Ziviler Luftverkehr (1A3a)¶
Bemerkung
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TREMOD-AV berechnet die Treibhausgasemissionen, Nicht-CO2-Effekte und Schadstoffemissionen des zivilen Luftverkehrs (exkl. Militär) in Deutschland. Ausgenommen sind hier die Vorfeldemissionen (insb. der APU). Zudem werden die Flugzeugkilometer und Verkehrsleistung berechnet. Bilanziert werden Flüge mit Start in Deutschland bis zur ersten (Zwischen-)Landung. Die Berechnungen erfüllen die Anforderungen der Berichterstattung für das nationale Emissionsinventar. Die Ergebnisse werden aus TREMOD-AV über eine Schnittstelle an TREMOD übergeben. In TREMOD können die aggregierten Emissionsmengen für das Emissionsinventar über eine Schnittstelle direkt in das ZSE übernommen werden. Zudem können in TREMOD über ein Graphical User Interface (GUI) diverse Emissionen und spezifische Emissionsfaktoren (pro Start, Flugzeugkilometer, Verkehrsleistung) sowie verkehrliche Größen in unterschiedlichen Differenzieurngen abgerufen werden.
1. Eingangsdaten¶
In diesem Abschnitt werden alle Eingangsdaten beschrieben, die zur Berechnung der Emissionen sowie der Flugzeugkilometer und Verkehrsleistung in TREMOD benötigt werden.
Hierbei gibt es zum einen jährlich zu aktualisierende Datenstände und zum anderen Daten, die sich nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft richten. Im Folgenden werden alle Eingangsdaten aufgeführt:
1.1 Aktivitätsdaten¶
Die Aktivitätsdaten sind die Anzahl der Starts, Passagier- und Frachtmenge [t] pro Start-Ziel-Relation (IATA-Codes der Start- und Zielflughäfen) und Flugzeugtyp für die Hauptverkehrsflughäfen. Sie werden jährlich aktualisiert über das Statistische Bundesamt (Destatis) Referat Luftverkehr (E36). Die Anzahl Starts werden für die Emissionsberechnung benötigt, wogegen die Passagier- und Frachtmenge nicht unmittelbar einfließen, sondern nur für die Berechnung der Verkehrsleistung und Bereitstellung spezifischer Emissionsfaktoren benötigt werden. Der sonstige Flugverkehr (gewerbliche Starts von sonstigen Flughäfen und nicht-gewerbliche Starts) sind über die GENESIS-DB (46421-0051) von Destatis gegeben. Sie enthalten die Starts pro Größenklasse ohne Angaben über den Zielflughafen oder Flugdistanz. Vor der Integration der Ausgangsdaten von Destatis (MS Excel Tabelle) sind für die Hauptverkehrsflughäfen Zuordnungen der Flugzeugtypen nach Destatis zu den Flugzeugtypen nach TREMOD-AV und Tabellenumformatieurngen nötig. Beim sonstigen Flugverkehr sind Annahmen zum Verkehrsaufkommen, Ziel (national oder international) und mittlere Flugweite zu treffen.
1.2 Emissionsfaktoren¶
In TREMOD-AV wird beim Kraftstoffverbrauch (mKr(mass)), Partikel (Part), CO, HC und NOx auf flugzeugtypenspezifische Emissionsfaktoren zurückgegriffen, welche flugphasen- und distanzabhängig sind. Diese sind überwiegend über den Master emissions calculator (MEC) der EEA gegeben. Jedem Flugzeugtyp der o. g. Aktivitätsdaten nach Destatis wird ein Flugzeug-typ aus dem MEC zugeordnet. Sobald eine neue Version des MEC veröffentlicht wird, findet eine Überprüfung der Eingangs-daten statt. Dies geschieht in der Regel ca. alle 4 Jahre. Sofern ein Flugzeugtyp nach Destatis keinem Flugzeugtypen nach MEC zugeordnet werden kann, werden andere Datenbank verwendet. Diese sind die ICAO Turbinendatenbank oder Daten-banken des Bundesamts für Zivilluftfahrt der Schweiz (BAZL). Sofern neue Flugzeugtypen in den Aktivitätsdaten enthalten sind, müssen hierfür neue Emissionsfaktoren bereitgestellt oder zugewiesen werden. Jedem Flugzeugtyp wird zudem eine Kraftstoffart (Kerosin, Flugbenzin) zugeteilt. Neben dem Verbrauch und den o. g. vier Schadstoffen werden in TREMOD-AV weitere Treibhausgase und Schadstoffe berechnet. Diese sind Ruß, Benzol, Pb, CH4, CO2, CO2-Äquivalente, N2O, NH3, NMHC, SO2, Toluol und Xylol. Diese sind abhängig vom Kraftstoffverbrauch oder anderen Schadstoffen. Die Faktoren hierfür werden nicht jährlich aktualisiert.
