht die Notwendigkeit nach einem verstärkten Bewusstsein für einen zielgerichteten Umweltschutz.

 

Nicht nur der stetig zunehmende Luftverkehr beeinflusst die Umwelt durch Lärmentwicklung und Feinstaubemissionen, sondern auch die Herstellung und Instandhaltung der Flugzeuge. Hier können mehr oder weniger große Umweltbelastungen durch übermäßigen Abfall und Schadstoffemissionen, sowie durch nicht effizientes Energiemanagement entstehen. Somit besteht auch für diese Bereiche die Forderung, verstärkt technische Verfahren und Lösungen zu entwickeln, die auch mit den betriebswirtschaftlichen Forderungen nach Gewinnerzielung in Einklang stehen. Deshalb muss schon im Vorfeld der Flugzeugentwicklung ökonomisch und ökologisch bewusstes Denken und Handeln mit eingebracht werden.

 

Die Umweltschutzmaßnahmen berühren die Flugzeughersteller, sowie Halter oder Betreiber finanziell in großem Umfang. Die daraus entstehenden höheren Kosten, speziell in der Einführungsphase für Umweltschutzmaßnahmen, können die Wettbewerbsfähigkeit dieser Unternehmen stark beeinflussen.

 

Recyclingfähige Werkstoffe und Abfallvermeidung

 

Da bestimmte Rohstoffe der Erde nur begrenzt verfügbar sind, ist das Recycling der aus diesen Rohstoffen bestehenden Abfallstoffe eine immer größer werdende Forderung. Des Weiteren wird durch ein Recycling auch die Reduzierung großer Abfallmengen herbeigeführt. Die Voraussetzungen, dass Wertschöpfungskreisläufe dieser Art entstehen können, sind schon bei Beginn einer Flugzeugentwicklung zu schaffen. Der Hersteller legt mit der Konstruktion des Flugzeuges nicht nur dessen konstruktiven Aufbau fest, sondern auch durch die Auswahl der Werkstoffe deren mögliche Recyclingfähigkeit. Viele der zurzeit verwendeten Werk- und Hilfsstoffe des Flugzeugbaues kann man einem Recycling zuführen.

Recycling von Flugzeugen

Auch wenn beispielsweise für das Recycling von herkömmlichem Aluminiumschrott aus Flugzeugen Energie aufgewendet werden muss, so ist diese aber wesentlich geringer, als die zur Neugewinnung aus Erzen benötigte Energiemenge. Für das Recycling ist nur etwa 3 % der sonst zur Neugewinnung erforderlichen Energiemenge notwendig. Durch gezieltes Recycling werden sowohl Rohstoffe und auch Energie gespart. Dieses kann noch verbessert werden, wenn man Abfall gar nicht erst in großen Mengen entstehen lässt. Wird auch die Fähigkeit zum Recycling von Abfällen immer mehr verbessert, so bleibt doch ein Rest von nicht weiter verwertbarem Abfall. Dieser Sonderabfall muss dann meistens durch sehr kostenintensive Verfahren entsorgt werden.

Trennung verwertbarer Abfälle

Beim Flugzeughersteller kann der Materialeinsatz und damit auch der Verbrauch in der Fertigung in der Regel meistens ziemlich genau vorgegeben werden. Dies sieht aber in den luftfahrttechnischen Instandhaltungsbetrieben oft anders aus. In diesen Betrieben ergibt sich der mengenmäßige Materialverbrauch überwiegend dadurch, dass beispielsweise stark beschädigte Flugzeugteile oft nicht durch Neuteile ausgetauscht werden können, weil sie im Moment nicht lieferbar oder sehr teuer sind. Hier wird dann oft der Weg beschritten, dass das beschädigte Flugzeugteil in Teilbereichen handwerklich neu angefertigt werden muss. Daraus resultieren die Höhe des Materialverbrauchs und somit auch die Menge des entstehenden Abfalls. Somit ist auch die Herstellung und Instandhaltung von Flugzeugen ohne entstehende Restmengen von Abfällen und Sonderabfällen nicht möglich.

