Mitwirkung in ICAO CAEP WG3 zur Entwicklung eines Emissionsstandards für nvPM-Emissionen aus Flugtriebwerken

Kurzfassung

Das Umweltkomitee CAEP der Internationalen Zivilluftfahrtorganisation ICAO hat die Arbeitsgruppe WG3 damit beauftragt, einen neuen Emissionsstandard für Masse und Anzahl der aus Flugzeugtriebwerken emittierten Feinpartikel auszuarbeiten. Im Rahmen der deutschen Beteiligung in der WG3 wurde dieses Forschungsvorhaben initiiert mit dem Ziel, die Ausarbeitung dieses Standards zu unterstützen und zu begleiten. Schwerpunkte dabei waren, neben der allgemeinen Mitarbeit in der WG3, die Ausarbeitung geeigneter Metriksysteme, bestehend aus Metriken, Korrelationsparametern und Grenzwertoptionen. Weiterhin sollte ein existierendes Modellierungsverfahren, das die Abschätzung der nvPM-Emissionen von existierenden Triebwerken für alle Flugzustände ermöglicht, auf Basis neu verfügbarer Messdaten aktualisiert und gegebenenfalls weiterentwickelt werden. Auf Basis von Messdaten konnten verschiedene potentiell geeignete Metriksysteme, gebildet durch Metriken und Korrelationsparameter, identifiziert und analysiert werden. Dabei zeigte sich, dass keine echte Korrelation der Messdaten mit einem technischen Parameter identifiziert werden kann, sondern sich in jeden Bereich sowohl Triebwerke mit recht hohen als auch mit sehr niedrigen nvPMEmissionen fanden. Lediglich im Bereich der kleinsten Triebwerke waren die Partikelemissionen gegenüber den größeren deutlich erhöht. Daraus wurde geschlossen, dass eine Auftragung der Metrikwerte über dem Schub sinnvoll ist, da dieser Parameter offensichtlich einen Einfluss auf das Potential zu Emissionsreduzierung hat. Als Metriken wurden schließlich die Gesamtmasse bzw. -anzahl der in einem Lande- und Startzyklus (LTO-Zyklus) ausgestoßenen Partikel, normiert mit dem zertifizierten Nennschub des Triebwerks, ausgewählt. Nach Auswahl eines Metriksystems wurden Grenzwertoptionen für den neuen Partikelstandard ausgearbeitet und analysiert. Dabei zeigte sich, dass im Bereich mittlerer bis großer Triebwerk ein konstanter Grenzwert für alle Schubstärken am besten geeignet erscheint. Zum Bereich des geringsten Schubs hin wurde ein linearer Anstieg der Grenzwertlinien empfohlen, um zu berücksichtigen, dass kleine Triebwerke bisher nicht vergleichbar niedrige nvPM-Emissionen erreichen wie größere. Bei einer Überprüfung der nach diesen Grundsätzen abgeleiteten Grenzwertoptionen wurde deutlich, dass europäische und kanadische Hersteller durch alle stringenteren Optionen besonders stark betroffen wären. Dies könnte eine einseitige Benachteiligung darstellen und muss bei der Festlegung der endgültigen Grenzwertlinien berücksichtigt werden. Die hier vorgestellten Ergebnisse der Untersuchungen zum Metriksystem und zu den Grenzwertoptionen sind in die Vorschläge der WG3 zum neuen Standard für Partikelemissionen eingegangen. Schließlich wurde eine existierende Methode zur Umrechnung von Partikelmessungen am Boden auf Reiseflugbedingungen anhand der verfügbaren Messdaten überprüft. Dabei wurde deutlich, dass das Interpolationsverfahren, das die Methode für die Bestimmung von Referenzwerten aus den LTOZyklus Daten verwendet, verbesserungsfähig ist. Es wurde ein neues Interpolationsverfahren vorgeschlagen, das den unterschiedlichen Verläufen der nvPM-Emissionsdaten besser gerecht wird. Weiterhin wäre eine Überprüfung der Korrekturfaktoren der Methode für die Umgebungsbedingungen im Reiseflug sinnvoll. Diese konnte aber bisher nicht durchgeführt werden, da nach wie vor keine Messdaten von nvPM-Emissionen unter solchen Betriebsbedingungen verfügbar sind.