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Luftschadstoffe des Luftverkehrs

Erstellt am: 09.07.2004 | Stand des Wissens: 12.07.2023
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IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Neben den Hauptverursachern wie Triebwerke und Hilfstriebwerke sind die Kraftfahrzeug-Emissionen für die Flugzeugabfertigung und die stationären Quellen wie energietechnische Anlagen sowie der landseitige Verkehr für die An- und Abfahrt mit verantwortlich für die Schadstoffemissionen im Luftverkehr. [HeiKa06]

Die Strahlantriebe von Verkehrsflugzeugen erzeugen ihre Leistung durch die Verbrennung eines Kraftstoff-/ Luftgemischs. Die Expansionsenergie aus dem Verbrennungsprozess wird zur Erzeugung von Schub oder Wellendrehleistung genutzt. Das Verbrennungsprodukt von Strahlantrieben von Verkehrsflugzeugen umfasst bei einem Kilogramm Kerosin durchschnittlich folgende Komponenten je nach Zusammensetzung des Kraftstoffs: [Pomp02, 2006] [WDBT22]
  • 3,15 Kilogramm Kohlendioxid (CO2)
  • 1,24 Kilogramm Wasserdampf (H2O)
  • 6-16 Gramm Stickoxide (NO2)
  • 1 Gramm Schwefeldioxid (SO2)
  • 0,1 - 0,7 Gramm nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (UHC)
  • 0,7 - 2,5 Gramm Kohlenmonoxid (CO)
  • 0,01 - 0,03 Gramm Ruß C
Die Emissionen der Luftverkehrsschadstoffe wirken sich eher langfristig und mittelbar aus. Aufgrund der Geschwindigkeit und der dreidimensionalen Bewegung im Raum verteilen sich die Emissionen weitflächig und vertikal. Dabei sind die Reaktionszusammenhänge wegen der unterschiedlichen Wirkungen in den einzelnen atmosphärischen Schichten sehr komplex. Die Abbildung 1 veranschaulicht die Input- und Output-Größen beim Verbrennungsprozess eines Triebwerks.
Abbildung 1: Verbrennungsprodukte des Flugtreibstoffs Kerosin [EuKom03z, S.21] (Grafik zum Vergrößern bitte anklicken)

Trotz sparsamerer Triebwerke steigt der jährliche Kerosinverbrauch des Luftverkehrs. Von 1990 bis 2017 hat sich der weltweite Verbrauch um 73 Prozent erhöht [UBA19aa]. Der Trend zeigt somit eher einen Mehrverbrauch als eine Einsparung auf und in Verbindung mit den oben aufgelisteten chemischen Verbindungen, die aus den Triebwerken ausgestoßen werden, wird der Treibhauseffekt zunehmend unterstützt.

Hauptverursacher der kontinuierlichen Verschmutzung der Tropopause (Grenzschicht der Atmosphäre von 8 Kilometer über den Polen bis 16 Kilometer über dem Äquator) ist der Düsenflugverkehr. Die Schadstoffemissionen bleiben durchschnittlich ein Jahr in ausgestoßener Höhe bevor sie in die Troposphäre absinken und ausgewaschen werden. Im Vergleich zu anderen Emissionsverursachern, dessen Schadstoffe mit wenigen Ausnahmen in die planetarische Grenzschicht (200 Meter im Winter und bis zu 3 Kilometer im Sommer) gelangen, trägt der Luftverkehr hauptsächlich zum "künstlichen Treibhauseffekt" bei. [Pomp02, 2006]

Treibhausgase entstehen normalerweise auf natürliche Weise. Durch den Luftverkehr werden sie jedoch vermehrt produziert, sodass das natürliche Gleichgewicht zunehmend außer Kontrolle gerät. In Tabelle 1 sind neben den Emissionen auch die Reaktionsprodukte wie Kondensstreifen und Zirruswolken stichpunktartig beschrieben. Inwiefern der Strahlungsantrieb diese beeinflusst (negativ=kühlend oder positiv=aufheizend) ist neben der Wirkung der Emissionen und Reaktionsprodukte auf den Treibhauseffekt tabellarisch erfasst.