 

Die meisten der anfallenden Abfälle sind Wertstoffe, die getrennt gesammelt werden müssen. Sie können sowohl in flüssiger wie auch in fester Form auftreten. Flüssige Abfälle, wie gebrauchte Öle und verschmutzte Lösungsmittel, Chromatiermittel, Kadmierlösungen usw., müssen jeweils in speziell gekennzeichneten Behältern gesammelt werden. Dies gilt auch für die festen Abfälle, wie Stahl- oder Aluminiumlegierungen, Kunst- oder Verbundwerkstoffe, Abdichtmittelreste usw..

 

Umweltvorsorge Bauteilreparatur statt wegwerfen

 

Für die Flugzeuginstandhaltung ist das Reparieren beschädigter Bauteile auch ein Recycling in großem Stil, denn an den Bauteilen muss nur der Bereich repariert werden, der die Beschädigung aufweist. Die Forderung „Reparieren statt Wegwerfen“, sollte deshalb möglichst in den Vordergrund treten, denn viele der beschädigten Bauteile können nach einer fachgerechten Reparatur wieder fast als neuwertig angesehen werden.

 

Es versteht sich aber von selbst, dass die zur Bauteilreparatur eingesetzten Verfahren und Methoden so umweltschonend wie möglich sein sollten. Reparatureinschränkungen bestehen hauptsächlich, wenn die Lufttüchtigkeit des Flugzeuges nach der Reparatur tangiert wird. In solchen Fällen müssen Neuteile eingesetzt werden. Auch sollte unter Einbeziehung ökologischer Vorgaben ein ökonomischer Vergleich durchgeführt werden, ob in dem aktuellen Fall eine Bauteilreparatur günstiger ist als ein Neuteileinbau.

 

Umweltvorsorge Austausch vorhandener Schadstoffe

 

Die Forderung an die Hersteller, Halter oder Betreiber, den entstehenden Schadstoffanteil möglichst gering zu halten, kann oft nicht konsequent umgesetzt werden. Gründe hierfür sind, dass für verwendete Schadstoffe noch kein gleichwertiger Ersatz vorhanden ist, oder die vorhandenen Ersatzstoffe aus ökonomischen Gründen nicht eingesetzt werden. Treten die letztgenannten Fälle auf, so müssen alle vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen angewendet werden, wenn mit diesen Stoffen gearbeitet wird. Beispiele für noch verwendete Schadstoffe an älteren Flugzeugen sind Asbestanteile in den Flugzeugbremsen oder Strontium-Chromat als Kerosinzusatz.

 

Oftmals werden auch neue Werkstoffe entwickelt und eingesetzt, weil sie technologisch sehr gute Eigenschaften aufweisen, aber in der nachfolgenden Instandhaltung in Bezug auf Arbeitssicherheit und Umweltbelastung erhebliche Nachteile aufweisen. Es muss aber ein vorrangiges Ziel sein, die noch in Fertigung und Instandhaltung verwendeten Schadstoffe durch umweltverträgliche Stoffe mit gleichwertigen Eigenschaften auszutauschen. In diese Substitution sollten alle Schadstoffe in fester, flüssiger oder gasförmiger Form einbezogen sein.

Substitution umweltschädlicher Stoffe

Als positives Beispiel hierfür können die schon seit einigen Jahren angewendeten Entlackungsverfahren für Flugzeuge angeführt werden. Wurde früher für die Entlackung eines A 300 etwa 2500 kg umweltschädliche Beize benötigt, um mehrere Lackschichten zu entfernen, so kann dies heutzutage mit Hilfe feiner Hochdruckwasserstrahlen von 500 bar Druck erfolgen.

 

Ein noch umweltfreundlicheres Entlackungsverfahren ist die Anwendung von gepulstem Licht und Trockeneis. Hierzu werden die Lackschichten durch das Licht aufgeweicht und nachfolgend mit scharfkantigen Trockeneispartikeln entfernt. Das Trockeneis, welches normales Kohlendioxid ist, verdampft ohne Rückstände. Übrig bleiben nur die abgeschliffenen Lacksplitter.

 

Umweltbelastungen durch Fluglärm

 

Hauptanliegen der Anwohner in der Umgebung von Flughäfen ist die Minimierung des Fluglärms, hervorgerufen durch startende oder landende Flugzeuge. Lärmverursacher sind nicht nur Flugzeugtriebwerke und die Umströmungsgeräusche an der Flugzeugstruktur, sondern auch bestimmte Start- und Landeverfahren.

