Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der...

19
Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der Wissenschaft Dr. Carl A.M. Brenninkmeijer Gruppenleiter Global Observations und Koordinator des CARIBIC-Projektes Max-Planck-Institut für Chemie Mainz [email protected] 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

Transcript of Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der...

Page 1: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

[email protected]

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

Page 2: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 3: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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]

Page 4: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 5: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 6: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 7: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 8: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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?

Page 9: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

Emissionen

Coverplate Geophysical Research Letters, Artikel von Christiane Voigt, DLR

NO & NO2

(die Stickoxide)

Carl Brenninkmeijer

Stickoxid Quellen

Carl Brenninkmeijer

Page 10: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 11: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 12: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 13: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 14: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

Transport impacts on atmosphere and climate

Carl Brenninkmeijer

D.S. Lee et al. AtmosphericEnvironment, volume 44, 2010

Das Forschungsprojekt CARIBIC

Carl Brenninkmeijer

Page 15: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 16: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 17: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 18: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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

Page 19: Die Klimawirkung des Luftverkehrs - der Stand der … · Motivation Klimaänderung, sprich der Treibhauseffekt, gehört in die Kategorie ... • Es gibt keine fundamentalen Probleme,

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