8
GREENER AVIATION 2016 FORUMAE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions Olivier Penanhoat (1), Paul Brok (2), Sigrun Matthes (3), Emanuel Fleuti (4), Paul Madden (5), Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8) (1) Safran Aircraft Engines, Rond point René Ravaud, 77550 Moissy Cramayel, France (2) NLR, Anthony Fokkerweg 2, 1059 CM Amsterdam, Netherlands (3) DLR, Institute of Atmospheric Physics, Oberpfaffenhofen, Germany (4) Flughafen Zürich AG, Postfach CH8058 ZürichFlughafen, Switzerland (5) RollsRoyce plc, PO Box 31, Derby, United Kingdom (6) Manchester Metropolitan Univ., Chester Street, Manchester M1 5GD, United Kingdom (7) Onera, BP 80100, F91123 Palaiseau cedex, France (8) Bergische Universität Wupperta,lGauss Strasse 20, D42097 Wupperta, Germany 1 Abstract An overview is presented of the European coordination action FORUMAE dedicated to aviation and emissions environmental issues. Various workshops have been conducted addressing (a) environmental impact assessment on air quality or climate impact, (b) mitigation solutions based on aircraft/engine/combustor technology, ATM/green flight and alternative fuels, (c) regulation technical issues linked to CO2, NOx and particles standards. Some monitoring of relevant RTD projects was also realised. This coordination action is actively supporting ACARE working group on environment and energy (WG3) and permits to identify main research priorities. In addition to general information and recommendations based on the first 2 years results, special focus will be done on air quality issues. 2 Introduction The European project FORUMAE [FORUM on Aviation and Emissions (& Environment)] is a technical and scientific forum addressing all the issues associated to the aviation environmental concerns linked to emissions: impacts, technical solutions and regulation. It supports the appropriate European research and innovation by giving it the necessary awareness and visibility. It started in July 2013, and gathers a large range of expertise at European level. Series of focused workshops aim at better understanding impacts, at identifying the potential technical and technological solutions, their expected benefits and maturity and at addressing regulation technical issues. FORUMAE also monitors and assesses the European research and innovation in the field of aviation environmental issues linked to emissions by compiling relevant information from all existing EU projects and main national ones, and making assessment against the ACARE environmental goals. We provide in the following main results from the first 2 years on (a) environmental impact assessment on air quality or climate impact, (b) mitigation solutions based on aircraft /engine /combustor technology, ATM/green flight and alternative fuels, (c) regulation technical issues linked to CO2, NOx and particles standards. Using additional material from most recent workshops, we provide then consolidated status & recommendations on air quality impact. Paper 102

FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

GREENER AVIATION 2016 

FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions 

Olivier Penanhoat (1), Paul Brok (2), Sigrun Matthes (3), Emanuel Fleuti (4), Paul Madden (5),  

Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8) 

(1) Safran Aircraft Engines, Rond point René Ravaud, 77550 Moissy Cramayel, France 

(2) NLR, Anthony Fokkerweg 2, 1059 CM Amsterdam, Netherlands 

(3) DLR, Institute of Atmospheric Physics, Oberpfaffenhofen, Germany 

(4) Flughafen Zürich AG, Postfach CH‐8058 Zürich‐Flughafen, Switzerland 

(5) Rolls‐Royce plc, PO Box 31, Derby, United Kingdom 

(6) Manchester Metropolitan Univ., Chester Street, Manchester M1 5GD, United Kingdom 

(7) Onera, BP 80100, F‐91123 Palaiseau cedex, France 

(8) Bergische Universität Wupperta,lGauss Strasse 20, D‐42097 Wupperta, Germany 

 

1 Abstract An  overview  is  presented  of  the  European 

coordination  action  FORUM‐AE  dedicated  to 

aviation  and  emissions  environmental  issues. 

