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Möglichkeiten zur Reduzierung von CO2-Emissionen an Flughäfen

Hausarbeit 2016 26 Seiten

VWL - Umweltökonomie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Entstehung von CO2-Emissionen an Flughäfen und deren Folgen
2.1 Begriffsdefinition: „CO2-Emissionen“
2.2 CO2-Emissionsquellen an Flughäfen
2.3 Mögliche Einflüsse von CO2 auf das Klima

3. Grundlegende Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen an Flughäfen

4. Reduzierung von CO2-Emissionen der Luftfahrzeuge am Flughafen und dessen Nahbereich
4.1 Verfahren am Boden
4.2 Landeverfahren
4.3 Abflugverfahren
4.4 Alternative Treibstoffe und Antriebe

5. Reduzierung der CO2-Emissionen der Luftfahrzeugabfertigung
5.1 Alternative Antriebe der Bodenfahrzeuge
5.1.1 Hybridantrieb
5.1.2 E-Fahrzeuge
5.1.3 Regenerative Kraftstoffe
5.2 Reduzierung des Energiebedarfs zum Fahrzeugbetrieb

6. Möglichkeiten zur Reduzierung von CO2-Emissionen an Flughäfen am Beispiel deutscher Flughäfen
6.1 Flughafen Frankfurt am Main
6.1.1 Strategie zur Reduzierung von CO2-Emissionen
6.1.2 Effizientes Energiemanagement in Terminals, Gebäuden und Anlagen
6.1.3 E-Mobilität
6.1.4 Optimierung der intermodalen Verkehrsanbindung
6.1.5 Einsatz von LED-Leuchten
6.1.6 Nachhaltigkeit bei Beschaffung von Produkten und Dienstleistungen
6.2 Flughafen München
6.2.1 Strategie
6.2.2 Green IT
6.2.3 Energiewirtschaft
6.2.4 Erneuerbare Energien
6.2.5 Optimierter Flugbetrieb
6.2.5.1 Airport-Collaborative Decision Making (A-CDM)
6.2.5.2 Continuous Descent Approach (CDA)
6.3 Flughafen Hamburg
6.3.1 Strategie
6.3.2 Gebäudetechnik
6.3.3 Mobilitätskonzept 2020
6.3.4 Emissionsabhängige Start- und Landeentgelte
6.3.5 Abschalten der APU

7. Gütesiegel für erfolgreiche CO2-Reduzierung

8. Fazit

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abb.1: CO2-Fußabdruck Flughafen Frankfurt/Fraport AG 2014

1. Einleitung

Immer Häufiger werden wir mit dem Klimawandel und seinen Folgen konfrontiert. Ein großer Teil der vorhergesagten und beobachteten Ver­änderungen lässt sich direkt mit CO2-Emissionen, Verursacht durch den Menschen, in Verbindung bringen. Egal ob Stürme, Dürren, Überschwemmungen oder Hitzesommer, die Erderwärmung und daraus resultierende Naturkatastrophen werden von menschlichen Aktivitäten verursacht (vgl. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit 2016, o. S.).

Aufgrund des zunehmenden Interesse am Luftverkehr und laut Progno­sen steigender Zahlen an Flugbewegungen für die kommenden Jahre ge­winnen auch die ökologischen Belange, seitens der Politik sowie seitens der Bevölkerung, zum Klimaschutz weiter an Bedeutung und rücken in den Fokus. Angesichts des prognostizierten Wachstums von jährlich 2-3 Prozent muss der Luftverkehr - wie auch alle anderen Verkehrsträger - seinen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Wachstum des Luftverkehrs sollte nicht zu steigenden Umweltbelastungen führen. (vgl. Statista GmbH 2016, o. S.)

Etwa 0,1 Prozent der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen werden dem Betrieb aller Flughäfen in der Welt zugerechnet. Die CO2-Emissionen des gesamten Flugverkehrs betragen ca. zwei Prozent. (vgl. Fraport AG 2014, S. 1) Durch kontinuierliche Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs und Verringerung der Emissionen, können die Umweltbelastungen trotz des Wachstums verringert werden, jedoch ist der Klimaschutz eine der größten Umweltherausforderungen unserer Zeit. (vgl. Fraport AG 2014, S. 17)

2. Entstehung von CO2-Emissionen an Flughäfen und deren Folgen

In diesem Kapitel wird zunächst kurz erläutert was CO2-Emissionen sind. Im weiteren Verlauf werden die CO2-Emissionsquellen an Flughäfen[1] bestimmt und abschließend gehe ich kurz auf die Auswirkungen von CO2 auf das Klima ein.

