Der Online-Rechner zur Klimawirkung von Flügen quantifiziert die direkten und indirekten CO2-äquivalenten Emissionen pro Fluggast oder für eine Gruppe von Reisenden für eine bestimmte Flugstrecke (ggf. mit einem Zwischenstopp) zwischen einem Ausgangs- und Zielflughafen. Die Quantifizierung basiert auf der neuesten internationalen Datengrundlage und setzt sich zusammen aus einer detaillierten Auswahl von Parametern und Spezifikationen zu Auslastung, Beiladefracht, Sitzklasse, bzw. Flugzeugtypen inklusive der weiteren klimawirksamen Effekte des Flugzeugbetriebs.
Im Folgenden wird die Berechnung der Klimawirkung von Flügen Schritt für Schritt detailliert beschrieben. Die verwendeten Faktoren basieren alle auf Angaben in der Literatur und aktuellen Statistiken. Soweit möglich entsprechen die Emissionsberechnungen und -annahmen der europäischen Norm DIN EN 16258. Aufgrund sich stetig verändernder Prozesse und Effizienzsteigerungen in der Flugbranche werden die im Flugrechner zugrundeliegenden Daten in einem regelmäßigen Turnus geprüft bzw. aktualisiert.
Für die Menge an CO2-Äquivalenten pro Passagierin oder Passagier bzw. pro Gruppe Reisender kann weiterhin direkt über die beispielhaft aufgeführten Klimaschutzprojekte von myclimate in der entsprechenden Höhe der Umweltwirkung eine Investition in den Klimaschutz getätigt werden.
Die Flugentfernung zwischen zwei Flughäfen basiert auf der Großkreisdistanz, der kürzesten Entfernung zwischen zwei Flughäfen. Bei nicht direkten Flügen mit Zwischenlandung werden die Etappen als Einzelflüge behandelt. Da der Flugzeugtyp und der Auslastungsfaktor von der Flugentfernung abhängen, unterscheiden wir zwischen Kurzstrecken- (< 1.500 km) und Langstreckenflügen (> 2.500 km). Da es keine eindeutige Grenze für Kurzstreckenflüge gibt, interpolieren wir für Flugstrecken zwischen 1.500 und 2.500 km, um einen gleichmäßigen Übergang zu erzielen.
Die tatsächliche Flugentfernung zwischen zwei Flughäfen ist häufig erheblich größer als die kürzeste Entfernung zwischen zwei Flughäfen. Die zusätzliche Strecke ist hauptsächlich auf Ineffizienzen in den Flugsicherungssystemen, auf Sturmsysteme oder andere Wetterereignisse sowie auf Wartemuster (Warteschleifen) vor der Landung zurückzuführen (Kettunen 2005). Obwohl es keine zuverlässigen globalen Statistiken über die zusätzlich geflogenen Kilometer gibt, belaufen sich regionale Schätzungen auf 6 - 8 % in den USA und 10 % in Europa (Kettunen 2005). Bei einem derart relativen Ansatz werden die zusätzlichen Flugkilometer bei Langstreckenflügen jedoch tendenziell überschätzt. Daher wird der von der europäischen Norm DIN EN 16258 (2012) vorgeschlagene Ansatz übernommen und es werden bei allen Flügen 95 km Entfernungskorrektur (DC) addiert.
Um den Bedürfnissen der Nutzer*innen des Webflugrechners gerecht zu werden - insbesondere eine konkretere Auswahl des Flugzeugtypen über die Kategorisierung von Kurzstrecken- und Langstreckenflugzeugen - wurde das Flugrechnerupdate 2023 um die häufigsten Flugzeugtypen ergänzt.
Dabei wurden die größten Fluggesellschaften Europas und weltweit analysiert (AirMundo 2023, Murphy 2023). Die Flottengröße und die Aufteilung der Flugzeugtypen wurden anhand der Webseiten der Fluggesellschaften ermittelt (Ryanair 2023, International Airlines Group Fleet 2023, Air France 2022, Easyjet Fleet 2023, Lufthansa Group Fleet 2023, Delta Airlines Fleet 2023, Southwest Airlines Fleet 2023, United Continental Fleet 2023). Dabei wurden nur die aktuell im Einsatz stehenden Flugzeuge einbezogen. Bestellungen von neuen Flugzeugen und regionale Flugzeugtypen (Embraer/Bombardier) wurden vernachlässigt.
