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School of Engineering

AGEAIR

Die AGEAIR (AGEing AIRcrafts) Projekte befassen sich mit dem Einfluss des Triebwerkalters auf das Emissionsverhalten von Flugzeugtriebwerken. Die meisten wissenschaftlichen Untersuchungen zum Emissionsverhalten von Flugzeugtriebwerken schenken dem Alterungseffekt der getesteten Triebwerke keine grosse Aufmerksamkeit und auch die in der ICAO Engine Emission Database (EEDB) verfügbaren Daten basieren auf neuen Flugzeugtriebwerken. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass das Alter der Triebwerke die Gas- und Partikelemissionen beeinflusst. Solche Informationen sind wichtig, um die Auswirkungen der Luftfahrt auf die lokale Luftqualität und das Klima besser zu verstehen. Neben der Auswirkung des Triebwerkverschleisses auf die lokale Luftqualität sind die Emissionseigenschaften von kleinen bis mittelgrossen Hubschrauber- und Flugzeugtriebwerken (Wellen-, Turboprop- sowie von kleinen Strahltriebwerken) trotz jüngster Fortschritte noch weitgehend unbekannt. Obwohl der relative Anteil solcher kleinen Triebwerke bei der Betrachtung der weltweiten Luftfahrtemissionen vernachlässigbar ist, können sie für die Emissionen an bestimmten Flughäfen und somit für deren Luftqualität entscheidend sein. Zudem trägt die Messung der emittierten Schadstoffe zu einem ganzheitlicheren Verständnis der Auswirkungen der Luftfahrt auf die Umwelt bei. AGEAIR zielt darauf ab, diese beiden Wissenslücken mit Hilfe zahlreichen Messungen mit SMARTEMIS, sowohl in verschiedenen Triebwerksprüfständen als auch direkt an Flugzeugen, zu schliessen.

AGEAIR I - abgeschlossen

Das Projekt AGEAIR I wurde im Juni 2020 offiziell abgeschlossen. AGEAIR I wurde mit der Übernahme des Swiss Mobile Aircraft Emission Measurement System (SMARTEMIS) von der Empa durch das ZAV unter der Federführung der ZAV-Forschungsstelle Meteorologie, Umwelt und Luftfahrt (METENVIA) initiiert. Die primären Ziele von AGEAIR I waren der Aufbau von Kompetenz in den Bereichen der Triebwerksemissionsmessungen, Handhabung von Emissionsdaten und Interpretation innerhalb der Forschungseinheit. Nach umfangreichen Wartungsarbeiten an der SMARTEMIS-Infrastruktur wurden Emissionsmessungen an Flugzeugtriebwerken durchgeführt, welche bei SR Technics gewartet wurden. Dabei wurden erste Erkenntnisse über die Auswirkungen der Triebwerksalterung auf die Emissionseigenschaften gewonnen.

Zusammenfassung der AGEAIR I Ergebnisse:

AGEAIR II - laufend

AGEAIR II wurde im Juli 2020 initiiert. Das Projekt setzt die Arbeit von AGEAIR I fort und vertieft die Untersuchung des Einflusses des Triebwerksalters auf das Emissionsverhalten von Mantelstromtriebwerken. AGEAIR II setzt zudem auch die Pflege und Erweiterung der SMARTEMIS-Infrastruktur fort.

AGEAIR II geht jedoch noch einige Schritte weiter. Während dem Projekt soll auch das Emissionsverhalten von nicht regulierten Treibwerken, einschliesslich Wellenleistungs-, Turboprob- und kleinen Mantelstromtriebwerken, unterhalb der maximalen Nennschubgrenze in den ICAO-Vorschriften (26.7kN) untersucht werden. Die Ziele von AGEAIR II werden durch parallele Projekte der METENVIA-Gruppe wie die EU-H2020-Projekte ACACIA und RAPTOR ergänzt.

News zu AGEAIR II: Erstes Projektjahr

Im Jahr 2020 wird die Welt von der Corona-Pandemie erschüttert, welche für die Luftfahrtindustrie besonders einschneidende Konsequenzen hat. Obwohl sich dies auch auf die Messungen bei SR Technics auswirkte, wurde kontinuierlich am Projekt AGEAIR II weitergearbeitet.

