energiutbytet per vikt och volymenhet är alldeles för lågt och dessutom kvarstår övriga utsläpp. Tidigare har inte vätgasdrift ansetts som ett alternativ till flygfotogen då det sämre volymutnyttjandet och explosionsrisken har ansetts som alltför stora nackdelar. Numera anses vätgas vara ett fullt tänkbart alternativt drivmedel. Vätgas kan framställas utan användning av fossila bränslen och detta skulle kunna innebära en total reducering av koldioxid. Eftersom det inte finns kol i vätgas elimineras även utsläpp av sot, kolmonoxid och kolväten. Det enda utsläpp som genereras av vätgasdrift är kväveoxider samt vattenånga vilket inte är helt oproblematiskt i den torra stratosfären (Larson et al., 2000). Vätgasdrift måste dock ses som ett långsiktigt alternativ som med nuvarande teknikutveckling inte kommer att vara kommersiell inom de närmaste tjugo åren (Penner et al., 1999).
Genom att höja trycket och temperaturen under förbränningsprocessen kan motorns verkningsgrad ökas vilket minskar bränslekonsumtionen samt reducerar koldioxidutsläppen. Emissionen av kväveoxid ökar däremot under dessa förhållanden. Genom så kallad tvåstegs brännkammare har motortillverkare kommit en bit på väg för att sänka temperaturtopparna i motorns inre vilket leder till reducerade kväveoxid utsläpp. Minskad vikt på motorerna genom bland annat förbättrade material minskar i sin tur flygplanets egenvikt vilket möjliggör reducerad bränsleförbrukning.
Dragmotståndet är beroende av luftmotståndet och flygplanets egenvikt. Kan man minska någon av dessa parametrar reduceras bränsleförbrukningen samt emissionerna. Luftmotståndet kan reduceras genom förbättrad skrovkonstruktion. Intensiv forskning av luftströmmar runt flygplanskroppen har inneburit ny
kunskap om aerodynamiska samband. Detta möjliggör nya skrovkonstruktioner som bättre utnyttjar de aerodynamiska förhållandena. Genom förbättrade material kan egenvikten hos flygplan reduceras. Lättare material som används är aluminiumföreningar, titan och kompositmaterial.
Genom att införa nedanstående förbättringar i trafikledningssystemen beräknas det vara möjligt att reducera bränslekonsumtionen med 6 till 12 procent (Penner et al., 1999). Förbättrade system för att reducera väntetider då flygplanen cirkulerar i väntan på att få tillstånd att landa. Förbättra ruttplaneringen så att varje rutt blir så energieffektiv som möjligt. Optimera flygprofilen så att alla flygfaser sker på den mest energieffektiva höjden. Andra operativa åtgärder för att minska bränslekonsumtionen är; ökad beläggningsgrad, eliminera onödig vikt, optimera hastigheten, minimera användandet av hjälpmotorer för t.ex. uppvärmning och ventilation, reducera markrörelser (taxa in och ut). Dessa beräknas reducera bränsleåtgång och emissioner med 2 till 6 procent (Penner et al., 1999).
2.5.3 Modeller
I ExternE grundar sig emissionsberäkningarna för flygtrafik på den modell som arbetats fram i MEET-projektet. I MEET-projektet delas flygtrafiken upp i tre klasser; flygtransporter som lyder under ”Instrument Flight Rules” (IFR), militär operativ flygtrafik och flygtransporter som lyder under ”Visual Flight Rules” (VFR). Av de totala emissionerna från flygtrafik härstammar ungefär 60 till 80 procent från IFR-flygningar. IFR-trafik utgörs till stor del av jet-, turbofläkt- eller turbopropdrivna flygplan som flyger långa sträckor på bestämda rutter. För den här typen av trafik finns det detaljerad information om flygplanstyper och rutter tillgänglig. För VFR-flygningar och den militära trafiken saknas det information och det krävs därför en annan metodik för att beräkna bränsleåtgång och totala emissioner för den typen av trafik. Här kommer endast beräknings- metodiken för IFR-flygningar att behandlas.