2.1 Begriffsdefinition: „CO2-Emissionen“

CO2 ist ein farb- und geruchloses Gas welches natürlicher Bestandteil der Luft ist und unteranderem als Abfallprodukt beim Verbrenn von kohlenstoffhaltigen Energieträgern wie Kohle, Gas und Öl entsteht (vgl. Lohs & Stephan, 2009, S. 246). Emissionen sind durch menschliche Tätigkeit von einer Anlage ausgehende Luftverunreinigungen[2] welche zu Veränderungen der natürlichen Zusammensetzung der Luft führen. Darunter zählen insbesondere Veränderungen durch Rauch, Ruß, Staub, Gase, Aerosole, Dämpfe und Geruchsstoffe (vgl. Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz, 1974, BImSchG §3).

2.2 CO2-Emissionsquellen an Flughäfen

An Flughäfen entsteht CO2 nicht ausschließlich durch Flugzeuge im LTO-Zyklus (Landing-and-Take-off-Cycle). Hierunter versteht man eine Messlatte, für eine weltweit einheitliche Ermittlung der Schadstoffemis­sionen des Luftverkehrs an Flughäfen. Der LTO-Zyklus setzt sich aus den Betriebsphasen Rollen (Taxi in/Taxi out), Starten (Take-Off), Steig­flug (Climb) und Anflug (Approach) zusammen und betrachtet den Be­reich bis zu einer Flughöhe über Grund von 3.000 ft (914 Meter). (vgl. Mensen, 2013, S. 1417 f.). Ebenso spielen Aktivitäten am Flughafen eine entscheidende Rolle.

Nach ICAO Dokument 9889 existieren vier verschiedene Quellen für Emissionen an Flughäfen (vgl. International Civil Aviation Organization (2011), Chapter 3.4).

- CO2-Emissionen der Luftfahrzeuge im LTO-Zyklus
- CO2-Emissionen der Luftfahrzeugabfertigung
- CO2-Emissionen der Infrastruktur bzw. der stationären Quellen
- CO2-Emissionen des landseitigen, flughafeninduzierter Verkehr

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: CO2-Fußabdruck Flughafen Frankfurt/Fraport AG 2014 (vgl. Fraport AG (2016), o. S.)

2.3 Mögliche Einflüsse von CO2 auf das Klima

Die Auswirkungen der Treibhausgase auf das Klima beschäftigt Wissen­schaftler bereits seit etwa 200 Jahren. Besonders das Treibhausgas Koh­lenstoffdioxid ist seit ca. 150 Jahren im Fokus der Forscher. In der heuti­gen Zeit gibt es deutliche Indizien, dass vor allem CO2 zu einer Zunahme der Temperaturen auf der Erde auf einer globalen Skala bewirkt (vgl. Fischedick, Görner & Thomeczk (2015), S.13).

Aufgrund des Temperaturanstiegs prognostizieren Klimamodelle eine deutliche Zunahme von extremen Wetterereignissen wie Dürre- und Hit­zeperioden, Starkregenereignissen und Stürmen (vgl. Fischedick, Görner & Thomeczk (2015), S.23).

3. Grundlegende Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen an Flughäfen

Wie im vorangegangen Kapitel bereits erwähnt entsteht bei der Um­wandlung kohlenstoffhaltiger Energieträger zu Elektrizität, Wärme oder Kraft stets CO2. Um die Emission dieses Abgases zu reduzieren, bieten sich prinzipiell folgende drei Möglichkeiten an:

- Reduktion des Energiebedarfs

Die grundlegendste und effektivste Möglichkeit zur Reduzierung der CO2-Emissionen stellt die Reduktion der Energienachfrage dar. Allerding lässt sich die Nachfrage aufgrund von Grundbedürfnissen seitens der Bevölkerung und den herrschenden Umgebungsbedingungen nicht beliebig reduzieren. Eine weitere Form der Energiebedarfsreduzierung besteht darin, energetische Verluste zu minimieren (vgl. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (2009), S. 5f.).

- Steigerung der Umwandlungseffizienz

Steigerung der Umwandlungseffizienz zwischen End-und Nutzenenergie ist eine weiter Möglichkeit zur CO2-Reduzierung. Bei unverändertem Nutzenenergiebedarf, verringert sich das Endenergieaufkommen und damit verbunden CO2-Emissionen (vgl. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (2009), S. 6).

- Energieträgersubstitution

Die dritte Möglichkeit zur CO2-Reduzierung stellt die Substitution von Endenergieträgen durch schadstoffärmere dar. Zu berücksichtigen sind hierbei die jeweiligen Vorketten, d.h. neben den direkten Emissionen müssen auch diejenigen der Energieträgerbereitstellung - indirekte Emis­sionen - berücksichtigt werden (vgl. Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (2009), S. 7).