1.3 Flugzeuginformationen¶
Jeder Flugzeugtyp ist neben den Emissionsfaktoren auch durch weitere Informationen definiert. Für die Berechnung und die Allokation der Emissionen sind die folgenden Parameter relevant und definiert: Maximales Abfluggewicht (MTOW) in Tonnen, Anzahl Sitzplätze, maximale Beladung, Frachtmaschine (ja/nein), Antrieb (Kolbenmotor, Turbo-Prop, Jet, sonstige). Sofern neue Flugzeugtypen in den Aktivitätsdaten enthalten sind, müssen hierfür die Flugzeuginformationen ergänzt werden.
1.4 Taxi-Dauern¶
Die mittleren Taxi-Dauern [sec] pro Flughafen werden für die Berechnung der Emissionen der LTO-Phase benötigt und jährlich aktualisiert. Datenquelle sind die taxi time data von Eurocontrol. Die Taxi-Dauer hängt u. a. von der Größenklasse des Flugzeugs ab. Dies wird in TREMOD über eine Korrekturfunktion abgeleitet.
1.5 Geokoordinaten der Flughäfen¶
Pro Flughafen sind Längen- und Breitengrad definiert. Sie dienen der Ermittlung der Flugweiten über die Großkreisdistanz.
1.6 Parameter für die Berechnung der Nicht-CO2-Effekte¶
Die Berechnung der Nicht-CO2-Effekte basiert auf einem Modell des DLR (Quelle siehe unten). In diesem Modell werden die Nicht-CO2-Effekte in Abhängigkeit der Komponenten (CO2, H2O, NOx, CiC), des Flugzeugtyps und der Geokoordinaten der Flughäfen berechnet. Die Gleichungen des DLR-Modells sind in TREMOD-AV integriert und dienen der Berechnung der Nicht- CO2-Effekte nach der Klimametrik ATR100. Die Parameter für diese Gleichungen und die Umrechnungsfaktoren zu den Klima metriken AGWP100 und EAGWP100pulse sind definiert. Diese Parameter und Faktoren sind durch das DLR gegeben und werden nicht jährlich aktualisiert.
Quelle DLR-Modell: Thor, R. N.; Niklaß, M.; Dahlmann, K.; Linke, F.; Grewe, V.; Matthes, S. (2023): The CO2 and non-CO2 climate effects of individual flights: simplified estimation of CO2 equivalent emission factors. Geoscientific Model Development Discussions, 2023, 1-24 DOI: 10.5194/gmd-2023-126.
2. Methodik¶
In diesem Abschnitt werden die Methodiken der Verkehrsmengen-, Emissions- und Klimawirkungsberechnung beschrieben. Zudem wird die Allokation der Emissionen auf die Transportart (Personen- und Güterverkehr) erläutert. Hierbei sind die verwendeten Klassen und Methoden aufgeführt.
2.1 Berechnung der Flugdistanzen¶
Die Berechnung der Großkreisdistanzen (GCD) werden anhand der IATA-Codes der Startflughäfen und Zielflughäfen und der Längen- und Breitengrade der Flughäfen durchgeführt. Es wird hierfür eine vereinfachte Gleichung verwendet, die eine hinreichende Genauigkeit aufweist:
Da die reale Flugdistanz (RD) i. d. R. vom Großkreis abweichen, wird in TREMOD-AV ein Umwegfaktor für die Emissionsberechnung berücksichtigt. Dies ist über die folgende Funktion umgesetzt:
2.2 Berechnung der Emissionen und Kraftstoffverbräuche¶
Die Berechnung der Emissionen folgt dem dargestellten Schaubild.