Various  workshops  have  been  conducted 

addressing (a) environmental impact assessment 

on  air  quality  or  climate  impact,  (b) mitigation 

solutions  based  on  aircraft/engine/combustor 

technology,   ATM/green  flight  and  alternative 

fuels,  (c)  regulation  technical  issues  linked  to 

CO2,  NOx  and  particles  standards.  Some 

monitoring  of  relevant  RTD  projects  was  also 

realised.  This  coordination  action  is  actively 

supporting  ACARE  working  group  on 

environment  and  energy  (WG3)  and permits  to 

identify main  research  priorities.  In  addition  to 

general  information  and  recommendations 

based on  the  first 2  years  results,  special  focus 

will be done on air quality issues. 

2 Introduction The  European  project  FORUM‐AE  [FORUM  on 

Aviation  and  Emissions  (&  Environment)]  is  a 

technical and scientific  forum addressing all  the 

issues associated  to  the  aviation environmental 

concerns  linked  to emissions:  impacts,  technical 

solutions  and  regulation.  It  supports  the 

appropriate European research and innovation  

by  giving  it  the  necessary  awareness  and 

visibility.  It  started  in  July  2013,  and  gathers  a 

large range of expertise at European level. 

Series  of  focused  workshops  aim  at  better 

understanding  impacts,  at  identifying  the 

potential  technical  and  technological  solutions, 

their  expected  benefits  and  maturity  and  at 

addressing  regulation  technical  issues.  FORUM‐

AE  also  monitors  and  assesses  the  European 

research and  innovation  in  the  field of aviation 

environmental  issues  linked  to  emissions  by 

compiling  relevant  information  from all existing 

EU projects and main national ones, and making 

assessment  against  the  ACARE  environmental 

goals. 

We  provide  in  the  following main  results  from 

the  first  2  years  on  (a)  environmental  impact 

assessment on air quality or climate  impact,  (b) 

mitigation  solutions  based  on  aircraft  /engine 

/combustor  technology,  ATM/green  flight  and 

alternative  fuels,  (c)  regulation  technical  issues 

linked to CO2, NOx and particles standards.  

Using  additional  material  from  most  recent 

workshops, we provide then consolidated status 

& recommendations on air quality impact. 

 

Paper 102 

Page 2: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

3 Intermediate results Main  results  obtained  from  the  first  2  years 

activity  (1/01/2013  –  30/06/2015)  are  

synthesized  hereafter. We  provide  the  state  of 

the  art,  provide  an  up‐dated  assessment  of 

progress towards ACARE goals and at the end we 

list  our  main  recommendations  (focused  on 

research priorities).   

 

2.1 State of the art and future trends 

The  scope  of  FORUM‐AE  being  very  large  as  it 

covers  impact  assessment, mitigation  solutions, 

and  regulation  issues;  therefore  appropriate 

details should be found  in the FORUM‐AE mid‐

term  synthesis  full  document  (www.forum‐

ae.eu);  the  gaps  which  are  identified  from 

current  state of  the  art  are  reflected  indeed  in 

the list of recommendations given in 2.3.  

Impact  assessment:  a  good  landscape  of  air 

quality  issues  at  airports  was  established,  and 

status  on  climate  change  impact  shows  the 

progress,  supported  in  particular  by  the 

completed  REACT4C  project,  since  IPCC  special 

report on aviation in 1999 and the Lee & al 2010 

paper [1].  

Better  knowledge  was  achieved  on  non‐CO2 

direct  and  indirect  impact  but  there  remain 

clearly open questions to be addressed. 

Mitigation solutions at aircraft/engine/ATM level:  

Current  and  future  technological  developments 

to achieve the challenging ACARE 2050 CO2 goal 

are  essential  to  mitigate  substantially  the 

increase  of  aviation  CO2,  with  realistic  traffic 

growth assumption  (see CO2  forecast  figure). A 

large  part  of  the  effort  of  the  last  decade was 

supported  within  Clean‐Sky,  and  within  other 

European projects  like LEMCOTEC, ENOVAL and 

E‐BREAK. Most promising solutions appear to be 

laminar  wing,  and  ultra  high  by‐pass  ratio 

engines  like Open  Rotor  (medium  term)  and 

distributed propulsion  (longer  term as explored 

in DISPURSAL project). New  and  light materials 

(e.g.  composites  for  fan  blade)  should  also 

provide benefits.  It  is unclear what  is projected 

on  new  aircraft  architectures  before  2050  but 

AHEAD  project  illustrates  a  radical  aircraft 

configuration change. 

