Die Klimawirkung des Luftverkehrs -der Stand der Wissenschaft
Dr. Carl A.M. BrenninkmeijerGruppenleiter Global Observations und
Koordinator des CARIBIC-ProjektesMax-Planck-Institut für Chemie
Mainz
www.caribic.de
Carl Brenninkmeijer
Aufklärung
Carl Brenninkmeijer
Die Ergebnisse der Studie deuten daraufhin, dass die
widersprüchliche Meinung der Öffentlichkeit über den
Klimawandel nicht durch fehlendes wissenschaftliches
Verständnis entsteht, sondern durch einen ausgeprägten
Interessenkonflikt zwischen dem persönlichen Bestreben
sich eine Meinung zu bilden, die in Übereinstimmung ist mit
dem persönlichen Umfeld, und dem gemeinschaftlichen
Interesse aller, die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse
einzusetzen zur Verbesserung des Gemeinwohls.
Nach eine Studie publiziert in Nature
Eine schöne Welt ist da versunken, Ihre Trümmer blieben unten stehn, Lassen sich als goldneHimmelsfunken Oft im Spiegel meiner Träume sehn
Heinrich Heine 13. Dezember 1797 in Düsseldorf – 17. Februar 1856 in Paris
Heinrich Heine in Holland
Dr. Carl A.M. Brenninkmeijer www.caribic.de
Nicht so lange her..
Is this far fetched ?
Carl Brenninkmeijer
Überblick
1. Das System: Die Atmosphäre2. Einführung: Der Treibhaus-Effekt und Energie3. Die 4 Flugverkehrs-Emissionen: H2O, CO2, Stickoxide, Partikel 4. Die Einwirkungen: letzte Forschungsergebnisse5. Wie die Luftfahrt Atmosphärenforscher zu „frequent flyer“ gemacht hat
Carl Brenninkmeijer
www.caribic-atmospheric.com [email protected]
Motivation
Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie „Fundamentelle Herausforderungen für die Menschheit“. D.h. Flugverkehr, Straßenverkehr, Bahn, Schiffahrt, Industrielle Produktion und wir zu Hause (Heizung, Warmwasser, Airconditioning) sind herausgefordert.
1. Das Wachstum des Flugvekehrs ist kräftig.2. Flugverkehr ist “High Tech“.3. Effiziente Energieträger sind notwendig.4. Der größte Teil der Flugbewegungen findet in der Tropopause-Region,
einer klimaempfindlichen Region, statt. 5. Hier (auf einer Flughöhe von 9-12 km) gibt es verhältnismäßig wenig
Messdaten.
Allgemein
Spezifisch
Carl Brenninkmeijer
Energie oder Klima ?
Für die zukünftigen Generationen kann das Klima auf der Erde durchaus ein Hauptproblem werden. Änderungen in der Temperatur sind jetzt bereits messbar. Das gewaltige Klima-System wandelt sich nachweisbar. Wie lange ist der Bremsweg ? --retard --retard
Für die jetzigen Generationen ist Energie ein Hauptproblem. Nachdem Holz, Torff, Braunkohlen, Gas und Öl gegangen sind, scheinen ausgerechnet Steinkohlen ein - fast dubiöses - Geschenk Gottes. Wollen wir uns weiterhin die Finger verbrennen?
Klima
Energie
Carl Brenninkmeijer
Energie als Verstärker
Autofahren bietet ein Beispiel. Sagen wir, dass wir einen 150 kW Motor haben und diesen auf einer Fahrt von München nach Berlin für 50 kW auslasten (wir fahren nicht mit Höchstgeschwindigkeit). Wir brauchen für die Fahrt von etwa 600 km 6 Stunden. Spritkosten 100 Euro.
Energie, ist sie teuer ?
Nun ist 1 Pferdekraft 0.75 kW. Weil es kaum Pferde gibt, die von München nach Berlin wollen, denken wir an Menschen. Ein Radprofi könnte, hoffen wir doch, über diese ganze Zeitspanne von 6 Stunden 100 Watt leisten, also 0.1 kW. Wir nehmen also für die 50 kW schlichtweg 500 Radprofis. Über die 6 Stunden, während die Radprofis uns geholfen haben, präsentieren sie uns, in Berlin, eine Rechnung von 30.000 Euro.
