Raketenstarts und Klimakatastrophe

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Die Raketenindustrie nimmt in den vergangenen Jahren stark zu. Welche Auswirkungen Raketenstarts auf das Klima haben, ist schwierig zu beurteilen, da die Effekte sehr komplex sind und bisher wenig darüber geforscht wurde. Wie viel Tonnen CO2 stößt eine Rakete bei einem Start aus? Wie wirken sich die Treibhausgase auf die Umwelt aus?

Die Strecke in den niedrigsten Erdorbit beträgt zwar nur etwa 150 km, um jedoch der Anziehungskraft der Erde zu entkommen und die nötige Geschwindigkeit zu erreichen, um in einer stabilen Umlaufbahn zu bleiben, benötigt man eine immense Energie. Raketentriebwerke kann man sich so vorstellen, als ob ein Motor mehrere Minuten lang kontrolliert in eine Richtung “explodiert” bis die 10-fache Geschwindigkeit einer Gewehrkugel erreicht wird. Im Endeffekt macht ein Auto etwas ähnliches: Der Treibstoff explodiert und wandelt die freigewordene Energie in Bewegungsenergie um (in diesem Fall in die Drehbewegung der Räder). Jedoch verbrennt eine Rakete in wenigen Sekunden mehrere Tonnen an Masse. Bei dieser Dimension an Kraftaufwand und Treibstoffverbrauch stellt sich die Frage, wie groß die Umweltbelastung solcher Projekte ist.

Der Prozess eines Raketenstarts hat trotzdem große Unterschiede zum Antrieb eines Autos. Beispielsweise verwendet man nicht Benzin oder Diesel als Treibstoff. Beim Auto wird das Oxidationsmittel (Sauerstoff) einfach aus der Luft gesaugt. Eine Rakete sollte im Vakuum noch funktionieren, daher wird der Brennstoff gemeinsam mit dem Oxidator transportiert. Dabei gibt es eine größere Auswahl an Brennstoffen und Oxidatoren. Welchen Treibstoff man verwendet hängt dann oft von der Effizienz, den Kosten und der Herstellung ab. Durch die große Auswahl gibt es natürlich auch verschiedene Abgase. Im häufigsten Fall stoßen Raketen überwiegend Wasserdampf, CO2 und Ruß aus. Feststoffraketen sind oft umweltschädlicher und produzieren zusätzlich Salzsäure und Aluminiumoxid (das die Ozonschicht zerstört), jedoch besitzen sie viel mehr Schubenergie.

Zahlen im Überblick

Eine Falcon 9 Rakete verwendet den Raketentreibstoff RP-1 (ähnlich wie Kerosin) und produziert beim Start mehr als 400 Tonnen an CO2, etwa 150 Tonnen Wasserdampf und 30 Tonnen Ruß. Man muss auch beachten, dass die wiederverwendbaren Raketen von SpaceX beim Landen auch ihre Raketentriebwerke verwenden, wogegen die Raketenstufen anderer Raketen einfach abgeworfen werden. Eine Delta IV Heavy Rakete verwendet Wasserstoff, produziert daher fast kein CO2 und Ruß, jedoch mehr als 600 Tonnen Wasserdampf (Wasserdampf ist ein natürliches Treibhausgas, das sehr stark zur Erderwärmung beiträgt). Das Space Shuttle verwendete Festtreibstoff-Booster und produzierte fast 450 Tonnen CO2 und 1,000 Tonnen Wasserdampf, mehr als 4 Tonnen Ruß, 250 Tonnen Chlor und 350 Tonnen Aluminium.

Diese Zahlen alleine reichen jedoch nicht aus, um die Umweltbelastung korrekt festzustellen. Jede Rakete hat eine gewisse Effizienz in Abhängigkeit zur Nutzlast. Pro transportiertem Kilo wird eine andere Menge an Treibstoff verbraucht und Treibhausgase ausgestoßen. Das heißt um korrekt zu sein vergleicht man die Emission mit dem Gewicht der Nutzlast (oder zur Zahl der transportierten Passagiere).

Ausstoß über mehrere Atmosphärenschichten

Es gibt einen weiteren interessanten Aspekt, der Emissionen von Raketen einzigartig macht: Die Raketentriebwerke sind so lange aktiv, bis der gewünschte Orbit erreicht wurde. Das bedeutet, die Schadstoffe werden über mehrere Atmosphärenschichten ausgestoßen, was wichtige klimatologische Auswirkungen hat. Stoffe in höheren Schichten bleiben länger in den betroffenen Regionen. Der Wasserdampf in der Mesosphäre und Ionosphäre verursacht hohe Wolken, was bei häufigeren Raketenstarts bemerkbare Folgen haben könnte. Alleine im Jahr 2018 wurden durch Kohlenstoff produzierende Raketenstarts etwa 225 Tonnen an Rußpartikel in die Stratosphäre, bei Feststoffraketen 1,400 Tonnen Aluminium-Partikel abgegeben.

