Was steckt hinter nachhaltigen Flugkraftstoffen (SAF)?

Das Flugzeug gilt als großer Klimakiller, nicht umsonst hat sich in den letzten Jahren der Begriff „Flugscham“ etabliert. Bei genauerer Betrachtung entfielen 2022 laut den Zahlen der internationalen Energieagentur (IEA) etwa 9,8 % der weltweit durch Verkehr entstandenen CO₂-Emissionen auf die Luftfahrt – im Vergleich zu 73,8 % durch den Straßenverkehr. Um die weltweiten Klimaziele zu erreichen, kommt der Dekarbonisierung des Sektors aber trotzdem hohe Bedeutung zu – zumal die weltweiten Passagierzahlen, insbesondere in Asien, weiter deutlich steigen werden, ebenso wie der politische Druck.

Den Flugverkehr zu dekarbonisieren, also von fossilen Brennstoffen wegzukommen und die CO₂-Emissionen zu reduzieren, stellt eine komplexe Herausforderung dar. So sind anders als im Straßenverkehr Elektroantriebe – zumindest vorerst – vor allem auf Langstrecken nur eine theoretische Möglichkeit. Dies liegt vor allem am hohen Gewicht und der niedrigen Energiedichte von Batterien im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen sowie der mangelnden Ladeinfrastruktur. Eine Lösung können nachhaltige Flugkraftstoffe (engl. Sustainable Aviation Fuels, SAF) darstellen.

Was sind Sustainable Aviation Fuels (SAF)?

Sustainable Aviation Fuel ist der Oberbegriff für alle Flugkraftstoffe, die ohne den Einsatz fossiler Rohstoffe wie Erdöl hergestellt werden und einen reduzierten CO₂-Fußabdruck aufweisen. Für die Herstellung von SAF gibt es verschiedene Verfahren – sowohl mit biogenen als auch mit nicht-biogenen Rohstoffen. Die heutigen SAF werden hauptsächlich aus biogenen Reststoffen wie Altspeiseöl hergestellt.

Um die beiden Varianten zu unterscheiden, werden die Flugkraftstoffe aus nicht-biologischen Quellen auch als eSAF bezeichnet. Das ‚e‘ ist in diesem Fall von den eFuels entlehnt. Diese eSAF werden primär mittels Power-to-Liquid-Verfahren gewonnen, wofür erneuerbarer Strom, Wasser – für die Wasserstoff-Elektrolyse – und Luft oder aus industriellen Prozessen abgeschiedenes CO₂ benötigt werden.

Als so genannte "Drop-in"-Lösung wird SAF vor dem Transport zum Flughafen mit herkömmlichem Kerosin gemischt. Der nach der Kraftstoffspezifikation zulässige maximale Beimischungsanteil von SAF liegt derzeit bei 50 % – die Kraftstoffnormen sollen jedoch angepasst werden und bis 2030 auch den Einsatz von 100 % SAF ermöglichen. Für ein Beimischen von 50 % liegen für aktuelle Flugzeugmodelle technische Zertifizierungen vor, die für 100 % SAF noch fehlen. Neue Flugzeugtypen werden teilweise direkt für den Betrieb mit 100 % SAF ausgelegt.

Wie nachhaltig sind SAF und wieviel Emissionen sparen sie?

In reiner Form kann SAF aus biogenen Reststoffen die CO₂-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichem Kerosin mit den derzeit üblichen Herstellungsverfahren um bis zu 80 % reduzieren. Mit neuen Power-to-Liquid-Verfahren (PtL), also der Herstellung durch die Umwandlung von elektrischem Strom in Flüssigkraftstoffe, und einer vollständig dekarbonisierten Lieferkette sind jedoch auch Emissionsreduzierungen bis zu 100 % im Vergleich zu fossilem Kerosin möglich. Der Prozess ist allerdings mit einem hohen Energieaufwand verbunden, da er mehrere Schritte umfasst, die mit der Wasserstoffproduktion beginnen.

Die Organisation Air Transport Action Group (Atag), in der unter anderem die Flugzeugbauer Airbus und Boeing sowie große europäische und amerikanische Fluggesellschaften engagiert sind, geht davon aus, dass SAF einen Großteil zur Dekarbonisierung des Flugverkehrs beitragen wird. Den Stand der Dinge hat sie in einem Report mit dem Titel „Waypoint 2050“ zusammengefasst. Um den Ausstoß der Treibhausgas-Emissionen vergleichbar zu machen, normiert die Atag die Kohlenstoffintensität (CI) des nachhaltigen Flugraftstoffs (gCO₂e/MJ) über einen Emissionsreduktionsfaktor (ERF) auf die CI von herkömmlichem Kerosin. Liegt dieser Emissionsreduktionsfaktor bei 0 %, hat das SAF dieselbe CI wie Kerosin. Ein Faktor von 100 % hingegen bedeutet, dass kein Treibhausgas ausgestoßen wird. Je nach Herstellverfahren und genutztem Rohstoff beträgt der ERF von nachhaltigem Flugkraftstoff 2025 zwischen 25 und 91 %.