4. Reduzierung von CO2-Emissionen der Luftfahrzeuge am Flughafen und dessen Nahbereich

In diesem Kapitel werden Verfahren zur Minimierung des Kerosinver­brauchs der Flugzeuge und der damit Verbundenen Reduzierung der CO2-Emmissionen am Flughafen und dessen Nahbereich dargestellt.

4.1 Verfahren am Boden

Das Rollen von und zur Start- und Landebahn erfolgt überwiegend unter Benutzung aller Haupttriebwerke. Dies ist aufgrund des hohen Treib­stoffverbrauchs der Triebwerke im Leerlauf ineffizient. Bei zusätzlichen Stopps oder aufgrund von Warteschlangen an der Start- und Landebahn wird zusätzlich Kerosin verbraucht was Folglich unnötig CO2 verursacht (vgl. Deonandan, Balakrishnan (2010), S. 5ff.).

Beim Single Engine Taxiing wird das Flugzeug lediglich unter Zuhilfen­ahme eines von insgesamt zwei bzw. zwei von insgesamt vier Triebwer­ken zur Startbahn bzw. von der Landebahn manövriert. Mit dieser Vari­ante ist so eine relativ hohe Treibstoff Reduzierung möglich. Die Flugge­sellschaft SWISS schreibt beispielsweise ihren Piloten vor nach der Lan­dung mit nur einem Triebwerk zu Rollen, was zu CO2 Einsparungen in Höhe von 1.500 Tonnen pro Jahr führt (vgl. Lufthansa AG (2012), S. 3). Jedoch ist das Single Engine Taxiing nicht an jedem Flughafen möglich. Bei kleinen Flughäfen sind die Rollzeiten zu kurz bzw. die Triebwerkswarmlaufzeit länger. Zudem leidet die Manövrierbarkeit der Flugzeuge bei einseitiger Triebwerksschubleistung, wodurch die Piloten zusätzlich Belastet werden. Zusätzlich wird der Wartungsaufwand auf Grund der ungleichmäßigen Triebwerksabnutzung erhöht (vgl. Deonandan, Balakrishnan (2010), S. 5ff).

Eine weitere Möglichkeit neben dem Single Engine Taxiing ist das Rol­len komplett ohne Leistung der Triebwerke, sondern durch einen elektri­schen Antrieb oder eine Hilfsgasturbine (APU). Auch bei diesem Verfah­ren ist die Triebwerkswarmlaufzeit zu berücksichtigen (vgl. European Aviation Safety Agency (2013), o. S.).

Das Schleppen der Flugzeuge zur Start- bzw. Landebahn stellt eine wei­ter Möglichkeit der Treibstoff Reduzierung dar. Abhängig von der Ener­giequelle der Schlepper sind die Auswirkungen bei einem elektrischen Schleppfahrzeug auf den CO2-Ausstoß am höchsten (vgl. Deonandan, Balakrishnan (2010), S. 10ff). Desweitern können durch eine Verbesserung des Verkehrsflusses am Boden der Treibstoffverbrauch reduziert werden. Am Flughafen Frankfurt am Main wurde das sogenannte „Follow the Greens“ Verfahren mittels Simulation getestet. Hierbei handelt es sich um Lichtsignale welche im Boden integriert sind und dem Piloten zu einer dynamischen und intelligenten Rollführung verhelfen. Resultat sind geringere Rollzeiten sodass folglich Treibstoff eingespart und CO2-Emissionen Reduziert werden können (vgl. Fraport AG (2013), o. S.).

4.2 Landeverfahren

Zur Minimierung des Treibstoffverbrauchs existieren hinsichtlich des Landeverfahrens verschiedene Maßnahmen ohne Installation zusätzlicher Hilfsmittel im Flugzeug, welche auch zum Teil kurzfristig umsetzbar sind. Da es bei der Landung häufiger zu Unfällen kommt, muss außer­dem die zusätzliche Belastung der Piloten in Grenzen gehalten werden Desweitern muss die Vorhersage der Ankunftszeit berücksichtigt werden, diese sollte nicht negativ beeinträchtigt werden, da sonst die Flugsicherung die bereits enge Staffelung vergrößern muss und somit die Kapazität sinken würde (vgl. Belvoir Media Group, LLC (2002), o. S.).