Zwar sind Rußpartikel bekannterweise klimaschädlich, jedoch gilt das hauptsächlich für niedrige Atmosphärenschichten. Wie bei Vulkanausbrüchen absorbieren Rußpartikel in der Stratosphäre die Wärme der Sonne. Dadurch erwärmt sich zwar die Stratosphäre, jedoch werden darunter liegende Atmosphärenschichten kühler. Aluminiumpartikel sind „weiße“ Partikel, die die Strahlung der Sonne reflektieren. Diese Teilchen bleiben bis zu 4 Jahren in diesen Atmosphärenschichten und kühlen die darunter liegenden Schichten und die Erdoberfläche.

Der Kühleffekt ist nicht gering: Es wird geschätzt, dass der Kühleffekt dieser von Raketen ausgestoßenen Partikel etwa genau so groß ist, wie der Wärmeeffekt der CO2-Emmissionen der gesamten Luftfahrt. Diese Annahme ist jedoch etwas spekulativ und wurde nicht mit komplexeren Modellen bestätigt. Außerdem haben die Erwärmung der Stratosphäre und die Aluminiumpartikel einen negatievn Effekt auf die Ozonschicht. Die Auswirkungen auf andere Klima-Faktoren sind noch größtenteils unbekannt.

Im Vergleich

Eine Rakete mag zwar äußerst viel Treibhausgase produzieren, wenn man jedoch die Menge der Raketenstarts betrachtet (2018 waren es 114 Starts), ist die gesamte Umweltbelastung nur ein äußerst kleiner Bruchteil verglichen mit den globalen CO2-Emissionen. Die Häufigkeit der Raketenstarts beeinflusst das globale Klima und die Ozonschicht kaum. Die Zahl der Raketenstarts nimmt mit den fallenden Preisen der Raumfahrt und der Kommerzialisierung durch Privatunternehmen zu, um jedoch dieselbe Belastung wie in der Luftfahrt zu erreichen, müssten pro Tag tausende Raketen starten. Da die Auswirkungen von Raketenstarts auf das Klima relativ gering sind, wird der Bereich wissenschaftlich kaum überwacht. Die Konsequenzen von Raketenstarts auf das Klima sind größtenteils noch unerforscht. Den Kühleffekt aktiv zu nutzen, um der Klimaerwärmung entgegenzusteuern (Stichwort: Geoengineering), birgt Risiken und wirft ethische Fragen auf. Sollte die Zahl der Raketenstarts in Zukunft stärker zunehmen, sollte man diesen Bereich erforschen. Der gesamte Prozess der Herstellung der Rakete (inklusive des des Treibstoffs), bis sie auf der Startrampe steht, wurde nicht betrachtet. Hier sollen aber wiederverwendbare Raketen von großem Vorteil sein.

Student an der Uni Wien

2 Comments

  1. Man kann kaum glauben, dass dieser Mist von einem Studenten verzapft wurde!

    Wie haarspalterisch ist denn diese Diskussion? Mittlerweile spricht jeder davon, wie CO2-Emissionen reduziert werden können und hier soll die Umweltbelastung eines Raketenstarts, der allein der Belustigung dient, in Relation zur Nutzlast berechnet werden.

    Raketenstarts, die sich Superreiche leisten, nur um mal einige Minuten im Weltall zu verbringen und die Welt von oben zu betrachten, sind der umweltpolitische Supergau, weil absolut unnötig! Da muss und darf nicht auf die Nutzlast (einige wenige reiche Weltall-Touris) abgestellt werden.

    Und wie sich Treibhausgase auf die Umwelt auswirken, kann mittlerweile fast schon jeder Grundschüler herunterbeten und hier denkt der Autor allen ernstes darüber nach, ob Raketenstarts mit den beschriebenen Emissionen die Umwelt wirklich so schwer belasten…

    Da frage ich mich wirklich, in welch geistiger Umnachtung dieser Artikel geschrieben wurde! Unfassbar!

    • Vielen Dank für die Kritik! Wir würden dich aber bitten, in Zukunft höflich zu bleiben, wenn du Kommentare verfasst. Der Autor gibt hier nicht seine Meinung wieder, sondern bezieht sich auf Fakten, um zu erklären, wie stark die Umweltbelastungen bei Raketenstarts sind. Dass Weltraumtourismus an sich hinterfragt werden kann, ist eine andere Debatte 🙂 Liebe Grüße, dein wolfgang Team

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