„Wie die Flughöhe den Effekt von Flugzeugen auf die Erderwärmung beeinflusst.“
Autor: Felix Marterer
Flugzeuge zählen im Verkehrssektor zu den bedeutendsten Quellen von Treibhausgasen. Eine zentrale Frage in der Debatte um die Klimaauswirkungen des Luftverkehrs ist, ob und wie die Flughöhe die Erderwärmung durch diese Emissionen beeinflusst. Dieser Artikel untersucht, ob die Behauptung – der Einfluss von Flugzeugen auf die Erderwärmung hängt von der Flughöhe ab – bestätigt werden kann oder abzulehnen ist.
Das Fliegen in großen Höhen bietet einen wesentlichen Vorteil – eine gesteigerte Treibstoffeffizienz. Wegen des geringeren Luftwiderstands verbrauchen Flugzeuge in höheren Lagen weniger Treibstoff und stoßen somit weniger klimaschädliche Treibhausgase aus.[1] Das wichtigste hierbei freigesetzte Gas ist Kohlenstoffdioxid (CO2), das langweilige Wärmestrahlung in der Atmosphäre absorbiert und anschließend in alle Raumrichtungen, auch in Richtung der Erdoberfläche, zurückstrahlt.[2, 3] Der Einfluss von CO2 auf die Erderwärmung wird durch seine lange Verweilungsdauer in der Atmosphäre noch verstärkt.[4] Diese ist auf eine beschränkte Anzahl natürlicher Speicher- und Abbaumechanismen zurückzuführen. Zu den Mechanismen zählen beispielsweise die Photosynthese oder die Meeresabsorption, die lediglich in unmittelbarer Nähe zur Erdoberfläche stattfinden.[5, 6, 7, 8]
Zusätzlich werden beim Fliegen Stickoxide (NOx) freigesetzt, die in größeren Reiseflughöhen, in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre, die Bildung von Ozon, einem besonders wirksamen Treibhausgas, anregen.[3, 9, 10] Gleichzeitig tragen NOx-Emissionen zum Abbau des ebenfalls stark aktiven Treibhausgases Methan bei, was eine kühlende Wirkung erzeugt. Dieser kühlende Effekt ist jedoch schwächer ausgeprägt als die Erwärmung durch die Ozonproduktion, sodass die Freisetzung von Stickoxiden insgesamt zu einem leichten Temperaturanstieg führt.[11, 12]
Ein weiteres Abgasprodukt des in den Flugzeugtriebwerken verbrannten Kerosins ist Wasserdampf.[13] Je nach freigesetzter Höhe zeigt dieser Wasserdampf ein stark unterschiedliches Verhalten. In niedrigen Fluglagen, in denen die Temperaturen höher sind, kann die Feuchtigkeit leichter von der Umgebung aufgenommen werden, sodass entstehende Kondensstreifen rasch verschwinden. In größeren Höhen jedoch, wo die Temperatur stark abfällt, ist die Wasseraufnahme der Umgebung deutlich gehemmt, da wegen einer hohen Luftfeuchtigkeit in diesen Lagen eine gesättigte Atmosphäre vorherrscht. Bei weiterer Freisetzung, die oft über mehrere Stunden bestehen bleiben.[13, 14, 15, 16] Auch diese Wolken wirken erwärmend, indem sie Wärmestrahlung einfangen und den Treibhauseffekt kurzfristig verstärken.[17, 18, 19]
Die Aussage, dass die Flughöhe von Flugzeugen die Auswirkungen auf die Erderwärmung beeinflusst, ist im Kern zutreffend. Eine optimierte Reiseflughöhe könne dazu beitragen, die Klimaauswirkungen des Flugverkehrs zu verringern. Eine Senkung der Reiseflughöhe würde die nicht-CO2-Effekte – wie die Bildung von Kondensstreifen und Ozon – reduzieren und so die Strahlungswirkung senken. Dies könnte jedoch zu einem Anstieg des CO2-Ausstoßes führen, da der Treibstoffverbrauch in niedrigeren Lagen höher ist. Eine sorgfältige Abwägung zwischen CO2– und nicht-CO2-basierten Effekten ist daher notwendig, um den Luftverkehr klimafreundlicher zu gestalten.