 

 

 

 

 

 

 

Global aviation CO2 forecast  

with ACARE assumption (assumptions:  ACARE  2050  goal  is  achieved  in  2050  and 

fully  introduced  in  the  2050  fleet  ;  there  is  a  continuous 

improvement of average efficiency from now to 2050 ; ICAO 

37th Assembly projected average air traffic growth of 4.6%  

is taken) 

 

Non‐CO2  emissions  reduction  relies  on  future 

low emission combustor technologies, which are 

developed  in a big cluster of dedicated projects, 

and partly  in LEMCOTEC and  in SAGE  ITD  inside 

Clean‐Sky. Focus was until recently on NOx, but 

the new concern on particles involves that future 

combustor  technology  should  jointly  satisfy 

ambitious  NOx  and  nvPM  objectives.  The 

strategy  which  is  generally  adopted  for 

Turbofans  is  the  lean  combustion  although 

implementing  lean  combustion  becomes  more 

complicated for smaller size and/or smaller OPR 

engine combustors. Good progress was  realised 

in European R&T projects, but additional work is 

necessary  to  achieve  TRL6  maturity  for  the 

various categories of engines.  

Mitigation  solution  from  alternative  fuels: 

environmental benefits  from drop‐in  fuels were 

considered not only  in  terms of CO2,  assuming 

positive  LCA  budget,  but  also  in  their  ability  to 

reduce  particles.  Fuel  composition  optimization 

for environmental  impact mitigation and better 

~2%

~5.5%

~2.5%

~1.8%

Page 3: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

engine  compatibility  appears  as  an  important 

topic which is not properly covered today.  

Regulation  (CO2,  NOx,  Particles):  a  first  CO2 

international  standard  and  a  first  particles 

international standard were delivered beginning 

of  2016,  whereas  previous  stringency  of  the 

existing  NOx  standard  was  done  in  2010  with 

application  in  2014.  These  standards  are 

naturally  incentives  justifying  the  development 

of  environmentally  friendly  aircraft/engine 

solutions.  Market  Based  Measures,  currently 

discussed at ICAO level, may also become a CO2 

mitigation incentive.   

A certification standard is constituted of a metric 

system,  an  associated  certification  procedure, 

and  a  regulatory  level.    The  CO2  and  particles 

standards have been approved at the CAEP 10th 

meeting beginning of 2016, with an application 

date after 1st January 2020.  

Concerning the CO2 standard, the first important 

step  was  the  definition  of  the  metric  system. 

This  was  achieved  in  2013  and  this  metric  is 

publicly available [2].  

 

 

 

 

 

AgreedCO2standardmetricsystemMTOM=MaximumTake‐OffMass;SAR=SpecificAirRange(=distance/kgfuel);RGF=geometryfactor

 

The  first particles  standard  is more    “transition 

standard”;  it   addresses non volatile Particulate 

Matter (nvPM) and  is  looking at the nvPM mass 

concentration  at  the  engine  exit.  A  second 

standard,  more  relevant  to  air  quality  and 

climate concerns, is being developed and should 

be based on nvPM total mass or number emitted 

during  LTO  (Landing  &  Take‐Off)  cycle.  In  that 

prospect, much work  is  still needed, addressing 

various  technical  issues,  among  them  the 

potential fuel composition effect. 

 

 

 

 

 

 

 

Fuel composition effect on particles formation (EI = Emission Index = number of particles per kg fuel;H=hydrogencontent)

 

2.2 Assessment against ACARE Goals 

A new  assessment which up‐dates  the  last one 

done  in  2012  by  OPTI  project,  was  performed 

against  ACARE  CO2  and  NOx  goals  and  is 

summarized  in  the  following  table.  Although, 

there  is no ACARE objective  related  to ultrafine 

particles,  this  is  now  a  key  environmental  and 

regulatory  concern, which  requires  appropriate 

mitigation  solutions  (combustor  technology and 

fuel composition). 

