Wie sich die Emissionen in der boomenden Raumfahrtbranche reduzieren lassen

Dekarbonisierung der Raumfahrtindustrie

Erde  von oben
  • Case Study
  • 6 Minuten Lesezeit
  • 10 Jul 2023

Die Situation: Die Raumfahrtindustrie boomt: Durch die steigende Nachfrage von Privatunternehmen nach Satelliten und das wachsende Interesse am Weltraumtourismus entwickelt sich die Branche zu einem kommerziell ausgerichteten Privatsektor, der bis 2050 voraussichtlich um das Sechsfache wachsen wird.

Diese Entwicklung hat tiefgreifende Auswirkungen auf den ökologischen Fußabdruck der Branche. Denn je mehr Satelliten in die Umlaufbahn gebracht werden, desto mehr schädliche CO₂-Emissionen werden in die Atmosphäre emittiert. Die CO₂-Emissionen von Trägerraketen sind dabei von besonderer Bedeutung, da sie die einzige anthropogene Quelle der Verschmutzung in den mittleren und oberen Schichten der Atmosphäre darstellen und es wissenschaftlicher Konsens ist, dass die emittierten Partikel länger in diesen oberen Schichten verbleiben.

Insbesondere durch die schweren, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Trägerraketen werden große Mengen an Treibhausgasen in eine bereits angegriffene Atmosphäre emittieren. Dazu kommen die CO₂-Emissionen, die durch die Herstellung der in den Raketen verwendeten Materialien entstehen, sowie das Problem des Weltraummülls.

Unser Ansatz

Um die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu beschränken und die weltweiten Emissionen mittelfristig auf Net Zero zu reduzieren, müssen alle Branchen ihren Beitrag leisten – auch die Raumfahrtindustrie. Vor diesem Hintergrund haben die PwC-Expert:innen den ökologischen Fußabdruck der in der Raumfahrtindustrie verwendeten Trägerraketen-Treibstoffe betrachtet und die Auswirkungen bewertet, die eine Umstellung auf nachhaltige Treibstoffe und Materialien auf die Branche und deren ökologischen Fußabdruck haben würde.

Nachhaltiger Raketentreibstoff als Schlüssel

Der Schlüssel zur Dekarbonisierung der gesamten Raumfahrtindustrie ist die Nutzung nachhaltiger Raketentreibstoffe. Denn die CO₂-Intensität könnte durch die Verwendung nachhaltiger Treibstoffe um bis zu 93 % geringer ausfallen – im Vergleich zu Treibstoffen auf fossiler Basis. Die gute Nachricht: Die Umstellung auf nachhaltige Raketentreibstoffe hätte dabei nur sehr begrenzte Auswirkungen auf die Gesamtkosten pro Kilogramm Nutzlast, die ins All befördert wird. 

Um zu eruieren, inwiefern sich CO₂-Emissionen senken lassen, haben wir untersucht, wie nachhaltige Treibstoffe in den aktuellen Startbetrieb der Raumfahrtindustrie implementiert werden könnten und welche Emissionsreduzierungen durch die Dekarbonisierung der Lieferkette der Raketenherstellung möglich sind.
Dafür haben wir für drei exemplarische Trägerraketen unterschiedlicher Hersteller die CO₂-Reduzierung und die Kostenauswirkungen bewertet, die durch die Verwendung nachhaltiger Raketentreibstoffe im Startprozess entstehen.

Im Zuge dessen wurden folgende Parameter analysiert:

  • Welche Arten von Treibstoff und welche Mengen werden für einen Raketenstart benötigt?
  • Wie hoch sind die CO₂-Emissionen für einen Raketenstart, wenn fossile Brennstoffe verwendet werden?
  • Wie hoch fallen die CO₂-Emissionen für einen Start aus, wenn die Brennstoffe mit erneuerbaren Ressourcen hergestellt werden?
  • Wie hoch sind die Gesamtkosten und die relativen Kostenunterschiede zwischen fossilen und erneuerbaren Treibstoffoptionen?
  • Welche Auswirkungen ergeben sich auf die Kosten pro Kilogramm Nutzlast in die Erdumlaufbahn? 