2.3 Berechnung der Verkehrsleistung und Allokation der Emissionen auf die Transportarten¶
Die Verkehrsleistung wird ausgehend von den Daten von Destatis pro Start-Ziel-Relation pro Flugzeugtyp ausgerechnet und im letzten Schritt für TREMOD aggregiert. Pro Start-Ziel-Relation und Flugzeugtyp wird das Aufkommen (Fracht in Tonnen und Personen) mit der GCD multipliziert. Die Emissionen, die Pro Start-Ziel-Relation und Flugzeugtyp berechnet werden, werden für jede Relation auf den Personen- und Güterverkehr aufgeteilt. Die Allokation erfolgt über die Konvention 1 Pkm entspricht 0,1 tkm.
2.4 Energiebilanzkorrektur und ZSE-Ausgabe¶
TREMOD berechnet die Energieverbräuche des Verkehrs bottom-up auf Grundlage von Flugbewegungen (Starts, etc.) und spezifischen Emissionsfaktoren. Für die Berichterstattung des Umweltbundesamtes sind jedoch die offiziell gemeldeten Kraftstoffabsätze im Verkehr relevant, welche jährlich von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) erstellt werden. Daher wird in TREMOD eine Energiebilanzkorrektur durchgeführt. Diese erfolgt in Form von Korrekturfaktoren, welche auf den Energieverbrauch und die Emissionen angewendet werden. Die Anzahl Starts, Flugdistanzen und Verkehrsleistungen werden nicht korrigiert. Folgende Formel veranschaulicht die Berechnung in TREMOD am Beispiel des Kerosinverbrauchs.
Differenzierung: Verkehrsträger, Relation, Energieart, Bezugsjahr
- Die Korrekturfaktoren errechnet sich je nach Kraftstoffart unterschiedlich.
Die Korrekturfaktoren für Flugbenzin ergeben sich aus dem Verhältnis vom Absatz zum Verbrauch. Sollte bspw. der Absatz 10% niedriger liegen als der Verbrauch, so ergeben sich Korrekturfaktoren für Flugbenzin in Höhe von 0,9.
Bei Kerosin wird allgemein der nationale Flugverkehr nicht korrigiert. Demnach sind die Faktoren gleich 1.
Der Kerosinverbrauch internationaler Flüge in der LTO-Phase wird ebenfalls nicht korrigiert und somit sind die Korrekturfaktoren gleich 1.
Die Korrekturfaktoren für den Verbrauch internationaler Flüge in der CCD-Phase ergeben sich nach folgender Berechnung:
Die hierbei berechneten Korrekturfaktoren werden auch für die Emissionen angewendet. Die Korrekturfaktor
Die korrigierten Energieverbrauchsdaten bilden auch die Grundlage für die nationale Berichterstattung im zentralen System Emissionen (ZSE). TREMOD verfügt hierzu über eine eigene ZSE-Schnittstelle für den Verkehr.
Das ZSE unterscheidet im Luftverkehr nach Kraftstoffart und Bezugsjahr. Dabei wird eine eigene Nomenklatur verwendet, welche in entsprechenden Zuordnungstabellen hinterlegt ist. Auch wird nur ein Teil der in TREMOD verfügbaren Schadstoffe für das ZSE berichtet.
- Das ZSE beinhaltet folgende Kenngrößen:
Aktivitätsrate: für direkte Emissionen in Terajoule (TJ)
Emissionsfaktoren: für direkte Emissionen in kg/TJ
Die Emissionsfaktoren berechnen sich aus dem Quotient aus den Emissionen und dem Endenergieverbrauch je Bezugsjahr und ZSE-Kategorie.