 

  

  

  

 

FORUM‐AE assessment against ACARE 

emissions goals 

   

ACARE 2020 Goals

(at TRL6)

High Level High Level detailed (SRIA)

CO2 "‐50% per pass km""‐75% per 

pass km"

aircraft & engine: 

‐68% 

ATM: ‐12%

Other: ‐12% 

aircraft + engine +ATM:

≈ ‐38% in average 

per pass km

NOx 

(LTO)"‐80%" "‐90%"

engine: ‐75% CAEP6 ;

complement achieved by 

aircraft + ATM

engine: 

[‐55%, ‐65%] CAEP6

NOx 

(Cruise)"‐80%" "‐90%"

Achieved through ‐75% 

Fuel Burn & further cruise 

EINOx reduction

not quantified

Other 

emissions

"damaging 

emissions 

reduced"

"emissions‐

free taxiing" 

+ qualitative 

reduction

knowlegde of emissions 

(particles, VOC) and 

better understanding of 

impacts

better knowledge of engines 

particles emissions

Reference 2000

ACARE 2050 Goals

(at TRL6)FORUM‐AE

Assessment (2015)

(extrapol. at TRL6 in 2020)

Representative 

technology of 

aircraft & engine 

with 2000 EIS, & 

representative 

2000 ATM 

Page 4: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

2.3 Recommendations 

 

Recommendations & needs (Air Quality)  

 

Mid‐term  recommendations  (2015)  have  been 

consolidated more recently and are given in §3. 

 

Recommendations & needs (Climate Change) 

  

I. Studies  show  how  results  (estimates) 

vary  with  and  depend  on  different  emission 

inventories  and  so  sensitivity  analysis  to 

emissions inventories are recommended. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a) Aviation NOx in 2006  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(b) Resulting Ozone perturbation 

 

II. Clear  documentation  of  assumptions  in 

future  scenarios and  sensitivity  studies on  such 

assumptions  are  also  fully  relevant  for  gaining 

understanding of the impact of the assumptions. 

 

III. Metric  is  still  an  open  key  issue. 

Quantitative estimates should be provided for a 

set  of  typical  metrics  (e.g.  radiative  forcing, 

average  temperature  response,  global warming 

potential...) to demonstrate sensitivity of results 

on  choice  of metric.  Then,  there  is  a  need  of 

careful  selection  of  calculation  methods  and 

metrics,  appropriate  to  the  question  to  be 

answered. 

 

IV. Sources  of  uncertainties  must  still  be 

analysed; and there  is a need to develop means 

for robust decisions under uncertainty. 

 

V. Climate‐optimised flight routing  must be 

further  developed,  ideally  considering  the 

individual weather  situation. Using  climate  cost 

functions,  measuring  with  the  appropriate 

metric  the  effect  of  an  unit  of  a  given  species 

emitted  locally on the climate warming, may be 

an  efficient  approach  for  flight  routing 

optimisation. 

 

VI. Better  correlation  between 

contrail/contrail  cirrus  properties  and  particle 

emissions  is  required  both  for  prediction 

accuracy and for mitigation strategy.   

 

Recommendations  &  needs  (CO2  mitigation 

technology) 

 

I. ACARE  2050  very  challenging  CO2 

reduction  objective  would  permit  to  mitigate 

substantially  the  increase of  aviation CO2, with 

realistic air traffic growth assumption. Therefore, 

it  is essential  to pursue a  tremendous effort at 

the aircraft  level,  the engine  level and  the ATM 

&  flight  operation  level  in  order  to  progress 

towards this ambitious goal.  

 

II. Aircraft/Engine panel of technologies (an 

exhaustive  list would be very  long and one  can 

refer  to  SRIA‐Vol.2  enablers  table  and  to 

FORUM‐AE  relevant  workshops  proceedings) 

must  be  further  and  continuously  improved  or 

newly  introduced both  for  evolutionary  aircraft 

or  engine  applications  and  longer  term 

disruptive applications.  