Hier entspricht 60 Liter Sprit etwa 150 Kg CO2. Flug Zürich-Berlin rechnet zB. etwa 100 kg CO2.
Übrigens, diese einfache Betrachtung verdeutlicht auch, warum es mehr Elektrofahrräder gibt als Elektroautos.
Carl Brenninkmeijer
Die Zukunft
Wetten dass?
Wenn wir doch über Pferde und Wetten reden, könnte man sich überlegen, was die meist wahrscheinliche Entwicklung sein wird ...
• Viele Forscher in hunderten von Laboren beschäftigen sich mit der Frage, wie man aus Sonnenlicht effizient Strom (oder z.B. Wasserstoff) erzeugen kann (Photovoltaic). Wer gewinnt hier? Korea, Japan, China, USA, … Deutschland? Es ist etwas mehr im Spiel als Fußball.
• Es gibt neben Silizium-Solarzellen hunderte von alternativen, sehr unterschiedlichen Systeme in der Entwicklung.
• Es gibt keine fundamentalen Probleme, wie z.B. bei der Kernfusion.
• Photovoltaic wird sicher erheblich billiger und enorm vielseitig werden.
• Jedoch sollten die Anstrengungen zur Entlastung der Atmosphäre nicht nachlassen.
Carl Brenninkmeijer
Emissionen
Carl Brenninkmeijer
Emissionen
Coverplate Geophysical Research Letters, Artikel von Christiane Voigt, DLR
CO2
H2ONOx
Russ Partikel
Zirren
“Contrails“ oder Kondenzstreifen
(Stickoxide)
SO2(Schwefeldioxid)
Carl Brenninkmeijer
Flugverkehr
Die Emissionen von Flugzeugen sind bekanntlich typisch für die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Global betrachtet sind sie gering. Jedoch konzentriert sich der Flugverkehr in 9-12 km Höhe, und zwar über Europa, dem Nordatlantik, den Vereinigten Staaten und Ostasien. Diese Höhe (Tropopausebereich) ist, wie gesagt ein kritischer Faktor.
1. CO2, lang lebe das Kohlendioxid. Deshalb ist es für CO2 irrelevant, wo wir es produzieren. Es verteilt sich doch weltweit ... Was Sie selbst soeben an CO2 ausgeatmet haben, ist in einem Jahr zu 50% in der Südhemisphäre.
2. NO, NO2 ; die Stickoxiden. Nur Bakterien, Blitz und Verbrennung schaffen es Stickstoff (N) mit Sauerstoff (O) zu verbinden ... NO ist chemisch sehr aktiv, lokale Einwirkung mit globalen Folgen ... u.a. Ozon-Erzeugung.
3. H2O, Wasser. Wasserdampf ist Treibhausgas # 1, von dem bereits enorme Mengen vorhanden sind. Aber… es bilden sich Kondenzstreifen in kalten, feuchten Luftmassen. Zirrenwolken entstehen und deren Verteilung ändert sich. Alles zusammen ein komplexes interessantes Thema.
4. Ruß- und Schwefelsäure-Partikel/Tröpfchen.
5. Eine vernachlässigbare kleine Menge an Kohlenwasserstoffen (0.05 bis 0.1 % der gesammt antropogene Menge)
Carl Brenninkmeijer
Emissionen
Coverplate Geophysical Research Letters, Artikel von Christiane Voigt, DLR
CO2
Carl Brenninkmeijer
50 Jahre Kohlendioxid Bilanz
1960 2010
Zunahme in der Erdatmosphäre.Genau bekannt
Aufgenommen von Wäldern, Böden und Ozeanen
3 Milliarden Menschen
7 Milliarden Menschen
In 2011 waren es 31.1 Milliarden Tonnen CO2.
Der Flugverkehr produziert etwa 2%. Dieser Vergleich ist jedoch nicht so nützlich.
Carl Brenninkmeijer
Kohlendioxid über Afrika
Mathematisches Modell: Ergebnisse für CO2 über Afrika.