Auslegung von Triebwerken

Die Lärmentwicklung der Triebwerke wurde in den vergangenen Jahren kontinuierlich minimiert. So erzeugen die seit Mitte der sechziger Jahre eingesetzten Mantelstrom- oder Turbofan-Triebwerke erheblich weniger Lärm, als die an den älteren Flugzeugen verwendeten Turbojet-Triebwerke. Die Lärmreduzierung wird bei den Mantelstrom-Triebwerken dadurch erreicht, dass etwa 80 % der angesaugten Luft als schalldämmender Kaltluftmantel um die heißen und lauten Brennkammerabgasstrahlen gelegt wird. Dadurch erfolgt die Vermischung von warmer und kalter Luft langsamer und somit entsteht auch weniger Lärm. Bei Turbojet-Triebwerken die vorwiegend bei Kampfflugzeugen verwendet werden, erfolgt die Vermischung der heißen Abgasstrahlen mit der kalten Außenluft explosionsartig. Die dabei entstehenden Wirbel erzeugen dadurch einen hochfrequenten Lärm. Dieser Lärm wird noch mehr gesteigert, wenn bei diesen Triebwerken die Zuschaltung von Nachbrennern zur Schubverstärkung erfolgt.

Auftretende Umströmungsgeräusche entstehen bei ausgefahrenen Landeklappen und Fahrwerken. Diese erzeugen aufgrund ihrer Geometrie während des Landeanfluges starke Verwirbelungen, die einen hochfrequenten Lärm entstehen lassen. Um eine Minimierung dieses Lärms zu erreichen, wurde schon vor Jahren mit Untersuchungen begonnen. Aber aufgrund der komplexen geometrischen Struktur dieser Bauteile, scheiterten bisher alle Versuche, die Strömungsvorgänge und die damit verbundene Schallabstrahlung rechnerisch zu ermitteln. Durch experimentelle Versuche mit diesen Bauteilen im Windkanal wurde herausgefunden, dass die daraus gewonnenen Ergebnisse der Realität sehr nahekommen. Voraussetzung ist aber, dass die Bauteile in ihrer Originalgröße den Windkanalversuchen unterzogen werden.

Lärmminderndes Landeverfahren

Auch wird durch verbesserte Start- und Anflugverfahren die Lärmfreisetzung zeitlich verkürzt, und somit eine Lärmreduzierung erreicht. So wird vorwiegend der long drag - low power Anflug durchgeführt. Bei diesem Anflugverfahren werden Landeklappen und Fahrwerk sehr viel später, als vorher üblich, ausgefahren. Dadurch wird eine Reduzierung des Luftwiderstandes erreicht, wodurch dann auch eine geringere Schubleistung der Triebwerke benötigt wird. Der Triebwerkslärm und die Umströmungsgeräusche werden dadurch erheblich minimiert.

 

Die Lärmminderung kann noch weiter verbessert werden, wenn ein continuous descent approach angewendet wird. Hierbei sinkt das Flugzeug langsam aber ständig zur Landebahn hin ab.

Für den Flugzeugstart kommen verschiedene Verfahren zur Anwendung. Als Beispiele seien hier die Verfahren Flachstart und Steilstart aufgeführt. Das Flachstartverfahren wird oft von den Flugzeugbetreibern vorgezogen, weil eine Reduzierung des Kerosinverbrauchs und des CO2 Ausstoßes gegeben ist. Die Anwendung des Flachstarts lässt aber den Lärmpegel in den überflogenen Bereichen um einige Dezibel ansteigen. Aufgrund dieser höheren Lärmbelastung fordern Umweltverbände die Anwendung des geringer lärmbelastenden Steilstartverfahrens. Dieses Verfahren wird auch von der internationalen Luftfahrtbehörde gefordert, wenn im Umkreis von 20 km um einen Flughafen Menschen wohnen.

 

Umweltbelastungen durch Schadstoffemissionen der Triebwerke

 

Durch die Schadstoffemissionen der Triebwerke ergeben sich Nachteile für das Ökosystem der Erde. So ist zum einen die unmittelbare Belastung von Mensch und Umwelt am Boden zu betrachten, zum anderen sind die langfristigen Auswirkungen auf den Ozongehalt und den Treibhauseffekt in der Atmosphäre und damit auf das Klima der Erde zu beachten.

