Analyse und Bewertung des Einflusses technologiebedingter Emissionscharakteristik im ICAO LTO-Zyklus auf das Emissionsverhalten von Verkehrsflugzeugen im Flugbetrieb

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Studie wurde das Emissionsverhalten konventioneller, gestufter und technologisch weiter entwickelter sowie hypothetischer Brennkammerkonzepte im LTO-Zyklus und auf Flugmissionen untersucht. Dazu wurden sowohl übliche Korrelationsverfahren nach aktuellem Stand der Wissenschaft als auch detailliertere Verfahren auf der Basis aller verfügbaren Daten zum realen Emissionsverhalten angewendet. Zielrichtung der Studie war dabei, die Anwendbarkeit der Standard-Korrelationsmethoden zur Ermittlung von Stickoxid-Emissionen auf nicht-konventionelle Konzepte zu prüfen, sowie eine Einschätzung zu liefern, inwieweit die Limitierung der Stickoxidemissionen im LTO-Zyklus durch Grenzwerte geeignet ist, die Emissionen während des Reiseflugs auch für Triebwerke mit nicht-konventionellen Brennkammerkonzepten wirksam zu begrenzen. Ein Vergleich der verschiedenen Stickoxid (NOx)-Emissionskorrelationen zeigte zunächst, dass auch für gestufte Brennkammersysteme eine realitätsnahe Modellierung der NOx-Emissionen mit den hier analysierten Korrelationen möglich ist, sofern das reale Emissionsverhalten bei der Anwendung der Methoden berücksichtigt wird. Ein Vergleich zwischen den mittleren NOx-Emissionsindizes (EI NOx) des LTO-Zyklus und der Flugmission hat gezeigt, dass für gestufte Systeme keine ähnlich gute Übereinstimmung erreicht werden kann wie für ungestufte. Zumeist befinden sich die Werte nach wie vor im ±10%-Intervall, allerdings häufig am oberen oder unteren Rand. Eine Tendenz zu signifikanter Unterschätzung des mittleren EI NOx des Reiseflugs durch den mittleren EI NOx des LTO-Zyklus konnte allerdings bei keinem Konzept festgestellt werden. Daher gilt auch für die hier untersuchten Brennkammersysteme, dass die Limitierung der Stickoxidproduktion im LTO-Zyklus eine Begrenzung der NOx-Produktion auch auf einer Flugmission leistet, allerdings ist diese für gestufte und zukünftige schadstoffarme Brennkammerkonzepte womöglich weniger direkt mit dem Grenzwert des LTO-Zyklus verknüpft als für bisher eingesetzte konventionelle Konzepte. Aufgrund der kleinen Datenbasis dieser Studie sind jedoch für eine Verallgemeinerung dieser Ergebnisse weitere, umfangreichere Untersuchungen notwendig. Weiterhin wurde untersucht, ob ähnliche Zusammenhänge auch für die Emissionen fester Kohlenstoffpartikel (Ruß) bestehen. Eine zuverlässige Modellierung dieser Spezies ist noch schwierig, zudem ist die verfügbare Datenbasis schlechter als im Fall der Stickoxid-Emissionen. Trotzdem konnten Hinweise darauf gefunden werden, dass für Rußemissionen ein ähnlicher Zusammenhang besteht wie für die Stickoxide, wobei in diesem Fall die Reiseflug-Emissionen deutlich niedriger ausfallen als die im LTO-Zyklus.