Am besten schneidet das Fischer-Tropsch-Verfahren mit holziger Biomasse als Ausgangsstoff ab (91 % ERF), dicht gefolgt von PtL mit 85 % ERF. Den geringsten ERF mit 25 % hat das Hefa-Verfahren, wenn Öle aus Agrarpflanzen genutzt werden.

Wie werden SAF produziert?

Der „sauberste“ Weg zur Herstellung von SAF sind sogenannte Power-to-Liquid-Verfahren (PtL), also die Herstellung von flüssigen Kraftstoffen mittels (grünem) Strom, etwa über die Elektrolyse von Wasserstoff. Diese Verfahren bergen großes Potenzial für die großtechnische SAF-Produktion, gleichzeitig ist ihr Investitionsbedarf von allen Verfahren am höchsten. Das PtL-Verfahren ist auf grünen Strom, Elektrolyse und CO₂-Abscheidung angewiesen, was sowohl kosten- als auch energieintensiv ist.

Der derzeit mit 99 % mit Abstand am weitesten verbreitete Produktionsweg von SAF ist das sogenannte Hefa-Verfahren (kurz für: Hydrogenated Esters and Fatty Acids, deutsch: Hydrierte Ester und Fettsäuren). Hierbei werden pflanzliche und tierische Fette, etwa Altspeiseöl, zunächst gereinigt und der Sauerstoff durch die sogenannte Hydrodeoxygenierung entfernt. Anschließend werden die Kohlenwasserstoffe gecrackt und auf die passende Kettenlänge isomerisiert. Da das Verfahren auf bestehende Infrastrukturen sowie bewährte Technologien aufbaut, ist es dasjenige mit dem geringsten Investitionsbedarf. Teilweise kommt es jedoch zu Rohstoff-Engpässen.

Weitere, deutlich weniger verbreitete Verfahren zur Herstellung von nachhaltigem Flugkraftstoff sind das Alcohol-to-Jet-Verfahren (AtJ), also durch die Umwandlung von Biomasse in Ethanol und schließlich in Kraftstoff, oder durch die Fischer-Tropsch-Synthese (FT), also die Hydrierung von Kohlenmonoxid.

AtJ eignet sich für Regionen in denen bereits Ethanol-Infrastruktur ausgebaut ist. Entsprechende Anlagen sind mit höheren Investitionskosten verbunden, da die Ethanolverarbeitung vor Ort stattfinden muss und Unternehmen Spezialausrüstung für Alkoholdehydratisierung sowie -oligomerisierung benötigen. Die FT-Synthese ist gut skalierbar, braucht aber eine komplexe Infrastruktur, weil feste Rohstoffe wie Biomasse verarbeitet werden. Zudem muss in Technologien zum Vergasen, der Synthesegas-Reinigung und CO₂-Abscheidung investiert werden.

Während Stand 2025 laut Atag 99 % des SAF per Hefa hergestellt wurde, der Rest entfällt zu gleichen Teilen auf AtJ und Fischer-Tropsch, wird die Bedeutung der sich noch in der Entwicklung befindenden Verfahren steigen. Das World Economic Forum (WEF) hat in einem Report „Financing Sustainable Aviation Fuels“ mit dem Stand August 2024, die in der Pipeline befindlichen SAF-Kapazitäten aufgeführt. Daraus geht hervor, dass sich zu diesem Zeitpunkt 12 Millionen Tonnen (Mt) SAF-Kapazität in der Planung befunden haben, von der nur 60 % das Hefa-Verfahren nutzen, 15 % jeweils AtJ und PtL sowie 10 % FT. Fast die Hälfte dieser angekündigten Kapazität müsste bald die endgültige Investitionsentscheidung (FID) durchlaufen, um den errechneten zukünftigen SAF-Bedarf zu decken.

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Wie groß ist die SAF-Kapazität weltweit?