Laut Mordor Intelligence Research & Advisory (Wikipedia 2023) decken die Airbus A320 Familie 25 %, die Boeing 737 Familie 25 %, die Airbus A330 Familie 4 %, die Boeing 777 Familie 4 % und die Boeing 787 Familie 2,5 % der gesamten im Einsatz stehend Passagierflugzeuge weltweit ab. Insgesamt werden also über 60 % der Flüge weltweit mit diesen fünf Flugzeugfamilien durchgeführt.
Mit den zehn häufigsten Flugzeugtypen für Kurz- und Langstreckenflüge aus obenstehender Analyse steht im Flugrechner somit ein Großteil der europa- und weltweiten Flugzeugtypen zur Auswahl zur Verfügung.
Der Treibstoffverbrauch pro Strecke basiert auf der Treibstoffverbrennung von Flugzeugen, die auf Kurz- (<1500 km) und Langstreckenflügen (>2500 km) eingesetzt werden. Die Emissionen von verbranntem Treibstoff pro Flugzeugkilometer basieren auf dem EMEP/EUA-Leitfaden zum Inventar der Luftschadstoffemissionen (EUA 2019). Darüber hinaus wird zu jedem Flug eine konstante Treibstoffmenge addiert, um den Verbrauch des Flugzeugs bei Landung und Start (LTO) sowie während des Rollens (Bewegung am Boden auf dem Flughafen) zu berücksichtigen (EUA 2019).
Der Verbrauch eines Flugzeugs basiert auf einem gewichteten Durchschnitt des Treibstoffverbrauchs während des Flugs und des Verbrauchs bei Lande- und Startzyklen für die am meisten verwendeten Flugzeugtypen. Die Gewichtung der Flugzeugtypen ergibt sich aus der Zusammensetzung der größten Flugzeugflotten Europas bzw. weltweit (siehe Quellenrecherche Kapitel 3) und basiert auf den Daten der größten Fluggesellschaften.
Auf Basis dieser Vorgehensweise wird der gewichtete durchschnittliche Treibstoffverbrauch für verschiedene Flugstrecken berechnet. Dort, wo der Flugzeugtyp angegeben wird, wird mit dem flugzeugtypspezifischen Treibstoffverbrauch gerechnet. Eine allgemeine Funktion für den Treibstoffverbrauch bei einer beliebigen Flugstrecke wird mithilfe eines Polynoms zweiter Ordnung für Kurz- und Langstreckenflüge approximiert.
f(x) + LT0 = ax2 + bx + c
mit x = GCD + DC, wobei GCD die Großkreisdistanz [km], DC die Entfernungskorrektur [km] für zusätzliche Kilometer und LTO der zusätzliche Treibstoffverbrauch pro Lande- und Startzyklus ist. Der Treibstoffverbrauch für Entfernungen zwischen 1.500 und 2.500 km wird linear interpoliert.
Der Webrechner berücksichtigt die CO2-Emissionen durch die Bereitstellung von Flugtreibstoff/Kerosin (einschließlich Transport- und Raffinerieprozessen) und die Treibstoffverbrennung. Der Emissionsfaktor für die Verbrennung von Flugtreibstoff (Kerosin) beträgt 3,16 kg CO2e/kg Kerosin (mobitool 2023) und der hier verwendete Faktor für die Bereitstellung 0,538 kg CO2e/kg Kerosin (mobitool 2023).
Passagierflugzeuge transportieren oft erhebliche Mengen an Fracht und Post, insbesondere in Großraumflugzeugen auf Langstreckenflügen. Daher ist es notwendig, einen Teil der gesamten Flugzeugemissionen der Beiladefracht zuzuordnen.
Um die europäische Norm DIN EN 16258 (2012) einzuhalten, wird die Fracht im Luftverkehr nach ihrem Gewicht zugeordnet (Massenansatz). Aufgrund der höheren Nutzlast (LH 2014) auf internationalen Flügen sind die Emissionen von Luftfracht verhältnismäßig höher. Die anteiligen Passagieremissionen sind dementsprechend geringer.
