Leichtbau gilt als notwendiger Transformationspfad für die Dekarbonisierung des Flugverkehrs. Als eines der emissionsintensivsten Verkehrsmittel pro Personenkilometer steht die Branche unter zunehmenden Druck, ihre Treibhausgasemissionen zu verringern. Mit dem Leichtbauansatz wird ein verstärkter Einsatz von CFK verfolgt, um das Strukturgewicht zu reduzieren und damit die betrieblichen Emissionen über die Lebenszeit langfristig zu senken. Die vorliegende Arbeit verfolgt den Ansatz, mithilfe einer modellgestützten Lebenszyklusanalyse sowohl die materialbezogenen Herstellungsphasen als auch den flugbetriebsinduzierten Emissionsausstoß einzelner Flugzeugmodelle, ganzer Flotten oder der kommerziellen Luftfahrt in ihrer Gesamtheit abzubilden. Ungeachtet der bereits verfügbaren Modelle, die einen CFK-Anteil von bis zu 50 % in ihrer Primärstruktur besitzen, weisen die im Jahr 2023 ausgelieferten Modelle kommerzieller Flugzeuge eine durchschnittliche Materialverteilung von lediglich 13,9 % an CFK auf, während Aluminium mit rund 60 % den größten Anteil als Hauptstrukturwerkstoff der Flotte einnimmt. Neben der bislang begrenzten Marktdurchdringung von CFK zeigen die Resultate auf, dass insbesondere die emissionsintensive Rohstoffbereitstellung sowie die bislang eingeschränkten Recyclingmöglichkeiten als wesentliche Klimabelastungen des Werkstoffs hervorzuheben sind. Darüber hinaus lässt sich feststellen, dass die Emissionen aus der Herstellung bereits im ersten Jahr und innerhalb der ersten 1.000 Flüge von jenen aus dem Betrieb übertroffen werden. Bei einer durchschnittlichen Lebensdauer von 25 Jahren liegen die Gesamtemissionen eines Leichtbaumodells infolge des verringerten Treibstoffbedarfs rund 19,7 % unter denen konventioneller Modelle. Der Anteil der Emissionen aus der Herstellung macht damit weniger als 1 % der gesamten Emissionen des Leichtbaumodells aus. Wird zusätzlich ein alternativer Antriebsmix aus 34 % SAF und 5 % LH2 eingesetzt, steigt dieser Anteil auf über 1 %. Nach wie vor stellt die Herstellung einen marginalen Faktor innerhalb der gesamten Lebenszyklusbetrachtung dar. Dennoch lässt sich als zentrales Ergebnis dieser Arbeit festhalten, dass mit zunehmender Effizienz im Flugbetrieb, sei es durch die Kombinierbarkeit von CFK-Leichtbaumodellen mit alternativen Antriebsmixen, die vorgelagerten Produktionsphasen relativ an Bedeutung gewinnen. Eine Erkenntnis, die die bisherige Ausschöpfung des Potenzials von CFK neu einzuordnen vermag.
Zukunftsfähiger Leichtbau mit CFK - Beitrag zur Umweltbilanz der Luftfahrt
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