Framtidens flyg
Rapport från riksdagen 2013/14:RFR16
Framtidens flyg
ISSN 1653-0942 978-91-86673-57-4
Riksdagstryckeriet, Stockholm, 2014
2013/14:RFR16
Framtidens flyg
Trafikutskottets arbetsgrupp för forskningsfrågor har låtit ta fram en studie om framtidens flyg, avgränsad till civilt flyg. Beslutet om studien fattades vid trafikutskottets möte 2013-09-14. Några aspekter som arbetsgruppen ville få belysta är forskning och utveckling kring flygbränsle, flygmotorer, flygplanskonstruktion, trafikledning (bl.a. trafikrutter och grön flygning) och utsläpp. En viktig utgångspunkt har varit flygets nuvarande och framtida påverkan på miljön och klimatet samt förutsättningarna för ett framtida hållbart flyg.
Att beskriva området ställer krav på fackkompetens, och utskottets arbetsgrupp menade därför att det fanns skäl att låta forskare vid universitet, högskolor eller institut sammanställa kunskap inom området. Mot den bakgrunden gavs fyra forskare och experter i uppdrag att ta fram faktaunderlag om kunskapsläget. Dessa är: Ulf Ringertz, Kungliga Tekniska Högskolan (flygplanskonstruktion), Tomas Grönstedt, Chalmers (motorer), Martin Hagström, Totalförsvarets forskningsinstitut FOI (bränslen) och Tomas Mårtensson, FOI (flygtrafikledning). Tomas Grönstedt fick dessutom i uppdrag att ha ett samordningsansvar.
Samtliga experter har ombetts belysa frågor om utsläpp och flygets påverkan på miljön och klimatet inom varje expertområde. I uppdraget har ingått att identifiera såväl tekniska lösningar som kan tänkas vara i bruk 2030 som mer långsiktiga och visionära innovationer och projekt.
Uppdragstagarna har arbetat självständigt utifrån direktiv från trafikutskottets arbetsgrupp och utvärderings- och forskningssekretariatet. De svarar själva för sina underlag.
Arbetsgruppen för forskningsfrågor har gett Jonas Åkerman, forskare vid Kungliga Tekniska Högskolan med ett systemperspektiv på trafik- och miljöforskning, i uppdrag att kort kommentera faktaunderlagen.
Forskningssekreterare Anna Wagman Kåring har sammanställt rapporten och skrivit kapitel 1–4. I arbetet har också Linda Kennemyr, föredragande vid trafikutskottets kansli, forskningssekreterare Lars Eriksson och Hannah Saldert, praktikant, deltagit.
Rapporten inleds med ett kapitel om flygets utveckling och prognoser över det framtida flygandet. Kapitel 2 behandlar flygets miljöpåverkan och utsläppsrätter. Kapitel 3 diskuterar svensk och internationell flygteknisk forskning och utveckling, starka svenska forskningsområden samt den svenska flygtekniska forskningsagendan. Kapitel 4 sammanfattar de fyra externa experternas avsnitt och ger en samlad bild av rapportens resultat. Kapitel 5 består av Ulf Ringertz faktaunderlag om flygplanskonstruktioner, kapitel 6 är Tomas Grönstedts underlag om motorer, kapitel 7 Martin Hagströms underlag om bränslen och kapitel 8 Tomas Mårtenssons underlag om flygtrafikledning. Kapitel 9 är Jonas Åkermans kommentar.
Bilagan beskriver några olika aktörer inom flygsektorn.
3
2013/14:RFR16 INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Trafikutskottets forskningsgrupp, som i arbetet med denna rapport haft följande konstellation, överlämnar härmed rapporten.
Stockholm i april 2014
Lotta Finstorp (M), ordförande
Suzanne Svensson (S)
Annika Lillemets (MP)
Lars Tysklind (FP)
Anders Åkesson (C)
Tony Wiklander (SD)
Bengt Berg (V)
Annelie Enochson (KD)
4
2013/14:RFR16
5
2013/14:RFR16
Sammanfattning
De fyra experter som har ombetts lämna underlag till rapporten är ense om att det finns tekniska och operativa lösningar för ett framtida hållbart flyg. De visar att det pågår effektiviseringar såväl inom ramen för etablerade tekniker och metoder som med hjälp av mer radikala lösningar. Rapporten visar att tekniska och flygoperativa åtgärder kan komplettera varandra. Implementeringen av mer innovativa och omvälvande lösningar pågår parallellt med utvecklingen av den befintliga tekniken. Införandet av ny teknik går olika fort inom olika områden.
