Perspektiven - Märkte

Ist nachhaltiges Fliegen eine reine Luftnummer?

Die Elektrifizierung kleiner Flugzeuge ist eine aufregende Entwicklung. Sie dürfte aber noch lange nicht ausreichen, um die verheerende CO2-Bilanz des Flugverkehrs auszugleichen.

10.10.2019

Daniel McFetrich

Daniel McFetrich

Leiter Research für globale und internationale Aktien

Das Thema Flugverkehr war für am Klimawandel interessierte Anleger unlängst ein heißes Eisen, denn die Dekarbonisierung des Luftverkehrs wird für die globalen Bemühungen zur Eindämmung des Klimawandels entscheidend sein. Bis dato erschien diese Herausforderung immens. Der bislang eingesetzte Treibstoff – Kerosin – weist eine sechzig Mal höhere Energiedichte auf als die neueste Generation von Batterien. Die Entwicklungssprünge, die in jüngster Zeit bei Elektroautos gemacht werden konnten, bedeuten, dass elektrifizierte Flugzeuge mittlerweile durchaus plausibel erscheinen. Allerdings ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine Hybridisierung (statt vollelektrischer Flugzeuge) bei einer zunächst geringen Wirkung wahrscheinlicher.

Um die CO2-Ziele der Luftfahrtindustrie zu erreichen, ist folglich eine drastische Beschleunigung der Treibstoffeinsparungen erforderlich, damit hohe CO2-Kosten vermieden werden können. Die dadurch verursachten Umwälzungen für die Infrastruktur bei Kurzstreckenflügen könnten in den nächsten zehn Jahren beträchtlich sein. Profitieren davon könnten Unternehmen, die bei der Verwendung von Leichtbauwerkstoffen führend sind, und solche, die die Treibstoffeffizienz von Flugzeugen eventuell verbessern können.

Wie schlimm ist der Flugverkehr in Sachen CO2-Ausstoß?

Derzeit trägt die Luftfahrtindustrie zu den gesamten CO2-Emissionen weltweit 2,4 % bei. Das klingt nicht gerade nach viel, aber die Auswirkungen der Emissionen werden durch ihre Entstehung in Flughöhe verstärkt, und Kondensstreifen und daraus resultierende Wolkenformationen verhindern, dass von der Erde entweichende Wärme abstrahlen kann. Berücksichtigt man all diese Faktoren, so liegt der Beitrag der Luftfahrtindustrie zum Klimawandel höher. Ferner konnten wir in der Luftfahrt in den vergangenen Jahrzehnten ein enormes Wachstum erleben, vor allem in neuen Märkten. In den vergangenen zehn Jahren sind die Passagierkilometer um 41 % gestiegen.

Der Luftfahrtsektor unterliegt derzeit keinen Vorschriften zu CO2-Emissionen, verschreibt sich aber bereits seit vielen Jahren auf freiwilliger Basis bestimmten Emissionszielen. So strebt die International Air Transport Authority (IATA) bis 2050 eine Verringerung der CO2-Emissionen gegenüber den 2005 verzeichneten Niveaus um 50 % an. Der Rat für Luft- und Raumfahrtforschung in Europa hat sich bis 2050 eine Verringerung der CO2-Emissionen von 75 % gegenüber den 2000 verzeichneten Niveaus vorgenommen. Aber im Vergleich zu dem Vorhaben der Vereinten Nationen, bis 2050 die Nettoemissionen von CO2 zu eliminieren, sind selbst diese Ziele bescheiden.

Können wir erfolgreich sein, und wenn ja, wie?

Bessere Triebwerke und Leichtbauwerkstoffe

In den vergangenen Jahren hat die Industrie viel Geld in zwei wesentliche Bereiche investiert. Bei den Triebwerken der nächsten Generation handelt es sich vor allem um Mantelstromtriebwerke mit fortschrittlichen Materialien für Triebwerkskomponenten (z. B. Triebwerksschaufeln aus Kohlefasern). Ferner machen Verbundwerkstoffe mittlerweile mehr als 50 % des Gewichts bei vielen neuen Flugzeugen aus. In den 1970er Jahren lag ihr Anteil bei rund 10 %.

