Bewertung der Klimawirkung von Triebwerksemissionen bei angepasster Vertikaltrajektorie zur Meidung eisübersättigter Gebiete in der Atmosphäre

Heim, Florian; Wortmann, Lutz; Hörnschemeyer, Ralf Gerd; Stumpf, Eike

Bewertung der Klimawirkung von Triebwerksemissionen bei angepasster Vertikaltrajektorie zur Meidung eisübersättigter Gebiete in der Atmosphäre = Assessment of the climate impact of engine emissions with an adapted vertical trajectory to avoid ice-saturated areas in the atmosphere

Heim, Florian^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevon Florian Heim

ImpressumAachen 2025

UmfangXV, 101 Seiten: Illustrationen

Bachelorarbeit, RWTH Aachen University, 2025

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Stumpf, Eike (Thesis advisor)^RWTH* ; Hörnschemeyer, Ralf Gerd (Thesis advisor)^RWTH* ; Wortmann, Lutz (Consultant)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-08-15

Online
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1030573/files/1030573.pdf

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Der Luftverkehr nimmt weltweit zu und trägt erheblich zum menschengemachten Klimawandelbei, insbesondere durch Nicht-CO2-Effekte wie Kondensstreifen, die in eisübersättigten Gebieten entstehen können. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Klimawirkung von Triebwerksemissionen beim Unterfliegen solcher Gebiete zu untersuchen. Hierfür wurden zunächst die klimarelevanten Emissionen von Flugzeugtriebwerken beschrieben und verschiedene Klimametriken eingeführt, die eine Quantifizierung des Einflusses der Luftfahrt auf den Klimawandel ermöglichen. Zudem wurde das Forschungsflugzeug DLR-F25 in die Simulationsumgebung UNICADO integriert, um Emissionen und die Klimawirkung auf angepassten Trajektorien berechnen zu können. In exemplarischen Studien wurden für vier ausgewählte Tage im Jahr 2018 auf 45 typischen Kurz und Mittelstrecken-Flugrouten Regionen identifiziert, in welchen sich persistente Kondensstreifen bilden können, und alternative Vertikaltrajektorien entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass durch das Unterfliegen von PCRs die Klimawirkung insgesamt deutlich reduziert werden kann. Dabei ergeben sich regionale Unterschiede: Während PCRs auf äquatornahen Flugrouten in Asien nur vereinzelt auftreten, folgt ihre Existenz in höheren Breiten wie in Nord- und Südamerika, sowie in Europa und Ozeanien einem ausgeprägten jährlichen Zyklus. Neben der Vermeidung von Kondensstreifen zeigt sich auch eine Verringerung der Klimawirkung anderer Emissionen, insbesondere von kurzlebigem Ozon. Die Ergebnisse bestätigen bestehende Studien und erweitern diese um eine differenzierte Analyse der Klimawirkung von konkreten angepassten Vertikaltrajektorien. Damit liefert die Arbeit einen Beitrag zur Bewertung klimafreundlicher Flugrouten und bildet eine Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Reduzierung der Klimawirkung der Luftfahrt.

Air traffic is growing worldwide and contributes significantly to human-made climate change, especially through non-CO2 effects such as contrails that can form in ice-super-saturated areas. The aim of this study was to investigate the climate impact of engine emissions when flying under such areas. To this end, the climate-relevant emissions from aircraft engines were first described and various climate metrics were introduced to quantify the impact of aviation on climate change. In addition, the DLR-F25 research aircraft was integrated into the UNICADO simulation environment in order to be able to calculate emissions and the climate impact on adapted trajectories. In exemplary studies, regions in which persistent contrails can form were identified for four selected days in 2018 on 45 typical short- and medium-haul flight routes and alternative vertical trajectories were developed. The results show that flying under PCRs can significantly reduce the overall climate impact. There are regional differences: While PCRs only occur sporadically on flight routes close to the equator in Asia, their existence in higher latitudes such as in North and South America, as well as in Europe and Oceania, follows a distinct annual cycle. In addition to the avoidance of contrails, there was also a reduction in the climate impact of other emissions, particularly short-lived ozone. The results confirm existing studies and extend them with a differentiated analysis of the climate impact of specific adapted vertical trajectories. The work thus contributes to the evaluation of climate-friendly flight routes and forms a basis for further studies on reducing the climate impact of aviation.

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