Farbkodierung blau bedeutet etwas weniger CO2 durch Aufnahme durch die Vegetation. Es ist ja Sommer im Süden.
CARIBIC-Lufthansa Messflug
Konzentration von CO2
In parts per millionz.B. , gäbe es nur einen Berliner in München, entspräche das 1 ppm.
CARIBIC-LUFTHANSA Messflug
Carl Brenninkmeijer
Wussten Sie dass 360 ppm CO2 in Masse equivalentist mit 3 mm Plexiglas?
Emissionen
Coverplate Geophysical Research Letters, Artikel von Christiane Voigt, DLR
NO & NO2
(die Stickoxide)
Carl Brenninkmeijer
Stickoxid Quellen
Carl Brenninkmeijer
Emissionen
Coverplate Geophysical Research Letters, Artikel von Christiane Voigt, DLR
H2O
ZirrenContrail oder Kondenzstreifen
Carl Brenninkmeijer
“Linear Contrails”
Bild erstellt vom Modis-Satelliten aus
Carl Brenninkmeijer
Beispiel Kondenzstreifen 3-6 Uhr, 6. Juni 2006
U. Schumann Geosci. Model Dev. Vol 5, pp 543-580, 2012A contrail cirrus prediction modell
Blau: Flugbewegungen, die Kondenzstreifen verursachen. Schwarz: genau wo sie enstanden sind. Rot: Kondenzstreifen um 6 Uhr.
Carl Brenninkmeijer
Verteilung der Flugbewegungen
Newinger and Burkhardt, JGR, May 2012, Sensitivity of contrail cirrus radiative forcing to air traffic scheduling
Gelb = ungefähr 1 km pro Quadrat-Kilometer pro Tag
Alle Flüge
Carl Brenninkmeijer
Kondenzstreifen-Zirren: Effekt auf das Klima
Kondenzstreifen-Zirren
Tagsüber:
Kühlung (etwas Sonnenstrahlung wird ins All zurückgestreut – d.h.reflektiert) und …Erwärmung (Wärmestrahlung der Erdoberfläche nach oben wird teilweise zurückgestreut nach unten)
Nachts:
Nur Erwärmung (verringerte Abkühlung)
Also, soll man besser nachts nicht fliegen ?
Carl Brenninkmeijer
Anteil der Flüge bei Nacht
Nachtflüge (%)
Carl Brenninkmeijer
Newinger and Burkhardt, JGR, May 2012, Sensitivity of contrail cirrus radiative forcing to air traffic scheduling
Klima-Nachtflugverbot ?
Ein Gedankenexperiment:
Wenn Nachtflüge welweit eingestellt würden, um wieviel würde sich die Erwärmung durch Kondenzstreifen-Zirren ändern?
Antwort:
Keine signifikante Änderung. Regionale Unterschiede.
Erklärung:
Viel Variabilität und Zeitverzögerungen zwischen Zirren maxima und deren Erzeugung
Es wird wohl ein Gedankenexperiment bleiben …
Carl Brenninkmeijer
Kondenzstreifenzirren – Strahlungseffekt 2002
Carl Brenninkmeijer
Burkhardt und Kärcher haben für 2002 als Referenzjahr berechnet in welche Masse Contrails und Contrail-Zirren die Wärme-strahlungsbilanzbeeinflussen
Transport impacts on atmosphere and climate
Carl Brenninkmeijer
D.S. Lee et al. AtmosphericEnvironment, volume 44, 2010
Das Forschungsprojekt CARIBIC
Carl Brenninkmeijer
Lufthansa
Airbus A 340-600
Air inlet system Permanent aircraft part
CARIBIC measurement containerinstalled monthly in the forwardcargo bay for 4 flights
Mass 1.6 ton Fully automated systems
CARIBIC Flugrouten
Carl Brenninkmeijer
CARIBIC Ergebnisse
Carl Brenninkmeijer
Bis jetzt 80 Publikationen.