Insgesamt konnten in den vergangenen drei Jahrzehnten Effizienzgewinne beim Treibstoffverbrauch von jährlich 2,3 % erzielt werden. Unlängst eingeführte neue Triebwerke erzielen im Allgemeinen sehr respektable Effizienzgewinne beim Treibstoffverbrauch von 15–16 %, vergleicht man sie mit Vorgängermodellen. Neue Materialien wie Verbundwerkstoffe haben, verglichen mit Flugzeugen der Vorgängergeneration, dagegen zu CO2-Verringerungen in Höhe von 25 % geführt. Es gibt also durchaus einige Hinweise darauf, dass sich die Einsparungen beim Treibstoff in den zurückliegenden zwei bis drei Jahren – gegenüber den vorstehend erwähnten 2,3 % – angesichts der Auslieferung solch neuer Flugzeuge beschleunigen.

Die Zukunft des Flugantriebs – ist sie elektrisch?

Seit einigen Jahren erleben wir eine stetige Verbesserung der Batterietechnologie, dank der Elektrofahrzeuge (EVs) mehr Strom aus kleineren Zellen gewinnen können. Die Verbraucher werden wahrscheinlich Elektroflugzeugen den Vorzug geben, da sie billiger, sauberer, effizienter in größeren Höhen und leiser wären.

Die natürliche Konsequenz dieser Vorteile ist ein Anstieg der Start-ups für kleine elektrische Flugzeuge und Flugtaxis. Derzeit werden kleinere Prototypen von Propellerflugzeugen mit 5–10 Sitzen erforscht, die ausschließlich elektrisch sein könnten. Ein Neun-Personen-Flugzeug könnte theoretisch 1.000 km mit drei Elektromotoren auf speziell entwickelten Flugwerken zurücklegen. Das stimmt optimistisch, aber voll elektrifizierte Verkehrsflugzeuge sind eindeutig noch Zukunftsmusik.

Hybridisierung kleinerer Flugzeuge steht bevor

Wir glauben, dass die Luftfahrtindustrie an der Schwelle zur Hybridisierung steht, genau wie die Automobilindustrie vor zehn Jahren. Schon jetzt hat die Branche damit begonnen, in kleine vollelektrische propellerbasierte Flugzeuge mit 3–5 Sitzen zu investieren, und die Ingenieure ziehen sogar allmählich Hybride für den größeren Markt der Kurstreckenflugzeuge mit 40–50 Sitzen in Betracht. UBS hat kürzlich eine neue Vision für Jet- und Elektroantriebe während eines typischen Fluges entworfen.

Repräsentativer Energiemix eines Hybridfluges

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Quelle: UBS-Schätzungen

Diese kleineren hybriden 40-Sitzer dürften Treibstoffeinsparungen von durchschnittlich 30 % über Strecken von 600 nautischen Meilen erzielen und somit für regionale Busrouten eine Konkurrenz werden. Obgleich die ersten Testflüge für diese neuen Hybridmodelle erst in zwei oder drei Jahren stattfinden dürften, zeichnet sich die künftige Entwicklung bereits klar ab.

Sehr kleine Fortschritte bei Flugzeugen mit mehr als 100 Sitzen

Derzeit werden größere Flugzeuge nicht für einen Hybridantrieb in Erwägung gezogen. Wir gehen von einem lediglich allmählichen Übergang auf Hybridmodelle im größeren kommerziellen Segment aus und sehen dafür mehrere Gründe.

  1. Ausgehend von einem jährlichen Anstieg der Energiedichte von 5–8 % dürften erst gegen Ende der 2030er Jahre Batterien zur Verfügung stehen, die über das erforderliche Leistungsvermögen verfügen.
  2. Die Luftfahrtaufsicht ist ebenfalls ein Thema. Derzeit gibt es noch keinen klaren Regulierungsrahmen für elektrische Flugzeuge. Daran muss gearbeitet werden, allerdings auf internationaler Ebene.
  3. Sicherheits- und Teststandards bedeuten, dass die Luftfahrt lange Forschungs- und Entwicklungszeiten aufweist. Es dauerte fast zehn Jahre, bis die neuesten Mantelstromtriebwerke der nächsten Generation auf den Markt kamen, und die Innovation wird sich wahrscheinlich zunächst auf verringerte Emissionen bestehender Triebwerke konzentrieren (z. B. durch Biokraftstoffe oder synthetische Kraftstoffe – siehe unten). Langfristig gilt es, diese Entwicklung zu beschleunigen.
  4. Auch beim herkömmlichen Mantelstromtriebwerk lassen sich noch Einsparungen bei den CO2-Emissionen erzielen. Ein neu konzipiertes Mantelstromtriebwerk in Verbindung mit fortschrittlicheren Materialien dürfte die Effizienz weiter erhöhen. Dessen ungeachtet werden sich diese Einsparungen erst in den kommenden drei bis fünf Jahren zeigen, wenn die Getriebe und neuen Materialien gründlich durchgetestet worden sind.