Emissionsfaktorer för kväveoxider, VOC och kolmonoxid som används i MEET-metodiken har beräknats med hjälp av data från ICAO (International Civil Aviation Organization) Engine Exhaust Emission Data Bank och emissions- simuleringsmodellen ATEMIS. ICAO emissionsdata är beräknade utifrån en LTO-cykel. ICAO definierar LTO-delen av en flygning som aktivitet under 3000 fot. LCO-cykeln innefattar Take off, Climb, Approach,Taxi (Gripmark, 2000). Enligt Kalivoda och Kudrna (1997) inkluderas inte utsläpp som beror på:
x Åldrande av motorn x Underhåll
x Trängsel och väntetider vid inflygning x Tankning av flygplanet
x Hjälpmotorer som används
x Start och uppvärmning av motorer, då oförbränt och bara delvis förbränt flygbränsle släpps ut
Emissioner som CO2, H2O och svaveldioxid är inte beroende på motor-
förhållanden utan på bränslets sammansättning. I tabell 8 återfinns de emissions- faktorer som ges i MEET för dessa ämnen. Emissioner i form av partiklar, PAH, CH4, NO2 samt NH3 finns inte medtagna i modellen eftersom det inte finns
Tabell 8 Emissionsfaktorer från MEET-projektet.
Ämne Emissionsfaktor
CO2 3150 g/kgbränsle
H2O 1240 g/kgbränsle
SO2 1,00 g/kgbränsle
Den generella beräkningsmetoden enligt Kalivoda och Kurdrna (1997) bygger på att först beräkna bränslekonsumtionen och sedan multiplicera med en bränslespecifik emissionsfaktor för att få den totala emissionen för ett ämne. För att få den totala emissionen av ett ämne för en viss tidsperiod används ekvation (26) p j j r p j r p TE N TotE
¦
¦
, , , (26) där pTotE är total emission av ett ämne under en tidsperiod i g/tidsperiod
r p j
TE , , är total emission från flygplan/motorkombination j, under flygrutt r, i g/flygplan
p j
N , är antal flygplan/motorkombination j, som flyger rutt r, under en
tidsperiod, i flygplan/tidsperiod j är flygplan/motorkombination
p är ämne
r är flygrutt
Emissionsindex skiljer sig mellan olika flygplansmodeller. Därför har man inom MEET-projektet tagit fram standard flygprofiler för ungefär 35 flygplan- /motorkombinationer och beräknat emissionsindex för dessa för olika faser under en flygning. Dessa representerar ungefär tre fjärdedelar av Europas flygtrafik. Varje flygning delas in i nio olika faser: uppstart av motor, taxa ut, lyfta, stiga, marschflygning, sjunka, landa, taxa in och markbundna aktiviteter. Data har samlats i så kallade ”Emission Index Sheet” (EIS), se tabell 9 för ett exempel. Defaultvärden är givna för tidsåtgång för taxa ut, lyfta, landa och taxa in. I fält markerade med konst. är ett värde givet på bränslekonsumtion eller emissions- faktor. Fält markerade med f(x) indikerar att dessa värden är beroende av marschhöjden9.
9
Tabell 9 Exempel på ett hur ett EIS blad är uppbyggt.
B 737 generic
Boeing B 737 with engine mix
duration distance
Fuel burned specific Emission parameters
total specific EI.NOx EI.CO EI.HC [s] [km] [kg] [kg/s] [g/kg] [g/kg] [g/kg]
Index DUR D FC SFC SENOX SECO SEHC
1 engine
start es
2 taxi out txo default konst konst konst konst konst
3 take off tff default konst konst konst konst konst
4 climb cl f(x) f(x) f(x) f(x) f(x)
5 cruise cr f(x) f(x) konst konst
6 descent dsc f(x) f(x) f(x) f(x) f(x)
7 landing ld default konst konst konst konst konst
8 taxi in txi default konst konst konst konst konst
9 ground operations go EICO2 [g/kg] default EISO2 [g/kg] default EIH2O [g/kg] default 2.5.4 Slutsatser
I modellen tas inte emissioner med som genereras vid markbundna aktiviteter. En schweizisk studie visar att endast en åttondel av de totala utsläppen från en flygplansvistelse på en flygplats täcks av LTO-cykeln. Ökade emissioner från motor på grund av ålder och/eller bristande underhåll kommer inte heller med i modellen (Kalivoda och Kudrna, 1997).
På grund av att emissionsindex innehåller agregerade data för genomsnittliga kombinationer av flygplan och motorer kan man till exempel inte bedöma effekten av ändrad genomsnittlig marschhöjd. Det går inte heller att modellera för olika svavelhalt i bränslet. De parametrar som går att modellera är ganska begränsade vilket gör att modellen är förhållandevis stel. Åtgärder som går att beskriva med modellen är:
x Byte av flygplans- och motortyp (inom de givna kategorierna) x Förändrat trafikarbete genom t.ex. ökad beläggningsgrad
x Ändringar i flygdistans genom t.ex. reducerade väntetider då flygplanen cirkulerar i väntan på tillstånd att landa
x Reducerad tid för att taxa ut och taxa in.
För att kunna göra scenarier finns dessutom tre olika fasta scenarier för framtida emissioner.