2012.TEL.7732
6Summary
Taxiing of aircraft contributes significantly to the fuel consumption and emission at airports. These emissions have negative effects on a global and local scale. It is estimated that at the major airports in Europe the aircraft spend 10 to 30 percent of their time taxiing and it has been calculated that a modern twin-engine aircraft produces around 25% of his emissions at the airport. The total fuel consumption from all taxiing operations worldwide will cost around $7 billion in 2012 and approximately 18 million metric tons of CO2 per year will be emitted.
Currently taxiing is done by using all the aircraft engines as propulsion. These engines are set into a low power setting. In this setting the engines are very inefficient because they are not specifically designed for ground movement. Therefore the engines will consume a lot of kerosene and produce a lot of emissions. The current situation could be changed by applying a different taxi strategy. A taxi strategy is the whole package involved in changing the current situation, this includes not only the technical adjustments but also adjustments in cost and logistics.
The main research question is: can an alternative cost-effective taxi strategy results in a lower emission production during the taxiing of an aircraft? The first alternative taxi strategy is single engine taxiing. This means that an aircraft uses only one engine for the taxiing operation. The second strategy is operational towing. This means that an aircraft is towed by a tug from gate to runway and vice versa. The last strategy uses an electric motor inside the wheel of an aircraft. This motor gets his power from the internal auxiliary power unit of the aircraft.
The taxi strategies are evaluate and compared with the help of a mathematical model. This model calculates the fuel consumption and emissions of each strategy. To evaluate the strategy a case study has been made on Amsterdam Airport Schiphol.
The results of the case study show that single engine taxiing could reduce cost and emissions around 25%. Operational towing could also decrease fuel consumption and cost. It furthermore reduces the HC and CO emissions with more than 40%. However the NOx emissions increase with 3%.
The most promising results are achieved by the electric motor strategy. This shows a cost and emissions reduction of approximately 40%. For Schiphol this means that 20 million Euros and more than 100.000 metric ton of CO2 emissions could be saved each year.
The final conclusion is that all the three alternative taxi strategies can lead to a large reduction in cost and emissions. Single engine taxiing is very interesting because it can be implemented without any investment and results in a large emission reduction. Better results could be achieved with operational towing. A drawback however is that this could have a big impact on the airport logistics. The best result in emission and cost reduction are achieved with the electric motor strategy. The drawback is that the electric motor system is still in development within several companies. The system however promises to make the taxiing operation a lot greener in the future.
2012.TEL.7732
7Samenvatting
Het taxiën van vliegtuigen is voor een groot deel verantwoordelijk voor het brandstofverbruik en de uitstoot van emissies op luchthavens. De emissies hebben negatieve effecten op een globaal en lokaal niveau. Op de grote Europese luchthavens wordt geschat dat vliegtuigen ongeveer 10 tot 30 procent van hun totale vluchtduur aan het taxiën zijn. Het is berekend dat een modern tweemotorig vliegtuig ongeveer 25% van zijn emissies op de luchthaven produceert. Het totale brandstofverbruik van al het taxiën wereldwijd wordt geschat op ongeveer 7 miljard dollar in 2012 en er zal ongeveer 18 miljoen ton CO2 worden uitgestoten.
In de huidige situatie worden de vliegtuigmotoren gebruikt als voortstuwing bij het taxiën. Deze motoren draaien op een laag vermogen. De motoren zijn zeer inefficiënt als ze op laag vermogen draaien omdat ze niet specifiek ontworpen zijn voor het taxiën. De motoren verbruiken hierdoor dus veel kerosine en zorgen voor veel emissie. De huidige situatie kan worden veranderd door het toepassen van een andere taxi strategie. Een taxi strategie is het hele pakket dat betrokken is bij het veranderen van de huidige situatie, dit omvat niet alleen de technische aanpassingen, maar ook de kosten en logistieke aanpassingen.
De hoofdonderzoeksvraag is: kan een alternatieve kosteffectieve taxi strategie resulteren in een lagere emissie tijdens het taxiën van een vliegtuig? De eerste alternatieve taxi strategie is het eenmotorig taxiën. Dit betekent dat een vliegtuig maar één motor gebruikt tijdens het taxiën. Het tweede alternatief is het slepen van vliegtuigen. Bij het slepen van vliegtuigen trekt een truck het vliegtuig vanaf de gate naar de landingsbaan en andersom. De laatste taxi strategie is het gebruik maken van een elektromotor die in het wiel van een vliegtuig zit. De motor krijgt zijn stroom van de interne motor (APU) van het vliegtuig.
De taxi strategieën worden geëvalueerd en vergeleken met behulp van een wiskundige model. Dit model berekent voor alle taxi strategieën het brandstofverbruik en de emissies van een gegeven vluchtschema. Om de taxi strategieën te evalueren is er een case studie uitgevoerd op Luchthaven Amsterdam Schiphol.
Uit de resultaten van de case studie blijkt dat eenmotorig taxiën de kosten en de uitstoot kan verlagen met ongeveer 25%. Het slepen van vliegtuigen zal de kosten en het brandstofgebruik verlagen. Het vermindert bovendien de uitstoot van HC en CO met meer dan 40%. De NOX emissie is met deze strategie echter gestegen met 3%. De meest veelbelovende resultaten worden behaald met de laatste strategie waarbij een elektromotor in het wiel zit. Met deze strategie kunnen de kosten en emissie met circa 40% worden verlaagd. Voor Schiphol betekent dit dat er op jaarbasis ongeveer 20 miljoen euro en meer dan 100.000 ton CO2-uitstoot kan worden bespaard.
De eindconclusie is dat alle drie de alternatieve taxi strategieën kunnen leiden tot een grote daling in de kosten en emissie. Eenmotorig taxiën is zeer interessant, omdat het kan worden toegepast zonder enige investering en resulteert in een grote emissiereductie. Betere resultaten kunnen worden bereikt met het slepen van vliegtuigen. Het nadeel is echter dat dit kan een grote impact zal hebben op de logistiek van de luchthaven. Het beste resultaat in de verlaging van emissie en kostenbesparing kan worden bereikt met de elektromotor strategie. Het nadeel is wel dat dit systeem nog vol op in ontwikkeling is binnen verschillende bedrijven. Het ziet er echter naar uit dat dit nieuwe taxi systeem het taxiën op luchthaven een stuk milieuvriendelijker kan maken.