Det finns i rapporten flera exempel på tekniska lösningar och flygoperativa åtgärder som troligtvis kommer att vara införda 2030. Det finns också exempel på mer omvälvande förändringar inom teknik och flygledning som skulle kunna leda till ökad effektivitet men som inte tros vara i drift före 2050.
Hindren för införande av ny teknik är stora. Ett är att utveckling av ny flygteknik tar tid. Höga säkerhetskrav gör att ny teknik prövas under lång tid innan den kan certifieras. Flygplan, motorer och bränsle har utvecklats tillsammans och är beroende av varandra. Flygmarknaden är till sin natur en global marknad, och alla flygplan ska kunna tanka och landa i princip överallt, vilket skapar långa omställningstider. Stora investeringskostnader och hård konkurrens leder till en försiktighet hos aktörer som investerar i ny flygteknik. Utvecklingen av biobränslen bör inte leda till konkurrens med matproduktion eller koldioxidutsläpp under själva tillverkningsprocessen. Många parter och länder ska komma överens när ny teknik och ny flygledning ska introduceras.
De praktiska och ekonomiska hindren är alltså omfattande och anledningen till att många tror på förbättringar inom ramen för etablerad teknik snarare än en mer språngartad utveckling. Det utesluter inte att mer radikal teknik införs inom vissa teknikområden.
Något som skulle kunna förändra utvecklingen är priset på drivmedel – höjda drivmedelskostnader kan leda till att mer radikal teknik snabbare tas i bruk. Bränslepriset har historiskt haft stor pådrivande effekt på flygteknikutvecklingen, eftersom det är en betydande och svårförutsägbar utgift för flyget.
I rapporten framförs att det är mer kostnads- och energieffektivt att använda förnybara drivmedel inom andra transportslag än luftfart, då det ställs särskilt höga krav på jetbränsle. Även om det finns godkända förnybara flygbränslen är både kostnaden och energiåtgången fortfarande högre än för andra användningsområden för samma bränsle.
Införandet av såväl ny teknik som flygoperationella åtgärder leder ofta till olika avvägningar. Inte sällan ställs miljömässiga mål mot flygets kapacitet. Likaså ställs olika miljöeffektiviseringar mot varandra.
Experterna menar att det finns bättre möjligheter att åstadkomma mer omfattande miljöförbättringar genom teknisk utveckling av flygplan och motorer
6
SAMMANFATTNING 2013/14:RFR16
än med hjälp av flygoperativa åtgärder. Det innebär dock inte att man ska avstå från att genomföra effektiviseringar inom det flygoperativa området.
I rapporten framförs att internationellt samarbete och långsiktighet är den bästa grunden för ett hållbart framtida flyg. Snabba förändringar bedöms däremot vara ovälkomna i en sektor som redan karakteriseras av stor osäkerhet. Nationella regler bedöms inte ha någon mer betydande inverkan på det globala flyget.
Jonas Åkerman drar i sin kommentar slutsatsen att utsläppen från flyget kommer att öka om inte flygets årliga tillväxttakt blir lägre än vad de flesta prognoser pekar på. Det är tveksamt om en sådan utsläppsökning är möjlig att förena med uppnåendet av EU:s och Sveriges långsiktiga utsläppsmål.
Kapitel 4 sammanfattar de fyra externa experternas respektive avsnitt och ger en samlad bild av rapportens resultat.
7
2013/14:RFR16
1. Flygets utveckling
Flygets sekel
Passagerarflygningar påbörjades under 1910-talet. Den civila luftfarten slog igenom efter andra världskriget, och antalet resenärer har därefter ökat stadigt. År 1975 var antalet flygpassagerare ca 500 miljoner. Motsvarande siffra 2011 var 2,7 miljarder (se figur).
Figur 1
| Luftfarten i världen 1975‐2012, antal passagerare |
| (milj.) |
| 3 500 |
| 3 000 |
| 2 500 |
| 2 000 |
| 1 500 |
| 1 000 |
| 500 |
| 0 |
Källa: Trafikanalys: Luftfart 2012, Statistik 2013:6, tabell 7.1 samt ICAO. Utvecklingen visar linjefartens utveckling, exklusive stater som inte är anslutna till ICAO.