Zusätzlich zu den Emissionen aus fossilem und nachhaltigem Raketentreibstoff haben wir auch die CO₂-Emissionen untersucht, die bei der Herstellung von Trägerraketen entstehen – insbesondere den CO₂-Fußabdruck der Baumaterialien der jeweiligen Raketen.

„Die Dekarbonisierung von Raketentreibstoffen und Trägermaterialien ist in großem Stil machbar und sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht absolut sinnvoll.“

Prof. Dr. Jürgen Peterseim,Global Lead Expert Hydrogen bei PwC Deutschland

Bei unserer Analyse sind wir zu folgenden Ergebnissen gekommen:

  • Alle derzeitigen fossilen Brennstoffe können mit bereits verfügbaren Technologien nachhaltig aus erneuerbaren Ressourcen hergestellt werden.
  • Nachhaltige Kraftstoffe werden in naher Zukunft preiswerter sein als fossile Brennstoffe. Das gilt insbesondere, weil viele Raketenstarts in Regionen stattfinden, in denen es ausreichend Zugang zu guten Ressourcen gibt.
  • Auch der CO₂-Fußabdruck der Trägerraketen selbst wird im Laufe der Zeit sinken, da alle relevanten Industriesektoren, die an der Produktion der Materialien beteiligt sind, an ihrer Dekarbonisierung arbeiten.
  • Um CO₂-Emissionen in der Lieferkette der Raketen einzusparen, kommt es auch darauf an, recycelte Materialien zu verwenden. Gleichzeitig tüfteln Zulieferer an neuen Verbundwerkstoffen, die das Gesamtgewicht der Raketen reduzieren und dadurch auch den Kraftstoffverbrauch senken werden.

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Fazit und Mehrwert

Mit der steigenden Nachfrage nach Weltraumflügen wächst auch der Druck auf die Raumfahrtindustrie, die Emissionen, die sie in der oberen Atmosphäre hinterlässt, drastisch zu reduzieren. Um den CO₂-Fußabdruck zu minimieren, muss in erster Linie der Treibstoff, der bei den Starts verwendet wird, umgestellt werden.

Unsere Studie zeigt, dass alle derzeitigen fossilen Treibstoffe mit erneuerbaren Ressourcen und bereits verfügbaren Technologien synthetisch hergestellt werden können. Durch die Umstellung auf nachhaltigere Treibstoffe lassen sich erhebliche CO₂-Einsparungen realisieren. Dabei hat die Umstellung nur geringfügige Auswirkungen auf die Kosten für Raumfahrtunternehmen, denn die Treibstoffkosten machen nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten für einen Raketenstart aus. Zudem gehen wir davon aus, dass nachhaltige Treibstoffe an ausgewählten Standorten bereits im Jahr 2028 günstiger sein werden als fossile Alternativen.

In Zukunft werden auch die in die Raketenproduktion entstehenden Emissionen sinken, da die Branchen, die wichtige Komponenten für Trägerraketen herstellen, ebenfalls mit ihrer Dekarbonisierung voranschreiten. Die Raumfahrtindustrie hat es selbst in der Hand, ihre eigene Dekarbonisierung zu beschleunigen, indem sie für Materialien und Treibstoffe konsequent auf „grüne“ Alternativen setzt.

„Ob die Dekarbonisierung der Weltraumbranche gelingt, hängt von der Bereitschaft der Raumfahrtunternehmen ab, in Entwicklungsinitiativen und Demonstrationsanlagen zu investieren. Diese braucht es jetzt dringend, um zu zeigen, dass die Technologie verfügbar ist und skaliert werden muss.“

Prof. Dr. Jürgen Peterseim,Global Lead Expert Hydrogen bei PwC Deutschland

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