News zu AGEAIR II: Zweites Projektjahr

2021 war ein sehr erfolgreiches Jahr für das AGEAIR II-Projekt, insbesondere im Hinblick auf Emissionsmessungen. Nach mehreren Wartungs- und Erweiterungsarbeiten der SMARTEMIS-Infrastruktur im ersten AGEAIR II-Projektabschnitt haben wir dieses Jahr bei SR Technics insgesamt 17 vollständige Schubprofil-Emissionsmessungen durchgeführt. Parallel dazu konnte ein neues Teammitglied eingeschult werden, was die Kompetenzverteilung bei Betrieb und Wartung von SMARTEMIS verbessert.

Darüber hinaus gab es mehrere Kooperationsprojekte mit externen und lokalen Partnern. Zwei Kampagnen wurden mit einer japanischen Forschungsgruppe für das japanische Nationale Institut für Umweltstudien (NIES) durchgeführt, bei denen Abgasproben auf Partikelfiltern zur Analyse der Zusammensetzung gesammelt wurden. Im Rahmen des ACACIA-Projekts wurden in Zusammenarbeit mit einer ETH-Forschungsgruppe Triebwerksemissionen für Experimente gesammelt, in welchen die Wirksamkeit von Russpartikeln für die Eiskristallbildung erforscht wird. Als Fortsetzung des RAPTOR-Projekts wurde im Dezember 2021 die zweite RAPTOR-Kampagne am Gasturbinen-Forschungszentrum (GTRC) in Wales durchgeführt.

Im Jahr 2022 ist die Fortsetzung der Emissionsmessungen geplant, wobei der Schwerpunkt auf kleineren, nicht regulierten Triebwerken liegen wird. Wir freuen uns ebenfalls auf die nächste Messkampagne im Rahmen des ACACIA-Projekts und auf künftige Zusammenarbeiten innerhalb und ausserhalb der Schweiz, um die Emissionen von Flugzeugtriebwerken und deren Auswirkungen auf die Umwelt besser zu verstehen.

News zu AGEAIR II: Drittes und viertes Projektjahr

2022 und 2023 waren ebenfalls erfolgreiche Jahre für die Emissionsforschung von METENVIA im Rahmen des AGEAIR II-Projekts. Die Emissionsmessungen für das Projekt ACACIA in Zusammenarbeit mit der ETH und das Projekt APPROPRIATE in Zusammenarbeit mit dem PSI wurden im Jahr 2022 bei SR Technics erfolgreich durchgeführt.

Im Jahr 2023, als es bei der SR Technics wegen Umbauarbeiten beim Triebwerksprüfstand zu einem Teilstillstand der Triebwerkstests kam, führte METENVIA eine Feldkampagne in Payerne durch. Im Rahmen dieser Messkampagne wurden zusammen mit dem PSI, dem BAZL und der Schweizer Luftwaffe Emissionsmessungen an der Swiss Air Force One (Cessna 560 XL Citation Excel, Citation-Kampagne) durchgeführt, bei denen das Emissionsverhalten ihrer Triebwerke im Betrieb mit Jet A1 und einer 30%igen SAF/Jet A1-Mischung verglichen wurde (Bericht über diese Messkampagne). Die vorläufige Auswertung der Daten deutet darauf hin, dass die Partikelemissionen durch die Verwendung von SAF im Kraftstoffgemisch erheblich (um etwa 20 %) gesenkt werden konnten.

AGEAIR II läuft Ende Dezember 2023 aus, weshalb der Fokus in diesem Jahr verstärkt auf der Datenanalyse lag. Für den Abschluss des AGEAIR II-Projekts sind weitere Veröffentlichungen geplant.

Ausblick:
Um die im Rahmen der AGEAIR-Projekte begonnene Emissionsforschung fortzusetzen, wird im Januar 2024 ein neues, vom BAZL finanziertes Projekt ADVISAR (Addressing feasibility studies towards cleaner aviation and environmental impacts research with SAF on unregulated engines) gestartet. ADVISAR wird sich darauf konzentrieren, die in der Citation-Kampagne begonnenen Arbeiten fortzusetzen, d.h. die Veränderungen im Emissionsverhalten bei der Verwendung alternativer Kraftstoffe zu untersuchen. Darüber hinaus wird ADVISAR die logistischen Engpässe beim Import und Vertrieb von SAF in der Schweiz, die gesundheitlichen Auswirkungen von Emissionen bei der Verwendung von SAF sowie die Auswirkungen der Umgebungsbedingungen auf das Emissionsverhalten bei herkömmlichen und alternativen Kraftstoffen/Kraftstoffgemischen untersuchen.