Page 5: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

III. Unconventional  configurations  like 

aircraft equipped with Open Rotor (OR) concept 

or  Ultra  High  By‐pass  Ratio  (UHBR)  concepts, 

must  be  further  developed.  Their  mitigation 

potential,  complemented  with  laminar  wing 

benefit, must  be maximised  and  their maturity 

must be pushed over TRL5,  recognizing  there  is 

still some gap towards ACARE 2020 CO2 goal.  

 

 

 

 

 

 

 

 

URANS CROR calculation (left) (CROR:Contra‐RotativeOpenRotor)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Laminar wing test bed (right)  

 

IV. More radically unconventional solutions, 

like  distributed  propulsion  aircraft,  should  also 

be  considered  for  much  longer  term  and  at 

lower TRL (up to TRL3‐4). 

 

Recommendations & needs (non‐CO2 mitigation 

technology) 

Consensus  appears  that  particles  (nvPM) 

reduction must also be achieved,  in addition  to 

NOx. This induces critical R&T on: 

I. The combustor technology itself in order 

to ensure both NOx & nvPM ambitious low levels: 

enhanced  lean combustion  in general (achieving 

TRL6  maturity  &  extending  its  application  to 

smaller  size  and/or  smaller  OPR  engine 

combustors), and focus on more specific aspects 

which may  be  beneficial  to  particles  reduction 

(improved atomisation…) 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lean combustion technology 

(Safran‐AE calculation)  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lean combustion technology 

        (Rolls‐Royce solution) 

 

II. The modeling  of  emissions,    which  for 

particles emissions  is  far  from being predictable 

today,  because  of  the  physical  complexity    of 

particles  formation    (involving  amongst  others 

gaseous  precursors  formation,  and  particles 

nucleation  &  oxidation),  and  the  modeling  of 

combustion related operability aspects. 

 

III. The  experimental  analysis,  which  is 

absolutely  necessary  to  support  modeling 

development  or  to  assess  technology.  This 

assumes  advanced measurements  (in  particular 

intrusive  and  non  intrusive  measurements  of 

particles  in  the  combustion  chamber)  and 

Page 6: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

appropriate  test  capability  (from  multi‐sector 

tests to full annular tests, with ability to achieve 

high pressure levels) 

 

Recommendations  &  needs  (Mitigation  from 

Alternative Fuels) 

 

I. Harmonisation is needed to converge on 

a common and  technically  satisfactory CO2 LCA 

methodology  in  order  to  assess  alternative  jet 

fuel production pathways. 

 

II. The aromatic content of  future  jet  fuels 

(fossil  or  renewable)  should  be  minimized  as 

much  as  possible  in  order  to  reduce  particles 

emission. Reduction of sulphur content may also 

be beneficial. 

 

III. There  is  a  need  to  develop  predictive 

tools  to  model  the  fuel  interaction  with  the 

aircraft fuel system or with the engine. This will 

permit fuel composition optimisation to improve 

fuel compatibility and it will help reducing ASTM 

certification costs. 

As there  is currently nothing on‐going except at 

the national  levels, most EC effort being put on 

the production pathways, a dedicated European 

program  supporting  these  topics  (composition 

optimization, modelling tools) is strongly needed. 

It  would  accelerate  the  ability  to  specify  fuel 

composition or predict fuel/engine interactions. 

 

Recommendations & needs (Regulation on CO2, 

Particles, NOx) 

I. On  CO2,  further  developments  of 

European  modelling  capabilities  should  be 

pursued  and  there  is  some  agreement  on  the 

idea  of  a  future  technology  review  to  support 

the  CAEP  technology  goal  setting  process 

associated to the standard‐setting process.  

  

II. Concerning  NOx  regulation,  as  there 

exists a well established standard  for which  the 

last  stringency  was  agreed  in  2010  for 

application  in  2014,  appropriate  monitoring 

work is justified. 

 

III. Further work  is  required  to  support  the 

future nvPM  standard,  in particular  to populate 

an aero‐engine nvPM database for in‐production 

engines  (turbofans>26.7KN,  turbofans<26.7KN, 

turboprops,  turboshafts,  and  APUs),  and  to 

provide  the  information  needed  for  a 

certification  requirement  (fuel  specifications, 

corrections, and analysis procedures etc.).  

