Lechner Bernhard
Forum Technik und Gesellschaft Förderpreisträger 2003
Kategorie Dissertationen
1. Preis
Titel
Bestimmung von Triebwerksemissionen von Flugzeugen mittels spektroskopischer Methoden
Kurzfassung
Obwohl rund 30000 Flugzeuge weltweit im Einsatz sind, sind nur wenige Daten über das Emissionsverhalten von Flugzeugtriebwerken öffentlich zugänglich. Die Emissionen eines Triebwerks sind in der Datenbank der „International Civil Aviation Organization“ (ICAO) angegeben. Da diese sehr aufwendigen Messungen allerdings an Prüfständen durchgeführt werden, sind die angegebenen Emissionen nur bedingt mit den tatsächlichen Emissionen am Flughafen vergleichbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen an mehr als 300 Flugzeugen mit 27 unterschiedlichen Triebwerken während des Taxiing direkt am Flughafen durchgeführt. Es wurde ein „Fourier Transformations Infrarotspektrometer“ und ein „Differentielles Optisches Absorptionsspektrometer“ im offenen Pfad-Modus eingesetzt. Dabei zeigte sich, dass die Kohlenmonoxidemissionen deutlich höher als in der ICAO-Datenbankwährend die Stickoxidemissionen in derselben Größenordnung sind. Bei den Kohlenwasserstoffen überraschten die hohen Werte für Formaldehyd. Alle wichtigen Triebwerksdaten wurden von den Fluglinien zur Verfügung gestellt und dürfen veröffentlicht werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden weiters die Emissionen von zwei Boeing 767 für verschiedene Lastzustände von 25 % Schub bis 70% Schub untersucht. Es zeigte sich, dass baugleiche Triebwerke ein durchaus unterschiedliches Emissionsverhalten vorweisen können. Es konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass mit den eingesetzten spektroskopischen Messgeräten die Triebwerksemissionen sehr rasch und kostengünstig mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Obwohl der Schadstoffeintrag von Flugzeugen in der sehr sensiblen oberen Troposphäre erfolgt, sind kaum Daten über das Emissionsverhalten öffentlich zugänglich. Der Grund liegt darin, dass diese Messungen sehr aufwendig sind und auf speziellen Prüfständen durchgeführt werden müssen. Die einzige derzeit öffentlich verfügbare Quelle für Triebwerksemissionen ist die Datenbank der „International Civil Aviation Organization (ICAO)“. In dieser Datenbank sind die Triebwerksemissionen für unterschiedliche Lastzustände für alle zugelassenen Triebwerke mit mehr als 26.7 kN Schub angegeben. Diese Messungen werden aber während des Zertifizierungsverfahrens vom Hersteller selbst durchgeführt. Es ist weiters zulässig, dass nur ein einziges Triebwerk untersucht wird. Diese Messungen spiegeln das Emissionsverhalten eines Flugzeugtriebwerks während des Normalbetriebs nur sehr bedingt wieder, da weder der Wartungszustand, noch Alterungseffekte oder das tatsächliche Fahrverhalten am Flughafen berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Methode entwickelt werden, bei der alle relevanten Triebwerksemissionen rasch und kostengünstig erfasst werden können. Es ist nun nicht mehr notwendig, das Triebwerk vom Flugzeug zu nehmen und auf einem Prüfstand zu untersuchen. Die Emissionen des Flugzeugs können innerhalb weniger Minuten zuverlässig erfasst werden. Falls nur die Emissionen im Taxiing erfasst werden sollen, bleibt der normale Flugbetrieb ungestört, da es vollkommen ausreicht, wenn das Flugzeug die Messstrecke durchfährt. Bei dieser Arbeit handelt es sich um die größte Studie, die bislang an Flugzeugen durchgeführt und veröffentlicht wurde. Mehr als 300 Flugzeuge aller derzeit gängigen Typen und 27 Triebwerke konnten untersucht werden. Dies ist nur in enger Zusammenarbeit mit den Betreiberairlines („Austrian Airlines“ sowie „British Airways“) sowie den Flughafenbehörden (Wien/Schwechat und London/Heathrow)möglich. Wichtig ist weiters, dass alle relevanten Triebwerksdaten veröffentlicht werden dürfen, sodass nun nicht nur zusätzliche Informationen über das Emissionsverhalten sondern auch über die Betriebszustände der Triebwerke zugänglich sind. Bei den Messungen zeigte sich, dass die Emissionen von Kohlenmonoxid von der ICAO-Datenbank unterschätzt werden und dass die Stickoxide größenordnungsmäßig richtig erfasst werden. Interessant sind weiters die hohen Formaldehydkonzentrationen. Wichtig ist noch zu erwähnen, dass identische Triebwerke durchaus um einen Faktor 2 unterschiedliche Emissionen haben können. Ältere Triebwerke weisen ebenfalls deutliche höhere Emissionen auf. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass nun nicht nur umfangreiche Messdaten öffentlich zugänglich sind, sondern dass nun auch eine Messmethode zur Verfügung steht mit der die Emissionen von Flugzeugtriebwerken rasch und ohne gravierenden Eingriff in den normalen Flugbetrieb durchgeführt werden können.
