Emissionen analysieren

Um Emissionen umfassend zu verstehen, erfassen wir sie in verschiedenen Umgebungen – im Labor, an Prüfständen, am Flughafen und direkt am Flugzeug. Jede Messumgebung liefert spezifische Erkenntnisse und trägt dazu bei, das Emissionsgeschehen vom Entstehungsort bis zu den ersten Reaktionen in der Atmosphäre nachzuvollziehen.

Laboruntersuchungen, Prüfstandtests und Echtzeitmessungen am Flughafen

Im Labor untersuchen wir unter kontrollierten Bedingungen das Emissionsverhalten neuer und alternativer Kraftstoffe. Hier können wir Reaktionsmechanismen isolieren, vergleichbare Rahmenbedingungen schaffen und dann gezielt Parameter variieren, um grundlegende Zusammenhänge zwischen Kraftstoffstruktur, Verbrennungsbedingungen und Emissionen sichtbar zu machen. Diese Untersuchungen bilden die Basis, um die Zusammensetzung von Kraftstoffen zu verstehen und Unterschiede sauber herauszuarbeiten.

An Prüfständen analysieren wir Emissionen unter realitätsnahen, weitgehend standardisierten Betriebsbedingungen. Dazu gehören Triebwerksprüfstände, Brennkammeraufbauten und motorische Systeme, in denen sich technologische Entwicklungen direkt bewerten lassen. Mit Hilfe reproduzierbarer Lastprofile und definierter Randbedingungen verstehen wir zunehmend besser, wie sich unterschiedliche Kraftstoffe im technischen Betrieb verhalten.

Am Flughafen erfassen wir Emissionen unter realen Einsatzbedingungen, wie zum Beispiel während der Bodenbetriebsphasen Rollen, Leerlauf oder Startvorbereitung. Diese Messungen zeigen, wie sich Triebwerke und Kraftstoffe im operativen Umfeld verhalten und welche Emissionen im praktischen Betrieb auftreten. Sie ergänzen unsere Labor- und Prüfstandsdaten.

Messungen direkt am Flugzeug - während des Flugs und am Boden

Direkt am Triebwerk des Flugzeugs führen wir detaillierte Bodenmessungen durch – sowohl direkt am Engine Exit als auch im Bereich zwischen 30 und 100 Meter hinter dem Flugzeug, dem sogenannten Near-field. Das Flugzeug wird geparkt, und der Pilot lässt das Triebwerk dann am Boden alle Betriebszustände vom Start bis zur Landung durchlaufen, sodass Emissionen klar einzelnen Lastpunkten und Schubniveaus zugeordnet werden können (ICAO-LTO-Zyklus). Mit Hilfe von Sonden, die in verschiedenen Abständen zum Triebwerk installiert sind,  erfassen wir die Emissionen unmittelbar nach dem Verbrennungsprozess und verfolgen die ersten Verdünnungs- und Alterungsprozesse. Auf diese Weise werden Kraftstoff- und Technologieeffekte direkt an der Quelle sichtbar.

Die Sonden für diese Messungen entwickelt das Team am Institut. Sie müssen den hohen Temperaturen, Druckstößen und Strahlgeschwindigkeiten eines laufenden Triebwerks standhalten. Die Arbeiten erfordern eine sorgfältige Vorbereitung und eine abgestimmte Durchführung mit allen beteiligten Partnern.

Ergänzend zu unseren Bodenmessungen erfassen unsere Kolleginnen und Kollegen vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre und der Flugexperimente das Emissionsgeschehen im Flug. Während wir die Emissionen direkt am Triebwerk und im Nahbereich charakterisieren, stehen im Flug die daraus entstehenden Kondensstreifen im Mittelpunkt. Dort wird untersucht, wie sich die Eigenschaften der Emissionen – zum Beispiel Partikelanzahl und -eigenschaften – in den gebildeten Contrails widerspiegeln. Auf diese Weise kann das DLR Emissionen und Kondensstreifen direkt miteinander korrelieren und den Einfluss von Kraftstoffen und Technologien auf Entstehung, Ausprägung und Entwicklung der Contrails gezielt bewerten.

Messungen im Straßenverkehr

Wir untersuchen aber nicht nur Flugzeuge und ihre Triebwerke, sondern erfassen Emissionen auch im Straßenverkehr. Mit unserem mobilen Messlabor können wir Emissionen direkt im Verkehrsgeschehen untersuchen und so verschiedene Fahrzeug- und Betriebssituationen unter realen Bedingungen und in Echtzeit analysieren.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung von Reifenabrieb. Diese Partikel werden zunehmend relevant im Straßenverkehr. Diese Messungen führen wir jedoch nicht aktiv im Verkehr, sondern kontrolliert am Rollenprüfstand des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte durch. Dort haben wir verschiedene Messsysteme entwickelt, um Reifenabrieb so reproduzierbar wie möglich zu erfassen und Partikelemissionen präzise zu charakterisieren.

Gemeinsam mit unseren Kolleginnen und Kollegen des Instituts für Fahrzeugkonzepte analysieren wir dabei die ultrafeinen Partikel (UFP), die beim Reifenabrieb entstehen und bislang weitgehend unreguliert sind. Durch die reproduzierbaren Bedingungen des Rollenprüfstands können wir die Entstehungsmechanismen, Größenverteilungen und Eigenschaften dieser Partikel detailliert untersuchen und so eine wissenschaftliche Basis für zukünftige Bewertungsansätze schaffen.

Was sind eigentlich Emissionen?