Schadstoffemissionen von Triebwerken

Weltweit werden zurzeit etwa fünf Prozent aller anthropogenen Emissionen vom Luftverkehr verursacht. Hauptverursacher der Emissionen sind der Straßenverkehr, die Industrie und die privaten Haushalte. Da aber der Schadstoffausstoß beim Luftverkehr in Höhen von etwa 13 Kilometer stattfindet, sowie für den Luftverkehr in Zukunft hohe Zuwachsraten zu erwarten sind, werden bei einer Summierung bestimmter Schadstoffe Probleme auftreten. Dies sind in erster Linie Stickoxide und Wasserdampf.

 

Unter den Abgasen der Triebwerke, die durch die Kerosinverbrennung ausgestoßen werden, stehen mit etwa 99 % Wasserdampf und Kohlendioxyd an erster Stelle. Der verbleibende Anteil enthält Stickoxide, Schwefeldioxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Spuren von Ruß.

 

Die Menge der ausgestoßenen Stickoxide hängt eng mit den bei modernen Triebwerken angewendeten hohen Betriebstemperaturen der Brennkammern zusammen. Diese hohen Temperaturen sind aber erforderlich, um die effiziente Ausnutzung des Kerosins zu erreichen. Um diese angestrebten und auch gewollten Nutzungsgrade noch zu steigern, gleichzeitig dabei aber die ausgestoßene

Stickoxidmenge weiter zu minimieren, müssen neuartige Brennkammern entwickelt werden. Auch der ausgestoßene Wasserdampf der Triebwerke verstärkt den Treibhauseffekt. Denn dieser bildet in bestimmten Flughöhen Kondensstreifen. Diese können lange Zeit als breite Wolkenfelder in den Luftschichten verbleiben. Dadurch wird die Wärmerückstrahlung in den Weltraum verhindert, was zur Verstärkung des Treibhauseffektes führt. Problematisch sind auch, weil zurzeit noch nicht qualifizierbar, der Einfluss der Schwefel- und Rußpartikel und die daraus gebildeten Säurepotentiale. Zu diesen Problemen laufen umfangreiche Untersuchungen.

 

Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs

 

Da der Kraftstoff Kerosin stetig knapper und somit teurer wird, wurde schon seit Mitte der 50er Jahre verstärkt nach neuen Wegen zur Ressourcenschonung geforscht. Auch wurden bis heute schon erhebliche Verbesserungen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs erzielt. Unterstützt wurde dies noch durch die Forderung nach einer Minimierung der Verbrennungsschadstoffe.

 

Vorwiegend wurden die bisher erreichten Einsparungspotentiale im Kraftstoffverbrauch durch Verbesserungen der Triebwerksauslegung erreicht. Mit dazu beigetragen hat aber auch eine verbesserte aerodynamische Auslegung der Flugzeuggeometrie, wie beispielsweise transsonische Tragflächen, Winglets, sowie Beplankungsoberflächen von sehr geringer Welligkeit nach Art einer Haifischhaut.  Auch der Einsatz moderner Faserverbundwerkstoffe auf der Basis von Kohle- und Aramidfasern, erbrachten durch die daraus resultierenden Verminderungen der Flugzeugstrukturmassen erhebliche Kraftstoffeinsparungen.

 

Lag Mitte der 50er Jahre der Kraftstoffverbrauch der englischen Comet 4 B bei etwa 11,6 Liter pro 100 Passagierkilometer, so beträgt er heute etwa 3,7 Liter pro 100 Passagierkilometer für einen europäischen Airbus A 340. Dies entspricht einer Kraftstoffersparnis von fast 69 %.

 

Im Vergleich der zur Mitte der 70er Jahre eingesetzten amerikanischen DC 10 verbraucht der Airbus A 340 etwa 27 % weniger Kerosin. Daraus würde für jeden Flug von Deutschland nach Amerika eine Kraftstoffeinsparung von etwa 20 Tonnen, was 25000 Liter entspricht, resultieren.

 

Umweltschutz durch alternative Kraftstoffe

 

Durch die Verbrennung von Kerosin entstehen wie auch bei anderen fossilen Energieträgern erhebliche Mengen an Schadstoffen. Diese werden von den Flugzeugtriebwerken größtenteils in den empfindlichen oberen Atmosphärenschichten ausgestoßen, wo sie zur Klimaveränderung mit beitragen.