Internationella prognoser pekar på en fortsatt ökning av flygandet. FN:s flygorgan ICAO väntar sig att antalet passagerare i linjetrafik kommer att växa från 2,7 till 6 miljarder mellan 2011 och 2030. Antalet flighter tros öka från 30 till 60 miljoner.1 Flygbolagens internationella organisation IATA tror på en ökning med 31 procent mellan 2012 och 2017.2 Även flygplanstillverkarna förutspår mer flygtrafik: Boeing pekar på en tillväxt för passagerartrafiken med 5 procent per år fram till 2030.3 Airbus tror på en fördubbling mellan 2012 och 2027.4
1ICAO: Global Air Transport Outlook to 2030 and trends to 2040, 2013.
2IATA: www.iata.org/pressroom/pr/pages/2013-12-10-01.aspx.
3Boeing: www.boeing.com/boeing/commercial/cmo/.
4Airbus:
www.airbus.com/company/market/forecast/?eID=dam_frontend_push&docID=33621.
8
1. FLYGETS UTVECKLING 2013/14:RFR16
Figur 2
| Antal passagerare 1975−2012 samt prognoser | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (milj) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1975 1977 | 1979 1981 | 1983 | 1985 1987 | 1989 1991 | 1993 1995 1997 1999 | 2001 | 2003 2005 | 2007 2009 | 2011 | 2013 2015 | 2017 2019 | 2021 | 2023 2025 | 2027 2029 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Sta ti s ti k ICAO | Prognos IATA | Prognos Airbus | Prognos ICAO | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Källor: IATA: www.iata.org/pressroom/pr/pages/2013-12-10-01.aspx, Boeing:
www.boeing.com/boeing/commercial/cmo/ och Airbus:
www.airbus.com/company/market/forecast/?eID=dam_frontend_push&docID=33621.
Luftrummet räcker till för att rymma ett ökat flygande. Det är visserligen trångt i luftrummet över Europa, USA och delar av Asien, men mycket av tillväxten kommer att ske i dagens utvecklingsländer. Däremot kommer kapaciteten på och kring flygplatser som redan i dag är hårt belastade inte att räcka till om prognoserna blir verklighet.
Flygmarknaden – från statligt intresse till hård konkurrens
I samband med första världskriget blev flyget ett statligt intresseområde i många länder, inte minst som ett militärt och säkerhetspolitiskt verktyg. Ett exempel är Lufthansa, som var helt statligt kontrollerat och som under 1920- och 1930-talen gjorde Tyskland till världsledande inom flygplanstillverkning.5
Avregleringar av flygmarknaden inleddes i USA i slutet av 1970-talet. Det blev startskottet för stora förändringar av flygmarknaden i hela världen. Av- regleringarna i kombination med uppkomsten av ett flertal lågprisbolag satte de stora bolagen under press. Konkurrensen på flygmarknaden hårdnade, och passagerarna blev mer prismedvetna. För att behålla sin konkurrenskraft gent-
5 Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 9–14.
9
| 2013/14:RFR16 | 1. FLYGETS UTVECKLING |
emot lågkostnadsbolagen har de traditionella bolagen blivit tvungna att minska sina kostnader genom omstruktureringar och effektivitetsökningar.6
Internet har inneburit nya möjligheter för flyget – numera kan man enkelt köpa biljetter till hela världen via sin dator. Betalningen sker via nätet, och fysiska biljetter blir alltmer ovanliga. Det är en av förklaringarna till att flygbolagens kostnader för försäljning har minskat kraftigt.7
Utmaningarna för flygbolagen har fortsatt under 2000-talet. Terrorattacken den 11 september 2001, svininfluensan 2009, lågkonjunkturen 2008/2009 och vulkanutbrottet på Island 2010 är exempel på några faktorer som har förändrat villkoren för flygmarknaden på sätt som varit svåra att förutse.8 Det senaste decenniet har präglats av marknadsanpassningar och fusioner.
De största bolagen (sett till antal passagerare 2012) är amerikanska: United Airlines, Delta Airlines, American Airlines och Southwest Airlines. På tio-i- topplistan finns tre europeiska bolag: Lufthansa, Ryanair och Air France.