Kategorie Dissertationen
1. Preis
Titel
Bestimmung von Triebwerksemissionen von Flugzeugen mittels spektroskopischer Methoden
Kurzfassung
Obwohl rund 30000 Flugzeuge weltweit im Einsatz sind, sind nur wenige Daten über das Emissionsverhalten von Flugzeugtriebwerken öffentlich zugänglich. Die Emissionen eines Triebwerks sind in der Datenbank der „International Civil Aviation Organization“ (ICAO) angegeben. Da diese sehr aufwendigen Messungen allerdings an Prüfständen durchgeführt werden, sind die angegebenen Emissionen nur bedingt mit den tatsächlichen Emissionen am Flughafen vergleichbar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen an mehr als 300 Flugzeugen mit 27 unterschiedlichen Triebwerken während des Taxiing direkt am Flughafen durchgeführt. Es wurde ein „Fourier Transformations Infrarotspektrometer“ und ein „Differentielles Optisches Absorptionsspektrometer“ im offenen Pfad-Modus eingesetzt. Dabei zeigte sich, dass die Kohlenmonoxidemissionen deutlich höher als in der ICAO-Datenbankwährend die Stickoxidemissionen in derselben Größenordnung sind. Bei den Kohlenwasserstoffen überraschten die hohen Werte für Formaldehyd. Alle wichtigen Triebwerksdaten wurden von den Fluglinien zur Verfügung gestellt und dürfen veröffentlicht werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden weiters die Emissionen von zwei Boeing 767 für verschiedene Lastzustände von 25 % Schub bis 70% Schub untersucht. Es zeigte sich, dass baugleiche Triebwerke ein durchaus unterschiedliches Emissionsverhalten vorweisen können. Es konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass mit den eingesetzten spektroskopischen Messgeräten die Triebwerksemissionen sehr rasch und kostengünstig mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.
persönliche Begründung der gesellschaftlichen Relevanz
Obwohl der Schadstoffeintrag von Flugzeugen in der sehr sensiblen oberen Troposphäre erfolgt, sind kaum Daten über das Emissionsverhalten öffentlich zugänglich. Der Grund liegt darin, dass diese Messungen sehr aufwendig sind und auf speziellen Prüfständen durchgeführt werden müssen. Die einzige derzeit öffentlich verfügbare Quelle für Triebwerksemissionen ist die Datenbank der „International Civil Aviation Organization (ICAO)“. In dieser Datenbank sind die Triebwerksemissionen für unterschiedliche Lastzustände für alle zugelassenen Triebwerke mit mehr als 26.7 kN Schub angegeben. Diese Messungen werden aber während des Zertifizierungsverfahrens vom Hersteller selbst durchgeführt. Es ist weiters zulässig, dass nur ein einziges Triebwerk untersucht wird. Diese Messungen spiegeln das Emissionsverhalten eines Flugzeugtriebwerks während des Normalbetriebs nur sehr bedingt wieder, da weder der Wartungszustand, noch Alterungseffekte oder das tatsächliche Fahrverhalten am Flughafen berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Methode entwickelt werden, bei der alle relevanten Triebwerksemissionen rasch und kostengünstig erfasst werden können. Es ist nun nicht mehr notwendig, das Triebwerk vom Flugzeug zu nehmen und auf einem Prüfstand zu untersuchen. Die Emissionen des Flugzeugs können innerhalb weniger Minuten zuverlässig erfasst werden. Falls nur die Emissionen im Taxiing erfasst werden sollen, bleibt der normale Flugbetrieb ungestört, da es vollkommen ausreicht, wenn das Flugzeug die Messstrecke durchfährt. Bei dieser Arbeit handelt es sich um die größte Studie, die bislang an Flugzeugen durchgeführt und veröffentlicht wurde. Mehr als 300 Flugzeuge aller derzeit gängigen Typen und 27 Triebwerke konnten untersucht werden. Dies ist nur in enger Zusammenarbeit mit den Betreiberairlines („Austrian Airlines“ sowie „British Airways“) sowie den Flughafenbehörden (Wien/Schwechat und London/Heathrow)möglich. Wichtig ist weiters, dass alle relevanten Triebwerksdaten veröffentlicht werden dürfen, sodass nun nicht nur zusätzliche Informationen über das Emissionsverhalten sondern auch über die Betriebszustände der Triebwerke zugänglich sind. Bei den Messungen zeigte sich, dass die Emissionen von Kohlenmonoxid von der ICAO-Datenbank unterschätzt werden und dass die Stickoxide größenordnungsmäßig richtig erfasst werden. Interessant sind weiters die hohen Formaldehydkonzentrationen. Wichtig ist noch zu erwähnen, dass identische Triebwerke durchaus um einen Faktor 2 unterschiedliche Emissionen haben können. Ältere Triebwerke weisen ebenfalls deutliche höhere Emissionen auf. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass nun nicht nur umfangreiche Messdaten öffentlich zugänglich sind, sondern dass nun auch eine Messmethode zur Verfügung steht mit der die Emissionen von Flugzeugtriebwerken rasch und ohne gravierenden Eingriff in den normalen Flugbetrieb durchgeführt werden können.