Technological options for climate change mitigation in the aviation sector: a case study
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3097359Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Beskrivelse
Full text not available
Sammendrag
Luftfart er i dag ansvarlig for omtrent 2,4 % av globale årlige CO2-utslipp. Sektorens bidrag til global oppvarming til dags dato er større enn det på grunn av ikke-CO2-utslipp. Luftfartens klimapåvirkning forventes å fortsette å øke med den forventede veksten i flytrafikken. Det kreves effektive avbøtende tiltak for å dempe sektorens økende utslipp. En case-studie er utført i denne oppgaven for å undersøke avbøtende potensialet til de teknologiske tiltakene, inkludert lettvekting av fly og bruk av Power-to-Liquid (PtL) og flytende hydrogen (LH2) som alternative drivstoff. Gjennom bruk av Aviation Transport Emission Assessment Model (AviTEAM), kvantifiseres flydrivstoffforbruket og utslippsreduksjonene som disse teknologiske tiltakene bidrar med. Resultatene viser at 10 % drivstoffbesparelse kan oppnås ved å senke flyets tomvekt med 20 % for den simulerte flyvningen. Dette fører til 10 % reduksjon i CO2, H2O, SO2 og organisk karbon (OC) utslipp. Utslippene av nitrogenoksider (NOx), uforbrent hydrokarbon (HC) og svart karbon (BC) reduseres med henholdsvis 19 %, 2 % og 12 %. Sammenlignet med vanlig jetdrivstoff genererer bruk av PtL samme mengde CO2, H2O og NOx, men reduserer utslippene av OC (-75 %), BC (-75 %), HC (-10 %) og CO (-10 %). LH2-forbrenning gir ikke karbonbaserte utslipp og reduserer NOx-utslippet med 46 %, men H2O-utslippet er nesten 4,6 ganger det fra parafindrevne fly. Disse teknologiske tiltakene tilbyr ulike reduksjonsnivåer for utslippsartene som er modellert, med visse avveininger av økte utslipp eller energieffektivitet. Drivstoffeffektive teknologier som lettvekt for fly tilbyr reduksjonspotensial, men det er relativt begrenset. PtL og LH2 krever forskjellige flyteknologier og utplasseringene krever tilstrekkelig drivstoffforsyning og infrastrukturberedskap. Bruken av AviTEAM gir fly- og flyspesifikk vurdering basert på de faktiske flybanene og belyser mulige effekter av de teknologiske avbøtende tiltakene. For å redusere luftfartens klimapåvirkning betydelig, må teknologiske løsninger gjennomgås omfattende sammen med ikke-teknologiske avbøtende veier, og implementeres for å virkelig dekarbonisere luftfartssektoren. Aviation is currently responsible for approximately 2.4% of global annual CO2 emissions. The sector's contribution to global warming to date is larger than that due to its non-CO2 emissions. Aviation's climate impact is expected to continue increasing with the projected air traffic growth. Effective mitigation measures are required to curb the sector's rising emissions. A case study is conducted in this thesis to examine the mitigation potential of the technological measures including aircraft light-weighting and employing Power-to-Liquid (PtL) and liquid hydrogen (LH2) as alternative fuels. Through the use of the Aviation Transport Emission Assessment Model (AviTEAM), the flight fuel consumption and emission reductions contributed by these technological measures are quantified. The results show that 10% fuel saving can be achieved by lowering the aircraft operating empty weight by 20% for the flight simulated. This leads to 10% reduction in CO2, H2O, SO2 and organic carbon (OC) emissions. The emissions of nitrogen oxides (NOx), unburnt hydrocarbon (HC), and black carbon (BC) are lowered by 19%, 2%, and 12%, respectively. Compared with conventional jet fuel, employing PtL generates the same amount of CO2, H2O and NOx but reduces emissions of OC (-75%), BC (-75%), HC (-10%) and CO (-10%). LH2 combustion does not produce carbon-based emissions and lowers the NOx emission by 46%, but the H2O emission is nearly 4.6 times of that from the kerosene-powered aircraft. These technological measures offer various reduction levels for the emission species modelled, with certain trade-offs of increased emissions or energy efficiency. Fuel-efficient technologies like aircraft light-weighting offer mitigation potential yet it is relatively limited. PtL and LH2 demand different aircraft technologies and the deployments require sufficient fuel supply and infrastructure readiness. The use of the AviTEAM provides aircraft- and flight-specific assessment based on the actual flight trajectories and sheds light on the possible effects of the technological mitigation measures. To substantially reduce aviation's climate impact, technological solutions must be comprehensively reviewed along with non-technological mitigation paths, and implemented to truly decarbonize the aviation sector.