 

IV. Research  organisations  and  engine 

manufacturers  need  to  work  together  with 

airports to help update their PM models, and to 

help them find good measurement techniques to 

identify different PM sources at the airport.  

 

4 Consolidated status and 

recommendations on Air 

Quality issues After the first FORUM‐AE Air Quality (AQ) Impact 

Workshop hosted by MMU  in Manchester  (UK) 

in 2014, a  second one was organised beginning 

of 2016 in  Amsterdam (Netherlands), hosted by 

NLR.     This second workshop attracted thirty‐six 

(36)  participants  from  France,  Germany,  Italy, 

Netherlands,  Switzerland,  Ukraine,  United 

Kingdom  and  United  States  of  America 

representing stakeholder organisations from the 

aircraft  and  engine  OEMs,  airline  and  airport 

operators,  governmental  bodies,  consultancies, 

research centres and universities. It permitted to 

consolidate  the  status  on  Air  Quality  issues 

linked  to  air  transport,  and  R&T 

recommendations.  Key  Statements,  Research 

Gaps and Priorities are following. 

 

I. The  key  airport  and  aircraft  pollutants, 

linked  to  air  quality  (AQ)  impact  and 

environmental  concern,  are  nitrogen  dioxide 

(NO2) and particles. The particle issue should be 

Page 7: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

addressed  both  in  terms  of  PM2.5  mass 

concentration and  in terms of ultrafine particles 

(UFP)  for which  number  concentration  appears 

more  relevant.  Sulphur dioxide  (SO2)  emissions 

from  the aircraft engine might be an  important 

contributor to PM2.5. 

 

II.  There  is a  strong  regulation  framework 

on emission source level, at workplace level and 

at  ambient  air  quality  level.  However,  nothing 

exists  (yet)  for  auxiliary  power  units  (APUs) 

which  explains  strong  uncertainties  on  their 

emission  factors  (in  particular  for  NOx  and 

particles). 

 

III. The measurements  in  Europe  of  PM10 

and PM2.5  in the airport vicinity are rather well 

harmonised  (recent  assessment  from  European 

Aquila project) and demonstrate a good quality 

level;  this  does  not  really  apply  to  ultrafine 

particles. A  robust  assessment would  be  useful 

and is recommended. 

 

IV. PM2.5  mass  concentrations  linked  to 

airport activities appear most of  the  time  to be 

small  compared  to  contributions  from  other 

sources,  and  very  small  against  AQ  limits.  UFP 

contributions  from  airport  activities  are  of 

stronger  concern  with  elevated  concentrations 

observed  not  only  close  to  runways  but  also 

distances away from the airport. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UFP concentrations at Los Angeles Airport [3] 

 

V. Airport  emission  inventory  and  air 

quality  modelling  improvements  are  required, 

which will make models more accurately predict 

concentrations at and around airport.  

a) General recommendations (summarised in the 

table below): 

Further  consolidation  is  needed  in 

knowledge of relevant airport emissions 

sources and their activity (performance), 

emission  factor  and  calculation 

algorithm. 

Better representativeness of operational 

data should be pursued  

In  that  prospect,  there  is  a  need  for 

harmonisation  in  performance  based 

emissions modelling 

CAEPport  offers  a  good  benchmarking 

case to compare codes  

Modelling  should  be  validated  against 

field measurements. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Status & Identified Gaps in Airports Inventory 

Red:  improvements  still  required;  Yellow:  in‐progress 

or  less required; Green: knowledge  is good Emission 

[in  grams]  =  Emission  Factor  [in  g/s  or  g/km]  x 

Activity [in s or km distance covered] 

 

b)  Recommendations more  specific  to  particles 

(concentration  predictions  require  important 

modelling improvements): 

Better non‐volatile PM  emission  factors 

and  better  knowledge  on  volatile  PM 

precursors  are  needed.  In  this  respect, 

and as  long as nvPM data availability  is 

Page 8: FORUM AE Assessment on Aircrafts EmissionsGREENER AVIATION 2016 FORUM‐AE Environmental Assessment on Aircrafts Emissions ... Bethan Owen (6), Xavier Vancassel (7), Peter Wiesen (8)

insufficient  for  main  aircraft  engines, 

potential improvement of the first order 

approximation  (FOA3) method  could be 

encouraged 

UFP  dispersion  prediction  should  be 

consolidated  by  replacing  coarse 

hypotheses  such  as  a  correlation 

between  UFP  (number  concentration) 

and PM10 (mass concentration). 