Mittels Continuous Descent Approach (CDA) ist es möglich Treibstof­feinsparungen während des Anflugverfahrens zu Erzielen. Mit dieser Landevariante wird eine stufenartige Reduzierung der Flughöhe vermie­den wodurch bei einem Flugzeug der Größe eines Airbus A320 zwischen 50 und 150 Kilogramm Treibstoff pro Flug eingespart werden können. Dies entspricht einer CO2-Reduzierung von 158 bis 473 Kilogramm (vgl. Technische Universität Dresden (2009), o. S.). Dieses Verfahren kann ohne weitere Vorkehrungen geflogen werden. Der Pilot fliegt dabei eine kontinuierliche Sinkflugrate von 300ft/NM welche einem Winkel von 3°entspricht. Aufgrund von Differenzen bezüglich der Fluggeschwindigkeit der einzelnen Flugzeugtypen unterscheidet sich die Länge der Anflugstrecke wodurch der Aufwand für die Fluglotsen steigt (vgl. DFS Deutsche Flugsicherung GmbH (2016), o. S.). Ein weiteres Verfahren welches zusätzlich angewandt werden kann ist das Low Power Verfahren. Um den Widerstand während des Landeverfahrens zu reduzieren wird eine Anpassung der Landeklappen vorgenommen und das Fahrwerk erst bei einer Höhe von ca. 2000 ft ausgefahren (vgl. Technische Universität Dresden (2009), o. S.).

Das Point Merge Verfahren ist eine weitere Variante zur Minimierung des Treibstoffverbrauchs während der Landung. Bei dieser Variante werden anfliegende Flugzeuge zu einem bestimmten Punkt geflogen um den Ankunftsvorgang zu harmonisieren. Hinsichtlich der Verweilzeiten ab 3000ft sind so durchschnittliche Verbesserungen von 300 Sekunden auf 235 Sekunden erreicht worden was einer CO2-Reduzierung von 3 Prozent entspricht (vgl. European Organisation for the Safety of Air Navigation (2010), S. 16f.). Das „Green Wave“ Verfahren welches in Zürich auf Grund des Nachtflugverbots und der daraus Entstehenden Ankunftswelle am Morgen eingesetzt wird ist eine weiter Möglichkeit bei der Landung Treibstoff zu reduzieren. Es erfolgt eine Zuteilung von drei Minütigen Zeitfenstern was das Fliegen von zusätzlichen Schleifen (Holdings) verhindern soll. Die Flugsicherung kann somit den Flug effi­zienter durch terminieren der Abflugzeiten oder durch variieren der Fluggeschwindigkeit entsprechend dem Zeitfenster anpassen (vgl. Swiss Air Navigation Services ltd. (2015), S 1)

4.3 Abflugverfahren

Analog zum bereits genannten CDA-Verfahren welches bei der Landung eingesetzt werden kann existiert auch ein Continous Climb Departures (CCD) Verfahren. Durch Vermeidung stufenartigen Steigens werden schneller höhere Flughöhen erreicht und dabei der Treibstoffverbrauch reduziert (vgl. Sustainable Aviation S. 17 ff.).

4.4 Alternative Treibstoffe und Antriebe

Auch im Luftfahrtsektor stellen Biokraftstoffe ihre Leistungskraft unter Beweis. Als erste Fluggesellschaft weltweit hat Lufthansa eine Alterna­tive zu fossilem Kerosin im regulären Flugbetrieb eingesetzt. Auf der Strecke zwischen Hamburg und Frankfurt wurde von Juli bis Dezember 2011 ein Airbus-321-Triebwerk zu 50 Prozent mit nachhaltigem Bio-kraftstoff angetrieben. Die CO2-Einsparungen bei täglich acht Flügen im Versuchungszeitraum betrugen etwa 1.500 Tonnen (vgl. Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft (2013), S. 14)

Langfristig weisen vollkommen neue Flugzeugkonfigurationen wie etwa die Entwicklung des HY4 den Weg. Derzeit entwickelt sich die Vision vom Emissionsfreien fliegen zur Realität. Einen Meilenstein auf diesem Weg markiert dabei die HY4, das erste Passagierflugzeug mit Wasser­stoff-Brennstoffzellentechnologie und Elektroantrieb entwickelt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dieses Hybridsys­tem ermöglich sauberes, leises energieeffizientes und sicheres fliegen. Der Erstflug der HY4 ist für den Sommer 2016 am Flughafen Stuttgart geplant (vgl. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V (2015), o. S.).

[...]


[1] und dessen Nahbereich (LTO-Zyklus)

[2] und Lärm, welcher allerdings nicht Gegenstand dieser Arbeit ist und nicht genauer betrachtet wird.

Details

Seiten
26
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783668236325
ISBN (Buch)
9783668236332
Dateigröße
837 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v333948
Institution / Hochschule
Europäische Fernhochschule Hamburg
Note
1,0
Schlagworte
möglichkeiten reduzierung co2-emissionen flughäfen

Autor

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