 

Um die genannten Nachteile langfristig zu minimieren, tritt deshalb für die Luftfahrt in den kommenden Jahren immer mehr die Forderung nach alternativen Kraftstoffen in den

Vordergrund. Diese wird noch verstärkt, durch die sich abzeichnende Verknappung der fossilen Grundstoffe zur Kerosingewinnung. Alle bisher entdeckten Erdölreserven werden voraussichtlich ab dem Jahre 2050 langsam zur Neige gehen. Auch die Gewinnung von Kerosin aus anderen fossilen Stoffen, wie Ölschiefer oder Kohle, ist aus Gründen der Ökonomie nicht sinnvoll. Auch würden die erforderlichen Gewinnungsprozesse der Umwelt weitere nicht vertretbare hohe Schäden zufügen.

 

In naher Zukunft wird Kerosin deshalb durch Kraftstoff-Alternativen ersetzt werden, die nicht auf fossilen Stoffen  basieren. Hierbei kann Kerosin teilweise oder vollständig ersetzt werden. Von zentraler Bedeutung ist aber, ob der alternative Kraftstoff an das Kraftstoffsystem angepasst werden muss, oder ob eine Anpassung des Kraftstoffsystems an den Kraftstoff erfolgt. Da kurz- bis mittelfristig umfangreiche Designänderungen an den Flugzeugen unwahrscheinlich sind, sollten die alternativen Kraftstoffe nur geringe Anpassungen an die Flugzeugsysteme, sowie die Infrastruktur der Flughäfen erfordern. Eine weitere Forderung ist, dass alternative Kraftstoffe auch in ausreichenden Mengen zu vertretbaren Kosten hergestellt werden können und auch die Zulassung für den Luftverkehr vorliegen. Derzeit gibt es mehrere Optionen, Kerosin ganz oder  auch nur teilweise zu ersetzen. Der Einsatz von alternativen Kraftstoffen kann nur zur Anwendung kommen, wenn einmal der Preis für Erdöl durch eine Verknappung ansteigt, oder der Einsatz durch strenge gesetzliche Vorgaben gefordert wird.

 

Geringere Umweltbelastungen bei der Herstellung von Kraftstoffen weist hingegen der Einsatz von Biomasse  auf. Bei diesen Kraftstoffen  aus Biomasse (BTL - Biomass to Liquid) sind besonders die Kraftstoffe der neuen Generation erfolgsversprechend. Wurden zur Produktion von Kraftstoffen der ersten Generation große Ackerflächen zur Rohstofferzeugung benötigt, kann bei der neuen Generation jede  beliebige Biomasse zur Anwendung kommen. Zur Kraftstofferzeugung kann nun auch die gesamte Pflanze ausgenutzt werden, und nicht nur einzelne öl-,  zucker- oder stärkehaltige Teile der Pflanze wie bei der ersten Generation. Besonders effiziente Biomassen stellen  schnell wachsende Algen dar, da sie keine Ackerflächen benötigen. Forderung ist, dass die Biomasse Grundstoffe und

Herstellungsverfahren keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion darstellen.

 

Zur Kraftstoffherstellung werden die Biomassen gereinigt und durch eine nachfolgende Pyrolyse Biogas erzeugt.  Dieses wird dann zum gewünschten Kraftstoff synthetisiert. Die Eigenschaften des Kraftstoffes können dabei gezielt auf die Erfordernisse der Triebwerke angepasst werden.

   

Vorteil von BTL ist, dass eine breite Rohstoffbasis vorhanden ist, eine sehr günstige CO2 Bilanz vorliegt und sie frei von Schwefel und Aromaten sind. Auch sind enge Kraftstofftoleranzen möglich und es sind zugelassene Herstellungsverfahren vorhanden.

 

Nachteil von BTL ist, dass sehr hohe Herstellungskosten vorliegen und nur wenig großtechnische Anlagen zur Herstellung zur Verfügung stehen.

Wassertstoffgewinnung

Um weitere und somit verbesserte alternative Kraftstoffe und deren Herstellungsverfahren zu entwickeln, werden umfangreiche Forschungen durchgeführt.

