Die Diskussion nach Lösen dieser Aufgaben könnte auch als Klassengespräch geführt werden.

Transkript

1 7B Lehrerkommentar MST Ziele Arbeitsauftrag Es soll den Schülerinnen und Schülern bewusst werden, dass Fliegen klimaschädliches CO 2 produziert. Aber auch, dass in den letzten Jahren enorme technische Fortschritte erzielt werden konnten, um diesem Problem entgegen zu wirken. Die Schülerinnen und Schüler trainieren die rechnerischen Fertigkeiten (z.b. Grössenumwandlung kg g). Die Schülerinnen und Schüler eignen sich zuerst das Wissen an, was ein LTO-Zyklus ist und füllen auf dem Blatt 7B-1 im unteren Teil die Tabelle aus. Danach berechnen sie für die Flugzeuge auf Blatt 7B-2 den CO 2 -Ausstoss pro Passagier. Die Ergebnisse tragen sie in 7B-3 auf. Es folgt die Selbstkontrolle mit den Lösungsblättern. In einer Diskussion mit dem Partner / der Partnerin sollen die Ergebnisse reflektiert und einige Gedanken dazu auf dem Blatt 7B-1 festgehalten werden. Material Arbeitsblätter 7B 1, 2, 3 evt. Taschenrechner Lösungsblätter Sozialform Zeit PA 40 min Anregung Die Diskussion nach Lösen dieser Aufgaben könnte auch als Klassengespräch geführt werden. Dazu einige Bemerkungen: Sowohl bei den kleineren Flugzeugen, welche kürzere Strecken fliegen, als auch bei den grösseren Langstreckenflugzeugen konnte der CO 2 -Ausstoss über die letzten 50 Jahre verringert werden. Die Technik ist erstaunlich, wenn man bedenkt, dass der neue Airbus A380 mit einer noch nie dagewesenen Grösse trotzdem einen geringeren CO 2 -Ausstoss aufweist als manches andere Flugzeug. Fliegen, bzw. der Verbrennungsrückstand CO 2 ist zweifellos klimaschädlich! Eine Verringerung des CO 2 -Ausstosses wäre zum Beispiel möglich durch weniger oft bzw. weniger weit fliegen. Oder durch Entwicklung eines neuen Treibstoffes, welcher nicht mehr das Abfallprodukt CO 2 produziert (siehe folgenden Artikel des Tages-Anzeigers). Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 115 von 155