Tabelle 1: Wirkung luftverkehrsbedingter Emissionen und ihrer Reaktionsprodukte auf den Treibhauseffekt [CaDe04, S.36]
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Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Emissionen im Luftverkehr (Stand des Wissens: 14.07.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?20489
Literatur
[CaDe04] Cames, Martin, Deuber, Odette Emissionshandel im internationalen zivilen Luftverkehr, Berlin, 2004/01, ISBN/ISSN 3-934490-18-2
[EPA00] k.A. Aircraft Contrail Factsheet, 2000/09
[EuKom03z] Norman, P.D. , Lister, D.H. , Lecht, M. , Maddén, P. , Park, K. , Penanhoat, O. , Plaisance, C. , Renger, K. Development of the technical basis for a New Emissions Parameter covering the whole AIRcraft operation:NEPAIR-final Technical Report, 2003/09/10
[HeiKa06] Katja Heinke Luftverkehr als Quelle von Luftverunreinigungen, 2006
[Pomp02] Wilhelm Pompl Luftverkehr - Eine ökonomische und politische Einführung, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2002, ISBN/ISSN 3-540-42656-6
[UBA19aa] Luftverkehr der Zukunft - umwelt- und klimaschonend, treibhausgasneutral, lärmarm, 2019
[WDBT22] Schadstoffemissionen des Luftverkehrs - Vergleich verschiedener Verkehrsmittel und gesundheitliche Relevanz von Schadstoffen, 2022/04/06
Glossar
O2
= Sauerstoff. Im Normzustand ist Sauerstoff ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas. Es ist sehr reaktiv, fast jedes chemische Element, abgesehen von Edelgasen, reagiert mit Sauerstoff, um Verbindungen zu bilden.
Sauerstoff ist von großer Bedeutung, weil er wesentlich an den Atmungsprozessen der meisten lebenden Zellen und an Verbrennungsprozessen beteiligt ist. Es ist das am häufigsten vorkommende Element der Erdkruste. Die Luft besteht zu fast einem Fünftel (Volumen) aus Sauerstoff. Ungebundener gasförmiger Sauerstoff besteht normalerweise aus einem zweiatomigen Molekül (O2), es gibt ihn aber auch in dreiatomiger Form (O3,) besser bekannt unter dem Begriff Ozon.
Treibhausgase Diese in der Atmosphäre sich befindlichen Gase verhindern, dass langwellige Infrarotstrahlung auf direktem Weg von der Erdoberfläche ins Weltall gelangt. Sie verhalten sich wie Glasscheiben eines Treibhauses und heizen die Atmosphäre auf. Natürliche Treibhausgase:
  • Wasserdampf
  • Kohlendioxid
  • Ozon
  • Methan
  • Stickoxid
Vom Menschen gemachte Treibhausgase:
  • FKW
  • HFKW
  • FCKW
  • SF6
HC
= hydrocarbons, zu Deutsch: Kohlenwasserstoffe. Als Kohlenwasserstoffe werden in der Chemie Verbindungen bezeichnet, die ausschließlich Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) im Molekül enthalten.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
NOx
= Stickoxide. Ist die Sammelbezeichnung für die Oxide des Stickstoffs. Die wichtigsten Stickoxide sind Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Es sind gasförmige Verbindungen, die sich nur wenig in Wasser lösen.
Die wichtigsten Stickoxid-Quellen sind natürliche Vorgänge, wie zum Beispiel mikrobiologische Umsetzungen im Boden, sowie Verbrennungsvorgänge bei Kraftwerken, Kraftfahrzeugen und industrielle Hochtemperaturprozesse, bei denen aus dem Sauerstoff und Stickstoff der Luft Stickoxide entstehen. Stickstoffdioxid ist ein Reizstoff, der die Schleimhäute von Augen, Nase, Rachen und des Atmungstraktes beeinträchtigt.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?95223

Gedruckt am Montag, 29. April 2024 15:31:37