 

Eine Anwendung in ferner Zukunft könnte die Anwendung von Flüssigwasserstoff (LH2) sein. Hierbei müssten aber umfangreiche Änderungen an der Flugzeugstruktur vorgenommen werden. Parallel hierzu müsste auch an den Flughäfen eine vollkommen neue Versorgungsinfrastruktur aufgebaut werden. Da nicht alle Flugzeuge gleichzeitig auf Flüssigwasserstoff umgerüstet werden könnten, sind lange Übergangsfristen erforderlich. Eine große Herausforderung in der neuen Flugzeugkonstruktion stellt die Auslegung der Kraftstofftanks dar, da Flüssigwasserstoff eine Temperatur von -253 °C aufweist.

 

Vorteil von Flüssigwasserstoff ist ein hoher Energiegehalt, und er weist keine CO2 Emissionen auf.

 

Nachteil ist, dass andere Infrastrukturen sowie neue Flugzeugauslegungen erforderlich werden. Weiterhin treten Verluste bei der Produktion auf, sowie liegt ein hoher Wasserdampfausstoß vor. 

 

Gefährdung durch kosmische Strahlenbelastung

 

Die von der Sonne kommende kosmische Strahlung ist eine sehr energiereiche Strahlung, die ständig auf die uns umgebende Erdatmosphäre trifft. Sie besteht im Wesentlichen aus Protonen, Neutronen und Gammastrahlen. Kosmische Strahlen sind mit Röntgenstrahlen vergleichbar, aber durch den energiereicheren Neutronenanteil weisen sie ein höheres Zellschädigungspotential auf.

 

Für die Menschen auf der Erde besteht keine unmittelbare Gefahr, denn nur ein kleiner Teil der Strahlung erreicht die Erdoberfläche. Die Abschwächung der Strahlung wird durch die Filterwirkung der Erdatmosphäre erreicht.

 

Durch das Fliegen steigt die Strahlenbelastung für den Menschen an. Denn um den Treibstoffverbrauch zu minimieren, erfolgen die Flüge in Höhen von 12000 Meter und mehr. Des Weiteren erfolgen Flüge auch oft in besonders Strahlungsintensiven geographischen Breiten. Je länger ein Flug in diesen Höhen und Breiten stattfindet, desto größer ist auch die aufgenommene Strahlenmenge für die Flugbesatzung.  

Kosmische Strahlenbelastung

Für Passagiere die nur an einigen Langstreckenflügen im Jahr teilnehmen, ist aufgrund der geringen Häufigkeit das Gefahrenpotential vernachlässigbar. So ergibt sich für einen Passagier, der an einem Hin- und Rückflug von Frankfurt nach Los Angeles teilnimmt, eine Strahlenbelastung während dieser Flüge von 60 Mikrosievert. Für Besatzungen und Langstreckenvielflieger besteht aber ein erhöhtes Risiko, Krebs oder andere genetische Defekte zu bekommen. Vor Jahren haben bereits Untersuchungen ergeben, dass Besatzungen einer jährlichen Strahlenbelastung zwischen 10000 und 25000 Mikrosievert ausgesetzt sind.

 

Besonders kritisch ist die Nordatlantikroute in die USA, weil hier ein Großteil der Höhenstrahlung vom Erdmagnetfeld in Richtung Nordpol gelenkt wird.

 

Siefert (Sv) ist eine SI-Einheit auf dem Gebiet des Strahlenschutzes, benannt nach dem schwedischen Physiker R. M. Sievert (1896 – 1966). 1 Sv kennzeichnet die Äquivalentdosis, ein Maß für die vom Organismus absorbierte Strahlungsenergie, als Produkt aus der Energiedosis 1 Gray (Gy) und einem Bewertungsfaktor, der die Gefährlichkeit der Strahlenarten berücksichtigt.

 

Umweltgefährdung durch „fuel dumping“

 

Unter der englischen Bezeichnung fuel dumping wird das Schnellablassen von Kerosin aus den Flugzeugtanks während des Fluges verstanden. Dieses kann bei Langstreckenflugzeugen erforderlich werden, wenn nach dem Start das Flugzeug aufgrund einer Notsituation wieder landen muss. Dies könnte beispielsweise der Ausfall eines Triebwerkes, ein medizinischer Notfall, Fahrwerke lassen sich nicht einfahren, sein.