2 7B Lehrerkommentar MST Artikel aus dem Tages-Anzeiger vom 13. Juli 2010 Fliegen mit Treibstoff aus Algen Von Walter Niederberger. Boeing und Airbus setzen auf eine neue Generation von Agrartreibstoffen. Die Ölkatastrophe im Golf von Mexiko soll den Umstieg beschleunigen. Die beiden führenden Flugzeughersteller sind des Zauderns überdrüssig. «Wir warten nicht mehr ab, was die Politik für die Zukunft der Energieversorgung entscheidet. Für uns ist die Sache klar», sagt Darrin Morgan, Direktor für alternative Treibstoffe der Boeing-Flugzeugwerke in Seattle. Nach mehrjährigen Laborversuchen und Testflügen haben Boeing und Airbus entschieden, die Entwicklung neuer Agrartreibstoffe zu koordinieren. Ob und wann die USA einem Klimaabkommen und verbindlichen Energiegesetz zustimmen, ist aus Sicht einer Industrie, die 3 Prozent der Klimagase verursacht, nicht länger massgebend. Bereits 19 Airlines, darunter die Swiss, haben sich einem Plan angeschlossen, wonach Agrartreibstoffe ab 2013 kommerziell verwendet werden. Die Ölkatastrophe im Golf von Mexiko war zwar nicht dafür verantwortlich, die neue Generation von Agrartreibstoffen voranzutreiben, sagt Morgan. Aber das Debakel habe die Meinung klar bestärkt, dass die Versorgung mit Kerosin unsicherer und die Preisausschläge noch schwieriger abzufedern seien. «Da unser Planungshorizont ungewöhnlich lang ist, müssen wir heute entscheiden, wie die Flotte und der Energienachschub in 50 Jahren aussehen sollten», sagt Michael Lakeman, ein von Boeing vor zwei Jahren eingestellter Experte für die Entwicklung von Treibstoffen aus Algen. «Wir sind an einem Punkt angekommen, an dem wir mit Sicherheit wissen, dass Agrartreibstoffe einen wesentlichen Teil der Versorgung der kommerziellen Fliegerei ausmachen werden», so die Experten bei einer Präsentation in der Boeing-Zentrale. Das Interesse aus China Noch vor wenigen Jahren stagnierte die Forschung mit neuen Treibstoffen aus nicht fossilen Quellen. Die zunehmenden Preisausschläge für Erdöl, die absehbaren Probleme mit der Offshore-Exploration, staatliche Fördermittel durch die Regierung Obama sowie die zu erwartenden CO 2 -Abgaben haben der Forschung jedoch markante Impulse versetzt. Eine wichtige Rolle spielt auch China: Wirtschaftsdelegationen aus Peking machten gegenüber Boeing klar, dass sie mehr denn je an neuen Treibstoffen interessiert sind. China wächst rasch zum grössten Flugzeugmarkt der Welt heran und ist deshalb besorgt wegen der künftigen Kerosinversorgung. «China hat uns zugesichert, jede noch so kleine Menge Agrartreibstoffe abzunehmen, die der Staat Washington produziert», sagt Keith Philips, Chefberater von Gouverneurin Chris Gregoire, die im Herbst in China erste entsprechende Abkommen auszuhandeln hofft. Entscheidend ist für Boeing, dass die Agrartreibstoffe der ersten Generation namentlich Ethanol nicht länger als ernsthafte Alternative in Frage kommen. Sie würden zu stark von Subventionen abhängen, sagt Morgan, sie beanspruchten kostbares Ackerland und Wasser und bedrohten so die Lebensmittelproduktion. Boeing setzt deshalb voll auf Agrartreibstoffe der zweiten Generation, gewonnen aus Ölsaaten wie Camelina und Jatropha, die auch auf unfruchtbarem Boden wachsen und im zudem im Fruchtwechsel Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 116 von 155

3 7B Lehrerkommentar MST mit Getreide angebaut werden. Dazu kommen Treibstoffe aus Algen sowie aus salzwasserresistenten Pflanzen. «Der Markt entscheidet, welche Treibstoffe sich durchsetzen und wie rasch sie verfügbar sind», so Morgan. «Doch sind die Anbauversuche weltweit so schnell vorangekommen, dass wir Anfang 2011 die Zertifizierung für den ersten Treibstoff in den USA erhalten sollten.» 80 Prozent weniger Abgase In Testflügen wurden unterschiedliche Mischungen erprobt, wobei meist bis zu 50 Prozent herkömmliches Kerosin zugesetzt wurden. Dies deshalb, weil die bestehenden Flugzeugflotten nicht umgerüstet und auch die Tank- und Abfüllanlagen auf den Flugplätzen noch in 50 Jahren genutzt werden sollen. Unabhängig vom Gemisch aber schnitten die neuen Treibstoffe besser ab als Kerosin. Sie haben einen tieferen Gefrierpunkt, einen höheren Energiegehalt und stossen bis zu 80 Prozent weniger klimaschädliche Abgase aus. Airbus hatte zunächst auf eine andere Option gesetzt, nämlich verflüssigtes Erdgas, doch lagen die CO 2 -Emissionen sogar noch höher als bei Kerosin. Deshalb hat sich Airbus dem Weg von Boeing angeschlossen. Auch die Swiss ist dabei Die beiden Hersteller erwarten, dass 1 Prozent des Gesamtkonsums durch Agrartreibstoffe ersetzt werden muss, um einen funktionierenden Markt aufzubauen. Diese Marke sollte 2015 erreicht sein, so Boeing, für 2030 dann wird ein Anteil von 30 Prozent des weltweiten Flottenverbrauchs erwartet. Im Verbund mit der Lufthansa hat sich auch die Swiss dem Boeing/Airbus-Konsortium angeschlossen wie 18 andere Airlines. Bemerkenswert ist, dass ausser der kleinen Alaska-Airlines bisher keine US-Gesellschaft die Initiative unterstützt. Bei Boeing erklärt man sich dies mit dem ungewissen energie- und klimapolitischen Kurs der US-Regierung. «Doch gerade diese Unsicherheit bestärkt uns darin, die Führung zu übernehmen und die Richtung anzuzeigen», sagt Morgan. Eine Reduktion der Kerosin- Abhängigkeit sei absolut notwendig, meint auch Swiss-Mediensprecher Jean-Claude Donzel. Das Hauptproblem sei nur, ausreichend Agrartreibstoff zu produzieren. Auf den europäischen Flughäfen dürfte der Nachschub aber immerhin zwischen 2015 und 2020 gesichert sein. Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 117 von 155