Der Cargo-Factor (CF) ist definiert als der Quotient zwischen Cargo-Gewicht und Payload. Das Cargo-Gewicht wird über das mögliche Ladevolumen im Bauchraum der Flugzeuge und der durchschnittlichen Beladung von Flugzeugen von 167 kg/m³ berechnet (de Barra 2022). Die durchschnittlich verfügbaren Ladevolumina, das Cargo-Gewicht und der maximale Payload, sind den jeweiligen Wikipedia-Einträgen der Flugzeugtypen (Stand: 2023) entnommen.
Die CO2-Emissionen pro Flugzeug verteilen sich auf die durchschnittliche Anzahl der Fluggäste auf Kurz- und Langstreckenflügen spezifisch nach der jeweiligen Wahl des Flugzeugtyps bzw. Konfiguration. Deren Anzahl ist hier definiert als die Anzahl der Sitze pro Flugzeugtyp (ICAO DATA 2019) multipliziert mit dem von der Internationalen Luftverkehrsvereinigung veröffentlichten Auslastungsfaktor für Kurz- und Langstreckenflüge (IATA 2022).
Wie hoch die durchschnittliche Sitzplatzkapazität von Flugzeugen ist, hat maßgeblich mit der Aufteilung der Sitzklassen zu tun. First- und Business-Sitzklassen nehmen mehr Platz ein und ermöglichen somit keine so hohen Passagierzahlen wie ein Flugzeug, das zu 100 % mit Economy-Plätzen ausgestattet ist. Daher ermöglicht der Emissionsrechner eine Auswahl der Kabinenklasse. Der Kabinenklassengewichtungsfaktor ist aus dem Methodikpapier der CO2-Berechnung für Passagiere der IATA entnommen (IATA 2023) und wird entsprechend der angegebenen Flugdaten und des Flugzeugtyps nach oben beschriebenem Gewichtungsschema angewendet.
Flugzeuge emittieren nicht nur CO2, sondern auch andere Stoffe, die die Strahlungsbilanz der Erde und damit das Klima beeinflussen. Unter anderem bewirkt der Luftverkehr einen kurzfristigen Anstieg des troposphärischen Ozons als Folge von Stickoxidemissionen (NOx), er verursacht Kondensstreifen und kann sich auf die Entstehung von Zirruswolken auswirken. Die gesamten Strahlungseffekte wurden daher als zwei- bis viermal so groß wie der direkte CO2-Strahlungsantrieb geschätzt. Die Forschung zur Begrenzung der Unsicherheiten geht weiter. Darüber hinaus ist ein Vergleich von CO2- und Nicht-CO2-Auswirkungen sehr schwierig, da sie über unterschiedliche Zeiträume verlaufen. Doch ein wissenschaftlicher Ansatz kann diese Effekte trotz Unsicherheiten nicht ignorieren.
Neueste Studien (Lee et al. 2021, scnat 2021) empfehlen auf der Grundlage der korrekten Interpretation der jüngsten wissenschaftlichen Veröffentlichungen einen RFI-Faktor (Radiative Forcing Index: Verhältnis der Klimawirkung aller klimawirksamen Effekte des Flugverkehrs – die sogenannten nicht-CO2-Effekte – zur Klimawirkung von Flugverkehrsbedingtem CO2, Allianz 2023) von 3 für die gesamte Klimawirkung von Flugzeugen, wenn die Betrachtungsweise der Klimawirkung sich auf den für das Netto-Null-Ziel (2050) wesentlichen Zeithorizont von 30 Jahren bezieht. Damit werden die kurzfristigen Auswirkungen durch die Nicht-CO2-Effekte überproportional gewichtet, welches den myclimate-Leitlinien entspricht und dementsprechend in der Berechnung der Gesamtklimawirkung berücksichtigt wird. Dieser Multiplikator hat einen entscheidenden Einfluss auf die Größe der berechneten Klimawirkung. In den bisherigen Versionen des myclimate Flugwebrechners wurde der RFI-Faktor aufgrund von wissenschaftlichen Untersuchungen auf 2 angesetzt.
Flugzeuge werden zuerst gefertigt, dann gewartet und am Ende ihrer Lebensdauer entsorgt. Die mit diesen Aktivitäten verbundenen Emissionen gehen mittels eines Faktors in die Emissionen der insgesamt geflogenen Kilometer ein. Darüber hinaus erfordert das Fliegen eine bestimmte Infrastruktur; die Emissionen aus dem Flughafenbetrieb werden ebenfalls berücksichtigt (Messmer und Frischknecht 2016).