Quellen:
[1] N. Stoliarchuck, Features, problems and prospects of civil aviation decarbonization. SBFAEML 2022, 6, S. 81-88.
[2] S. Delgado, B. Valentin, D. Bontemps, O. Authier, Degradation of Amine Solvents in a CO 2 Capture Plant at Lab-Scale: Experiments and Modeling. Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57 (18), S. 6057-6067.
[3] M. Z. Jacobson, J. T. Wilkerson, A. D. Naiman, S. K. Lele, The effects of aircraft on climate and pollution. Part II: 20-year impacts of exhaust from all commerical aircraft worldwide treated individually ath the subgrid scale. Faraday Discuss. 2013, 165, S. 369.
[4] E. Terrenoire, D. A. Hauglustaine, T. Gasser, O. Penanhoat, The contribution of carbon dioxide emissions from the aviation sector to future climate change. Environ. Res. Lett. 2019, 14 (8), S. 84019
[5] K. Z. House, C. H. House, D. P. Schrag, M. J. Aziz, Electrochemical acceleration of chemical weathering as an energetically feasible approach to mitigating anthropogenic climate change, Environmental science & technology 2007, 41 (24), S. 8464-8470.
[6] D. A. C. Manning, P. Renforth, Passive sequestration of atmospheric CO2 through coupled plan-mineral reactions in urban soils. Environmental science & technology 2013, 47 (1), S. 135-141.
[7] S. Ghoshal, M. K. Hazra, Impact of OH Radical-Initiated H2CO3 Degradation in the Earth’s Atmosphere via Proton-Coupled Electron Transfer Mechanism. The journal of physical chemistry. A 2016, 120 (4), S. 562-575.
[8] A. Bhardwaj, S. K. Jain, Monte Carlo model of electron energy degradation in a CO 2 atmosphere, J. Geophys. Res. 2009, 114 (A11).
[9] J. D. Scheelhaase, in The Economics of international Airline Transport (Hrsg.: J. Peoples), Emerald Group Publishing Limited 2014, S. 255-280.
[10] V. Grewe, M. Dameris, C. Fichter, D. S. Lee, Impact of aircraft NOx emissions. Part 2: Effects of lowering the flight altitude. metz 2002, 11 (3), S. 197-205.
[11] D. S. Lee, D. W. Fahey, A. Skowron, M. R. Allen, U. Burkhardt, Q. Chen, S. J. Doherty et al., The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018. Atmospheric environment (Oxford, England 1994) 2021, 244 S. 117834.
[12] E. Terrenoire, D. A. Hauglustaine, Y. Cohen, A. Cozic, R. Valorso, F. Lefèvre, S. Matthes, Impact of present and future aircraft NO x and aerosol emissions on atmospheric composition and associated direct radiative forcing of climate. Atmos. Chem. Phys. 2022, 22 (18), S. 11987-12023.
[13] N. K. Shonija, O. B. Popovicheva, N. M. Persiantseva, A. M. Savel’ev, A. M. Starik, Hydration of aircraft engine soot particles under plume conditions: Effect of sulfuric and nitric acid processing. J. Geophys. Res. 2007, 112 (D2).
[14] D. T. Shindell, Climate and ozone response to increased stratospheric water vapor. Geophysical Research Letters 2001, 28 (8), S. 1551-1554
[15] E. A. Irvince, B. J. Hoskins, K. P. Shine, The dependence of contrail formationon the weather pattern and altitude in the North Atlantic. Geophysical Research Letters 2012, 39 (12).
[16] K. Wolf, N. Bellouin, O. Boucher, Long-term upper-troposphere climatology of potential contrail occurrence over the Paris area derived from radiosonde observations. Atmos. Chem. Phys. 2023, 23 (1), S. 287-309
[17] U. Schumann, Formation, properties and climatic effects of contrails. Comptes Rendus. Physique 2005, 6 (4-5), S. 549-565
[18] A. L. Tasca, V. Cipolla, K. Abu Salem, M. Puccini, Innovative Box-Wing Aircraft: Emissions and Climate Change. Sustainability 2021, 13 (6), S. 3282.
[19] E. Schwartz, I. Kroo, Aircraft Design: Trading Cost and Climate Impact, in 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Reston, Virginia 05 January 2009 – 08 January 2009.