4 7B MST X 40 min Material Arbeitsblätter 7B 1, 2, 3 evt. Taschenrechner Lösungsblätter Ziel Arbeitsauftrag Du lernst, dass mit neuen Technologien der CO 2 -Ausstoss bei Flugzeugen reduziert werden kann. Lies den Text auf dem Arbeitsblatt 7B-1. Darin wird der LTO-Zyklus erklärt. Es folgt eine Grafik, welche den LTO-Zyklus darstellt. Du solltest nun in der Lage sein, die in der Tabelle fehlenden deutschen Wörter zu ergänzen. Auf dem Arbeitsblatt 7B-2 sind Flugzeuge unterschiedlichen Alters abgebildet. In der Tabelle findest du die Anzahl Sitzplätze und den CO 2 -Ausstoss während des LTO-Zyklus für jedes Flugzeug. Berechne nun für jedes Flugzeug wie viel CO 2 ein Passagier (Sitz) verbraucht. Du darfst dafür einen Taschenrechner zu Hilfe nehmen. Wenn du fertig gerechnet hast, kontrolliere deine Ergebnisse mit dem Lösungsblatt. Trage nun die CO 2 -Mengen für jedes Flugzeug im Arbeitsblatt 7B-3 ein. Kontrolliere wiederum mit dem Lösungsblatt. Wenn du die Blätter fertig gelöst hast, diskutierst du mit deinem Partner / deiner Partnerin die Ergebnisse. Stellt euch dazu folgende Fragen: Was hat sich in Bezug auf den CO 2 -Ausstoss in den letzten 50 Jahren verändert? Vergleiche die Flugzeuggrösse und das Jahr der Inverkehrsetzung. Wie könnte man, eurer Meinung nach, den CO 2 -Ausstoss weiter verringern? Und warum wäre dies wichtig? Notiere auf dem Arbeitsblatt 7B-1 einige deiner Gedanken. Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 118 von 155

5 7B-1 Die Flugzeug-, bzw. Triebwerkhersteller haben in den letzten Jahrzehnten riesige technische Fortschritte erzielt. Die Motoren wurden leistungsfähiger und sparen erst noch Treibstoff. Zudem wurden sie leiser und sie produzieren gleichzeitig weniger CO 2. Dies wird auf den nachfolgenden Arbeitsblättern gezeigt. Als erstes wird der CO 2 -Ausstoss diverser Flugzeugtypen während des LTO-Zyklus gezeigt. Der Landing and Take-Off Zyklus beschreibt den Schadstoffausstoss ab einer Höhe von 900 m.ü.m. im Landeanflug (AP), während dem Rollen auf dem Flugfeld (ID), dem Start (TO) und dem Steigflug (CL) bis die Flughöhe von 900 m.ü.m. wieder erreicht ist. Für jedes Triebwerk wird der CO 2 -Ausstoss während dieses Zyklus berechnet. Dieses Modell des LTO-Zyklus macht die Flugzeuge vergleichbar. Es entspricht jedoch nicht ganz der Realität: Die Flugzeuge starten heut-zutage selten mit voller Leistung. Das heisst, neuere Flugzeuge sind noch effizienter als die nachfolgenden Berechnungen aufzeigen. 900 m.ü.m. Taxi-In = Idle ID Climb CL Take-Off TO Approach AP Taxi-Out = Idle ID Tabelle mit Modellannahmen für den LTO-Zyklus Operating Mode (e) Betriebsart (d) Schubkraft (F 00 ) Zeit pro Betriebsart (in min) Take-Off 100% 0,7 Climb 85% 2,2 Approach 30% 4,0 Taxi / Idle 7% 26,0 Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 119 von 155