 

Bei einer Landung treten in der Regel die größten Belastungen an einem Flugzeug auf. Diese treten umso mehr auf, je kleiner die Differenz zwischen Startmasse und Landemasse des Flugzeuges beträgt. Um durch die Landung mögliche Schäden am Flugzeug zu vermeiden, muss vorher die Gesamtmasse durch Ablassen von Kerosin fuel dumping oder durch Verbrennen burn off von Kerosin reduziert werden. Diese Forderung besteht für die meisten der Langstreckenflugzeuge, aber auch verschiedene Militärflugzeuge unterliegen dieser Forderung.

Fuel dumping

Um eine sichere Landung zu ermöglichen, muss die maximale Landemasse immer niedriger sein, als die maximale Startmasse. Startet beispielsweise ein Langstreckenflugzeug B 747-400 mit der maximalen Startmasse von 385 000 kg, so müssen in einer Notsituation 100 000 kg (126 582 Liter) Kerosin abgelassen werden, da die maximale Landemasse von 285 000 kg nicht überschritten werden darf. Hierzu wird das Kerosin mit Hochdruckpumpen durch in den Tragflächen eingebauten Ventile abgelassen. Die Ablassleistung beträgt hierbei bei diesem Flugzeugtyp 2200 kg/min (2785 l/min). Für die Durchführung des fuel dumping bestehen feste Regeln. So darf nur in wirklichen Notfällen das Kerosin abgelassen werden. Dies darf nur in dünn besiedelten Gebieten erfolgen. Das Flugzeug muss dabei eine Mindestflughöhe von 1500 Meter haben und nicht langsamer als 500 km/h fliegen. Nach Austritt aus den Schnellablassventilen wird das Kerosin durch die Strömungsgeschwindigkeit in kleinste Tröpfchen verteilt.

B 747-400 fuel dumping system

Aufgrund ihrer kleinen Oberfläche verdunsten die Tröpfchen bevor sie zu Boden sinken können. Das nun gasförmige Kerosin oxidiert unter der Einwirkung des Sonnenlichts wie bei einer normalen Verbrennung zu Kohlendioxid und Wasser. Untersuchungen ergaben, dass das beim fuel dumping abgelassene Kerosin im Boden fast nicht nachweisbar ist. Wurde in dem zugewiesenem Luftraum ein fuel dumping durchgeführt, darf dieser aus Sicherheitsgründen die nächsten 20 Minuten nicht mehr durchflogen werden. Gemessen an der Anzahl der Flugbewegungen muss fuel dumping verhältnismäßig wenig durchgeführt werden. Es sind in der Regel auch dann nur die wirklich akuten Notfälle, denn kein Kapitän würde ohne weiteres beispielsweise 30.000 Liter Kerosin, die etwa 15.000 € kosten, ablassen.

 

Bei Kurz- und Mittelstreckenflugzeugen ist die Forderung nach fuel dumping nicht relevant, da der Anteil des benötigten Kerosins an der Gesamtmasse erheblich geringer ist, als bei einem Langstreckenflugzeug. Diese Flugzeuge können in der Regel mit vollem Tank sicher gelandet werden.

 

Sollte in extremen Notfällen keine Zeit für fuel dumping verfügbar sein, so muss in diesen Fällen eventuell eine overweight landing durchgeführt werden. Die Richtlinien hierzu sind in den EASA Certification Specifications CS-25 und den FAA Federal Aviation Regulations FAR Part 25 beschrieben. Nach einer overweight landing werden in der Regel umfangreiche Kontrollen der Flugzeugstruktur und Systembauteile erforderlich.

 

Fazit

 

Da der Luftverkehr in den nächsten 20 Jahren ein enormes Wachstum erfahren wird, ist ein stetiges Ansteigen der Schadstoffemissionen zu erwarten. Um diese schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt nicht übermäßig ansteigen zu lassen, wird versucht Gegenmaßnahmen zu entwickeln und einzuführen. Viele der Maßnahmen wurden schon eingeführt und werden laufend verbessert. Auch viele Konzepte für eine effektivere Lärmreduzierung, alternative Kraftstoffe, sparsamere Flugzeuge etc. sind in der Weiterentwicklung, doch eine zufriedenstellende Umsetzung kann noch mehrere Jahre bis Jahrzehnte dauern.