In den kommenden fünf Jahren dürften elektrische und hybrid-elektrische Antriebsformen bei Klein- und Regionalflugzeugen deutlich stärker verbreitet sein. Für Flugzeuge mit mehr als 100 Sitzen halten wir die Hybridisierung innerhalb von zehn Jahren für ein realistisches Ziel. Vollelektrische Flugzeuge und die Hybridisierung von Verkehrsflugzeugen mit mehr als 100 Sitzen bleiben vorerst als Technologielösung in weiter Ferne.

Der wesentliche technologische Durchbruch, der hier für Veränderungen sorgen könnte, sind Feststoffbatterien, mit denen sich die Einführung und Leistungsfähigkeit von Elektroflugzeugen möglicherweise radikal beschleunigen ließe.

Andere Möglichkeiten für geringere CO2-Emissionen

Neben der Förderung des Schienenverkehrs und mehr Auflagen für den Flugverkehr gibt es abgesehen von den Antriebstechnologien noch andere Möglichkeiten, die CO2-Emissionen im Flugverkehr zu reduzieren. Der Einsatz von 3D-Druckmaterialien, leichteren metallischen Materialien wie Aluminium-Lithium-Legierungen und eine weitere Erhöhung der Durchdringungsrate von Verbundwerkstoffen gegenüber 50 % würden allesamt zu weiteren Treibstoffeinsparungen beitragen.

Eine der interessantesten (und am einfachsten umzusetzenden) Verbesserungen könnten bessere Flugsicherungssysteme sein. Fluglotsen sind nach wie vor für die Kontrolle nationaler Lufträume verantwortlich, obwohl bereits in den 1960er Jahren Versuche unternommen wurden, den europäischen Luftraum zu fusionieren. Studien zeigen, dass eine bessere Flugsicherung zu Treibstoffeinsparungen von 5-10 % pro Flug führen könnte.

Der Einsatz neuer und «klimaneutraler» flüssiger Biotreibstoffe – Treibstoffe auf Pflanzenölbasis und chemisch-synthetischer Art – könnte theoretisch 70–90 % an CO2-Emissionseinsparungen bewirken und zunehmend rentabel erscheinen. In technischer Hinsicht sind wir nicht weit davon entfernt, diese Art von Treibstoff einzusetzen. Bis zu 185.000 kommerzielle Flüge könnten schätzungsweise mit solchen Treibstoffen bereits betrieben werden. Die Infrastruktur und indirekte Auswirkungen auf die Landnutzung sind jedoch wichtige, zu berücksichtigende Aspekte. Außerdem wird Wasserstoff als Alternative zum Kerosin in Erwägung gezogen. Obwohl dieser eine viel höhere Energiedichte je Masseeinheit aufweist als Kerosin, benötigt er mehr Platz und einen schweren Behälter.

Effizienzen über bestehende Technologien vorerst von Schlüsselbedeutung

Die IATA, welche als Verband die Luftfahrtindustrie repräsentiert, sieht in der Umstellung auf kohlenstoffarme Treibstoffe den wichtigsten Faktor, um vorerst ihr Ziel einer CO2-Reduktion von 50 % zu erreichen. Wir sehen ein, dass Elektro- und Hybridantriebe kurzfristig weiterhin geringfügige Beiträge zur Reduzierung der CO2-Emissionen leisten werden, sehen darin aber langfristig mehr Potenzial. Bis auf Weiteres bedarf es wesentlicher Verbesserungen bei der Treibstoffeffizienz, damit die Luftbranche den aggressiven Zielen zur Minderung von CO2-Emissionen und zur Verhinderung umfangreicher Emissionskosten gerecht werden kann. Diese Verbesserungen lassen sich bereits über bestehende, hochmoderne Technologien erzielen.

 


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