6 7B-1 Hier hast du Platz, um nach Bearbeiten aller Blätter zu 7B einige Gedanken aus der Diskussion zu notieren. Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 120 von 155

7 7B-1 Lösung 900 m.ü.m. Taxi-In = Idle ID Climb CL Take-Off TO Approach AP Taxi-Out = Idle ID Tabelle mit Modellannahmen für den LTO-Zyklus Operating Mode (e) Betriebsart (d) Schubkraft (F 00 ) Zeit pro Betriebsart (in min) Take-Off Start 100% 0,7 Climb Steigflug 85% 2,2 Approach Landeanflug 30% 4,0 Taxi / Idle Rollen (auf dem Flugfeld) 7% 26,0 Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 121 von 155

8 7B-2 Berechne mit Hilfe eines Taschenrechners für jeden Flugzeugtyp den CO 2 -Ausstoss pro Sitzplatz. CO 2 - Ausstoss im LTO-Zyklus : Anzahl Sitzplätze = CO 2 / Sitz. Setze das Ergebnis in die letzte Spalte dieses Blattes ein. Trage anschliessend auf dem 3. Blatt das Resultat in die Grafik des jeweiligen Flugzeugs ein. Flugzeugtyp CO 2 -Ausstoss im LTO-Zyklus Anzahl 1. Inverkehrsetzung Sitzplätze CO 2 / Sitz* Boeing Jumbo-Jet ,004 kg 366 Douglas DC ,872 kg 117 Boeing neuerer "Jumbo-Jet" ,445 kg 412 Fokker F ,972 kg 60 MD ,127 kg 323 BAe Avro RJ ,041 kg 100 Airbus A ,180 kg 124 Ilyushin IL-18D ,560 kg 122 Airbus A ,756 kg 525 * ohne Einberechnung der Fracht und der Flugstrecke Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 122 von 155

9 7B-2 Lösung Berechne mit Hilfe eines Taschenrechners für jeden Flugzeugtyp den CO 2 -Ausstoss pro Sitzplatz. CO 2 Ausstoss im LTO-Zyklus : Anzahl Sitzplätze = CO 2 / Sitz. Setze das Ergebnis in die letzte Spalte dieses Blattes ein. Trage anschliessend auf dem 3. Blatt das Resultat in die Grafik des jeweiligen Flugzeugs ein. Flugzeugtyp CO 2 -Ausstoss im LTO-Zyklus Anzahl 1. Inverkehrsetzung Sitzplätze CO 2 / Sitz* Boeing Jumbo-Jet ,004 kg ,33 g Douglas DC ,872 kg ,19 g Boeing neuerer "Jumbo-Jet" ,445 kg ,35 g Fokker F ,972 kg 60 32,87 g MD ,127 kg ,16 g BAe Avro RJ ,041 kg ,41 g Airbus A ,180 kg ,58 g Ilyushin IL-18D ,560 kg ,97 g Airbus A ,756 kg ,39 g * ohne Einberechnung der Fracht und der Flugstrecke Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 123 von 155

10 7B-3 Ilyushin IL-18D Fokker F28 BAe Avro RJ100 Airbus A319 Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 124 von 155

11 7B-3 Douglas DC-8 Boeing Jumbo-Jet Boeing neuerer "Jumbo- Jet" MD 11 Airbus A Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 125 von 155

12 7B-3 Lösung Ilyushin IL-18D 61,97 g pro Sitzplatz Fokker F28 32,87 g pro Sitzplatz BAe Avro RJ100 20,41 g pro Sitzplatz Airbus A319 17,58 g pro Sitzplatz Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 126 von 155

13 7B-3 Lösung Douglas DC-8 50,19 g pro Sitzplatz Boeing Jumbo-Jet 27,33 g pro Sitzplatz Boeing neuerer "Jumbo- Jet" 25,35 g pro Sitzplatz MD 11 25,16 g pro Sitzplatz Airbus A ,39 g pro Sitzplatz Flughafen Zürich AG / Umweltschutz / Ausgabe Januar 2011 Seite 127 von 155