Das WEF geht in seinem Report 2024 von einer weltweiten Produktionskapazität von 4,4 Mt SAF aus. Die Luftfahrt-Organisation Atag hingegen spricht von 1 Mt tatsächlichem SAF-Output, was etwa 0,3 % des gesamten Flugkraftstoffverbrauchs entspricht. Für 2025 erwartet die Atag, dass sich die Produktionsmenge auf 2 Mt verdoppelt. Zusätzlich zu den schon in Betrieb befindlichen Anlagen, weiß die Luftfahrt-Organisation von 145 angekündigten Produktionsanlagen, die bis 2030 den Betrieb aufnehmen sollen – mit diesen stiege die weltweite SAF-Produktionskapazität auf über 18 Mt an.

Wieviel SAF wird in Zukunft benötigt?

Wie viel nachhaltiger Flugkraftstoff benötigt wird, hängt sowohl vom angestrebten Dekarbonisierungsszenario als auch dem Vorantreiben von technologischen Alternativen wie Elektro- oder Wasserstoffantrieben ab. Letztere eignen sich laut Atag für Kurzstreckenflüge mit weniger als 100 Passagieren.

Das WEF prognostiziert im Report „Financing Sustainable Aviation Fuels“ für 2030 einen weltweiten Bedarf von 17 Mt/a SAF, was 4 bis 5 % des gesamten für 2030 errechneten Bedarfs an Flugkraftstoff entspricht. Diese Nachfrage wird primär durch staatliche Initiativen wie Refuel EU und US SAF Grand Challenge getrieben sowie durch Verpflichtungen, die sich Fluggesellschaften freiwillig auferlegen.

Die Prognosen für 2050 fallen weniger eindeutig aus, da es der Atag zufolge bis dahin verstärkt darauf ankommt, welches Szenario sich entwickelt. Läge der Fokus auf SAF wären 2050 430 bis 500 Mt/a nötig, um 90 % des herkömmlichen Kerosins zu ersetzen. In einem Szenario, in dem auf einen Technologie-Mix gesetzt wird, wären durch den Einsatz von Elektro-, Hybrid- und Wasserstoff-Flugzeugen nur 280 bis 380 Mt/a nachhaltiger Flugkraftstoff nötig. Im Referenzszenario hat die Luftfahrt-Organisation errechnet, dass basierend auf den Stand 2025 angekündigten politischen Maßnahmen und Zielen die SAF-Produktion 2050 nur 150 Mt/a erreichen würde.

Welche Regularien gelten für das Nutzen von SAF?

Die Europäische Union hat mit der Initiative „Refuel EU Aviation“ Vorschriften für den Einsatz von SAF erlassen. Laut dieser Regelung müssen Kraftstofflieferanten an EU-Flughäfen dem Kerosin einen Mindestanteil nachhaltiger Flugkraftstoffe beimischen: Seit 2025 liegt dieser Anteil bei 2 %, 2030 bei 6 %, 2035 soll er schon auf 20 % ansteigen und 2050 bei 70 % liegen.

Auch andere Länder haben Vorschriften zu nachhaltigen Flugkraftstoffen erlassen, die Atag im Report „Waypoint 2050“ auflistet:

• Brasilien: Das nationale Programm „Fuel of the Future“ bezieht sich nur auf Inlandflüge und verpflichtet Fluggesellschaften, ab 2027 Kerosin mit 1 % SAF und ab 2037 mit 10 % SAF zu verwenden.
• Großbritannien: Ab 2030 gilt eine Beimischungspflicht von 10 % SAF, die bis 2040 auf 22 % erhöht wird.
• Indien: Ab 2030 ist für internationale Flüge ein SAF-Anteil von 5 % vorgesehen.
• Japan: Durch finanzielles Fördern von Investitionen in die SAF-Produktion und Steuervergünstigungen, zielt Japan auf einen SAF-Anteil von 10 % ab 2030 ab.
• Schweiz: Die Schweiz orientiert sich an der EU-Verordnung und gibt ab 2026 einen SAF-Anteil von 2 % für Flüge von Schweizer Flughäfen vor, der bis 2030 auf 6 % ansteigen soll.
• Singapur: Ab 2026 ist die Verwendung von SAF für Abflüge verpflichtend.
• Südkorea: Ab 2027 muss 1 % SAF dem Kerosin auf internationalen Flügen beigemischt werden.
• USA: Die aktuelle Beimischungsgrenze von 50 % SAF soll auf 100 % erhöht werden, zu Mindestanteilen macht die „SAF Grand Challenge“ keine Aussagen. Lediglich, dass die inländische SAF-Produktion bis 2030 auf über 11 Mio. m³ (3 Mrd. Gallonen) ansteigen soll und bis 2050 auf über 132 m³ (35 Mrd. Gallonen).