3. Ergebnisausgabe¶
Die Emissionen, Kraftstoffverbräuche, Klimaeffekte (Tank-to-Wheel) und Verkehrsmengen werden in der folgenden Differenzierung benötigt:
result_TREMOD-AV
Spaltenname |
Datentyp |
Beschreibung |
Datengültigkeit |
|---|---|---|---|
idscenario |
integer |
Identifikationsnummer Szenario |
3: Realjahre; 13: Szenario |
yearref |
integer |
Bezugsjahr |
/ |
operation type |
integer |
Betriebsart des Flugbetriebs |
1: Gewerbliche Flüge von Hauptverkehrsflughäfen; 2: Gewerbliche Flüge von sonstigen Flugplätzen; 3: Nicht-gewerblicher Starts |
idtr_relation |
integer |
Lokalisierung des Landeflughafens |
1: Landung auf nationalen Flughäfen; 2: Landung auf ausländischen Flughäfen |
continent |
integer |
Kontinent des Zielflughafens |
1: Europa; 2: Afrika; 3: Amerika; 4: Asien; 5: Australien/Ozeanien; 0: Unbekannt |
idenergy |
integer |
Eingesetzte Kraftstoffart |
4: Kerosin; 209: Flugbenzin |
id_distance_class |
integer |
Einordnung der Flugdistanz |
1: >0-500km; 2: >500-1000km; 3: >1000-1500km; 4: >1500-2000km; 5: >2000-2500km; 6: >2500-3000km; 7: >3000-3500km; 8: >3500-4000km; 9: >4000-4500km; 10: >4500-5000km; 11: >5000-10000km; 12: >10000km |
phase |
integer |
Flugphase |
14: CCD; 102: LTO; 101: Kompletter Flug (nicht relevant für Emissionen; über ID=101 werden nur die verkehrlichen Größen hinterlegt) |
id_size_class |
integer |
Maximales Startsgewicht in Tonnen |
1: MTOW <7t; 2: MTOW 7t-<20t; 3: MTOW 20t-<136t; 4: MTOW >=136t |
com_freighter |
boolean |
Verwendungszweck des Luftfahrzeugs |
false: Passagiermaschine; true: Frachtmaschine |
id_ac_drive |
integer |
Antriebsart des Flugzeugs |
1: Propellermaschine; 2: Turbopropellerflugzeug; 3: Strahlturbinenflugzeug; 4: Drehflügler und sonstige Luftfahrzeuge |
transport_type |
integer |
Transportart |
1: Personenverkehr; 2: Güterverkehr |
idss |
integer |
Identifikationsnummer für (Schad-)stoffe und verkehrliche Größe |
SIEHE TABELLE UNTEN |
Value |
double precision |
Wert des (Schad-)stoffs oder der verkehrlichen Größe |
/ |
res_unit |
text |
Einheit des Werts (Spalte Value) |
SIEHE TABELLE UNTEN |
Werte in result_TREMOD-AV
Größe |
Typ |
Einheit |
idss |
|---|---|---|---|
Anzahl Starts |
Verkehrliche Größe (wird phase=101 zugeordnet) |
# |
207 |
Flug-km nach Großkreisdistanz |
Verkehrliche Größe (wird phase=101 zugeordnet) |
km |
201 |
Passagieraufkommen |
Verkehrliche Größe (wird phase=101 zugeordnet) |
passengers |
205 |
Frachtaufkommen |
Verkehrliche Größe (wird phase=101 zugeordnet) |
t |
206 |
Verkehrsleistung-PV |
Verkehrliche Größe (wird phase=101 zugeordnet) |
Pkm |
203 |
Verkehrsleistung-GV |
Verkehrliche Größe (wird phase=101 zugeordnet) |
tkm |
204 |
Treibhausgase nach IPCC AR5 GWP100 |
Klimawirkung/THG |
t CO2eq |
88 |
Klimawirkung inkl. Nicht-CO2-Effekte |
Klimawirkung/THG |
t CO2eq |
77 |
CH4 |
Klimawirkung/THG |
t |
8 |
N2O |
Klimawirkung/THG |
t |
12 |
CO2 |
Klimawirkung/THG |
t |
7 |
Energiemenge |
Kraftstoffverbrauch |
MJ |
5 |
Kraftstoffmasse |
Kraftstoffverbrauch |
kg |
55 |
Kraftstoffvolumen |
Kraftstoffverbrauch |
Liter |
56 |
HC |
Schadstoff |
t |
1 |
CO |
Schadstoff |
t |
2 |
NOx |
Schadstoff |
t |
3 |
Partikel |
Schadstoff |
t |
6 |
NMHC |
Schadstoff |
t |
7 |
Blei |
Schadstoff |
t |
10 |
SO2 |
Schadstoff |
t |
11 |
NH3 |
Schadstoff |
t |
13 |
Benzol |
Schadstoff |
t |
17 |
Black Carbon |
Schadstoff |
t |
18 |
Toluol |
Schadstoff |
t |
19 |
Xylol |
Schadstoff |
t |
20 |