Themen:
1. Aschewolken der Kasatochi, Eyjafjallajökull, Redoubt und Sarychev Vulkane (2008-2011)
2. Aufnahme von CO2 durch die Vegetation3. Schwefeldioxid Ausstoß Norilsk4. Atmosphärischer Wasserstoff5. Methan aus Indien6. Globaler Transport von Luftverschmutzung7. Unterstützung von Satellitmessungen8. Stickoxide des Flugverkehrs
CARIBIC Messungen von Stickoxiden
Carl Brenninkmeijer
NOx des Flugverkehrs
Aus der Dr. Arbeit (in Vorbereitung) von Greta Stratmann, DLR
IAGOS
Carl Brenninkmeijer
IAGOS (In service Aircraft for a Global Observing System) ist ein Europäisches Infrastructure Projekt unter Federführung des Forschungszentrum Jülich mit Beteiligung von deutschen und europäischen Partnern aus Forschung, Wettervorhersage und Industrie.
Neben CARIBIC‐Lufthansa sollen in Flugzeuge unterschiedlicher Fluggesellschaften (momentan Lufthansa, China Airlines (Taiwan), Air France, Iberia und Cathay Pacific) Geräte eingebaut werden, die kontinuierlich Messungen einer Vielzahl von Spurengasen und Partikel Eigenschaften durchführen. IAGOS wird eines der wichtigsten Beobachtungssysteme werden weil es langfristig ausgelegt ist und globale Informationen liefert. Es schließt eine wichtige Lücke zwischen Satelliten und Bodenstationen.
0
50
100
993 1996 1999 2002 2005 2008 201
H2O, O3
H2O, O3,CO, NOy
H2O, O3, CO, CO2
CH4, NOy, NOx, aerosol, cloud particles
Scientific publications
1993 2001 20122005
MOZAIC IAGOS
CARIBIC
www.iagos.org
In‐service Aircraft for a Global Observing SystemEuropean Research Infrastructure
Klimawirkung des Luftverkehrs: Schlussfolgerungen
1. Da es sicher ist, dass in der Luftfahrt Kerosin-ähnliche Brennstoffe noch über Jahrzehnte benutzt werden, lohnt es sich die jetzige Luftverkehr-Klimaforschung intensiv weiter zu führen.
2. Für CO2 gilt wie immer, weniger ist besser; also ist Effizienzsteigerung gefragt, besonders weil CO2 so lange in der Atmosphäre verweilt.
3. Die Stickoxide (NOx) müssen wir im Auge behalten. Es wird Ozon produziert, das ein erhebliches Erwärmungspotential hat. Eine zufällige Kompensation von 50% entsteht, weil die Oxidationsprozesse intensiviert werden und das Treibhausgas Methan daher etwas schneller abgebaut wird. Weniger NOx gegenüber etwas mehr CO2 bleibt eine komplexe Frage.
4. Gute Fortschritte sind gemacht worden, um das Entstehen von Kondenzstreifenzirren und deren Eigenschaften genauer zu verstehen. In 15% aller Flugkilometern werden Kondenz-streifen gebildet. Daraus können lokal Zirren entstehen, die die gesamte Erwärmung bis um das Zehnfache verstärken. Unsicherheiten hier sind groß. Das Problem muss jedoch angegangen werden, weil sich die Gesamtwirkung der Kondenzstreifenzirren auf das Klima als erheblich herausgestellt hat (möglicherweise 30 Milliwatt/m2, vgl. IPCC, 2005, total von CO2, NOx, und Kondenzstreifen (ohne Zirren) etwa 50. Das Problem ist komplex aber lösbar. Kann Flugverkehr eine kühlende Wirkung haben???
5. Es ist empfehlenswert, den Atmosphärenforschern die Möglichkeit zu bieten ihre Messgeräte in Linienflugzeugen mitfliegen zu lassen. Messungen helfen Unsicherheiten zu beseitigen.
Carl Brenninkmeijer
I thank you for your attention
and …
wish you efficient flying !
Carl Brenninkmeijer
Projekte und Literatur
IPCC Berichte WMO BericheQUANTIFY www.pa.op.dlr.de/quantify/CARIBIC wwww.caribic.deIAGOS www.iagos.org.
D.S. Lee et al. „Transport impacts on atmosphere and climate: Aviation“Atmospheric Environment , volume 44, 4078-4734, 2010.
Carl Brenninkmeijer