Mit der folgenden Formel werden die gesamten CO2-äquivalenten Emissionen berechnet:
mit
E: CO2-äquivalente Emissionen pro Passagier*in [kg]
x: Flugdistanz [km], definiert als die Summe aus GCD (Großkreisdistanz) und DC (Entfernungskorrektur für Umwege und Wartemuster) sowie Ineffizienzen in den Flugsicherungssystemen [km]
S: Durchschnittliche Anzahl der Sitzplätze (Summe für alle Kabinenklassen)
PLF: Auslastungsfaktor
CF: Frachtfaktor
CW: Kabinenklassengewichtungsfaktor
EF: CO2-Emissionsfaktor für die Verbrennung von Flugtreibstoff (Kerosin)
M: Multiplikator zur Berücksichtigung potenzieller Nicht-CO2-Effekte
P: CO2e-Emissionsfaktor für die Bereitstellung von Flugtreibstoff (Kerosin)
AF: Flugzeugfaktor
A: Emissionen der Flughafeninfrastruktur
Der Teil ax2 + bx + c ist eine nicht lineare Approximation von f(x) + LTO
LTO: Treibstoffverbrauch während des Lande- und Startzyklus einschließlich Rollen [kg] Ein Kurzstreckenflug ist definiert als x < 1.500 km und ein Langstreckenflug als x > 2.500 km. Für den Zwischenbereich wird eine lineare Interpolation verwendet.
In der folgenden Tabelle sind die in die Berechnung eingehenden Parameter für den durchschnittlichen Kurz- und Langstreckenflug sowie ausgewählte Flugzeugtypen als Beispiel für die Erweiterung der Flugzeugtypen (optional) abgebildet:
Flugzeugtyp | Standard Kurzstreckenflug | Boeing 737 (Auswahl) | A320 (Auswahl) |
ø Anzahl Sitzplätze (S) | 157,86 | 148,00 | 165,00 |
Auslastungsfaktor (PLF) | 0,796 | 0,796 | 0,796 |
Umwegkorrektur (DC) | 95 | 95 | 95 |
Frachtfaktor (CF) | 0,26 | 0,23 | 0,26 |
Economy Class (CW) | 1 | 1 | 1 |
Premium-Economy Class (CW) | 1 | 1 | 1 |
Business-Class-Gewicht (CW) | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
First-Class-Gewicht (CW) | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Emissionsfaktor (EF) | 3,16 | 3,16 | 3,16 |
Bereitstellung (P) | 0,538 | 0,538 | 0,538 |
Multiplikator (M) | 3 | 3 | 3 |
Flugzeugfaktor (AF) | 0,00034 | 0,00034 | 0,00034 |
Flughafen/Infrastruktur (A) | 11,68 | 11,68 | 11,68 |
a | 0,000007 | 0,00016 | 0,000032 |
b | 2,775 | 1,454 | 2,588 |
c | 1260,608 | 1531,722 | 1212,084 |
Flugzeugtyp | Standard Langstreckenflug | Boeing 777 (Auswahl) | A330 (Auswahl) |
ø Anzahl Sitzplätze (S) | 302,58 | 370 | 287 |
Auslastungsfaktor (PLF) | 0,82 | 0,82 | 0,82 |
Umwegkorrektur (DC) | 95 | 95 | 95 |
Frachtfaktor (CF) | 0,26 | 0,45 | 0,06 |
Economy Class (CW) | 1 | 1 | 1 |
Premium-Economy Class (CW) | 1,5 | 1,5 | 1,5 |
Business-Class-Gewicht (CW) | 4 | 4 | 4 |
First-Class-Gewicht (CW) | 5 | 5 | 5 |
Emissionsfaktor (EF) | 3,16 | 3,16 | 3,16 |
Bereitstellung (P) | 0,538 | 0,538 | 0,538 |
Multiplikator (M) | 3 | 3 | 3 |
Flugzeugfaktor (AF) | 0,00034 | 0,00034 | 0,00034 |
Flughafen/Infrastruktur (A) | 11,68 | 11,68 | 11,68 |
a | 0,00029 | 0,00034 | 0,00034 |
b | 3,475 | 6,112 | 4,384 |
c | 3259,691 | 3403,041 | 2457,737 |