 

VI. Aircraft  cruise  emissions  might  impact 

ground air quality. Most modelling effort on this 

topic  is  currently  performed  in  the  U.S.A.  It 

appears  that NOx and SOx emitted  in  cruise by 

the  aircraft  engines  have  a  dominant 

contribution  to  ground  PM2.5  whereas  nvPM 

cruise  emissions  are  more  marginal.  However, 

estimation  of  uncertainties  associated  to  the 

predicted levels is strongly needed. 

Complete  technical material  and  conclusions of 

the workshop  can be  found  in  the proceedings 

available on www.forum‐ae.eu.  

 

All  these  open  issues  justify  a  dedicated 

European  research  project  which  would  also 

include  a  better  prediction  of  ground  pollutant 

concentrations from aircraft cruise emissions. 

 

 

5 Conclusion  

This paper provides an overview of most results 

from  FORUM‐AE  based  on  topical  workshops 

and  further exchanges  ;  they will be  completed 

and  consolidated  with  outputs  from  recent 

workshops  focused on  inventories  (summarised 

nevertheless  in  [4]), green  flights & operations, 

basket  of  measures  to  reduce  CO2  ;  in  the 

forthcoming  year,  3  key  last  workshops  are 

planned  respectively on Climate Change  (jointly 

with  ECATS)  in  Athens,  on  non‐CO2  emissions 

reduction technology in Berlin, and on CO2/Fuel 

Burn  reduction  technology  in  Reims.  On  this 

basis, final conclusions will be delivered  in 2017 

and  will  help  in  defining  research  priorities  in 

ACARE. 

6 Acknowledgement  The  FORUM‐AE  Coordination  action  receives 

funding  from  the  European  Union`s  Seventh 

Framework  Programme  (FP7/2007‐2013)  under 

Grant Agreement n° 605506. 

These results and recommendations were based 

on all  the  technical material provided by all  the 

FORUM‐AE consortium specialists (see below the 

table  of  all  partners  involved)  and  external 

experts  invited  to  the different workshops, and 

the  various  consecutive  exchanges.  They  are 

thanked for all their inputs.  

 

7 References [1] Lee  et  al,  « Transport  impacts  on 

atmosphere  and  climate :  Aviation » ;  Atm. Environment, 2010 (Vol. 44) 

[2] http://www.icao.int/Meetings/Green/Document

s/day%201pdf/session%203/3‐Dickson.pdf 

[3] Hudda et al, EST 2014 [4] Brok,  “Aviation  Emissions  Inventories  & 

Projections  ‐  Feedback  from  FORUM‐AE workshop”, ANERS symp., La Rochelle 2015 

 

List of ParticipantsParticipantN°

Participant Organisation Name Shortname

Country

1 (CO) Snecma SN FR2 Airbus SAS AI FR3 Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt e.V. DLR DE4 Deutsche Lufthansa AG DLH DE5 ECATS ECATS BE6 Flughafen Zurich AG FZAG CH7 IFP Energies nouvelles IFPEN FR8 Manchester Metropolitan University MMU UK9 Stichting Nationaal Lucht - En Ruimtevaart laboratorium NLR NL10 Office National d’Etudes et de Recherches Aerospatiales ON FR11 Rolls Royce Group plc RR UK12 Rolls Royce Deutschland Ltd & Co KG RRD DE13 SENASA SENASA ES14* Eurocontrol ECTL FR15* Joint Research Center JRC BE16* Turbomeca TM FR* Third parties