För att kunna erbjuda resor till många olika destinationer och för att kunna hävda sig i den hårda konkurrensen har flygbolagen bildat olika allianser. I dag är det tre allianser som dominerar den internationella marknaden: One World, Sky Team och Star Alliance.
100 svenska flygår9
De första svenska flygbolagen bildades 1919. Redan samma år startades den första reguljära utrikeslinjen, mellan Malmö och Köpenhamn. År 1924 grundades flygbolaget ABA (Aktiebolaget Aerotransport), som under 1930-talet kom att tas över av staten och slutligen under 1940-talet blev helt statligt ägt. År 1943 grundades Svensk Interkontinental Lufttrafik AB (Sila) av Marcus Wallenberg.
När andra världskriget var slut bildades SAS av ABA, Sila samt ett norskt och ett danskt flygbolag. Parallellt fanns flera andra mindre flygbolag som ofta ägdes av dagstidningar, främst avsedda för distribution. År 1957 bildade SAS och flera av de stora dagstidningarna samt TT och Pressbyrån ett gemensamt inrikesflygbolag, Linjeflyg. SAS och Linjeflyg delade upp inrikeslinjerna mellan sig.
Statens dominans inom trafikflyget var stor under efterkrigstiden. SAS och Linjeflyg gavs en särställning, och det var svårt för andra bolag att bedriva passagerartrafik i Sverige utan att samarbeta med SAS och Linjeflyg.
Under 1950- och 1960-talen påbörjades chartertrafik från Sverige. Ett av de första svenska charterbolagen var Transair som startade som leverantör av dagstidningar men snart började sälja resor till södra Europa.
6Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:1, s. 22.
7Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:1, s. 19–22.
8Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 19.
9Avsnittet bygger framför allt på Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 23–32.
10
| 1. FLYGETS UTVECKLING | 2013/14:RFR16 |
Under 1980-talet fick det svenska inrikesflyget sitt stora genombrott. Linjeflyg satsade på fler kategorier av resenärer, och priserna sänktes. Flyget tog för första gången upp kampen med andra transportmedel om att vara ett möjligt alternativ för den breda allmänheten. Under 1990-talet minskade dock antalet inrikespassagerare. Orsaken var bland annat den ekonomiska krisen, moms på resor och ökad konkurrens från tåget.
År 1992 beslutade regeringen om en total avreglering av inrikesmarknaden. Efter avregleringen har inrikesmarknaden präglats av snabba förändringar. Bland annat har ett flertal lågkostnadsbolag etablerat sig.
Sedan mitten av 1990-talet har också flygplatssystemet förändrats. Den svagare tillväxten för inrikesflyget har gjort att flera flygplatser har fått läggas ned. Sedan början av 2000-talet har också flera tidigare statliga flygplatser kommunaliserats.10
Figur 3
Källa: Trafikanalys: Luftfart 2012, Statistik 2013:6.
Utrikestrafiken har under samma period haft en stadig tillväxt. Lågkostnadsbolagen har även där tagit betydande marknadsandelar. Utrikestrafiken har traditionellt varit knuten till ett fåtal flygplatser, men fler och fler flygplatser har fått utrikestrafik.
Prognoserna för det svenska inrikesflyget är osäkra men indikerar en svag ökning. Antalet inrikespassagerare uppskattas vara strax under 4 miljoner
10 Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 30.
11
| 2013/14:RFR16 | 1. FLYGETS UTVECKLING |
2030 och strax däröver 2050.11 Prognoserna för utrikesflyget till och från Sverige pekar på en fortsatt ökning, uppemot 35 miljoner resenärer 2030.12
11Arne Karyd: Fossilfri flygtrafik? Underlagsrapport till utredningen om fossiloberoende fordonsflotta, 2013, s. 5.
12Arne Karyd: Fossilfri flygtrafik? s. 6.
12
2013/14:RFR16
2. Flygets utsläpp och miljöpåverkan
Vad släpper flyget ut?
Flygets miljöpåverkan består bland annat av utsläpp av växthusgaser. Dessa har olika påverkan på klimatet. Vissa (till exempel koldioxid, CO2) har direkt påverkan genom att ha en ökande effekt på jordens medeltemperatur. Koldioxid utgör en stor andel av utsläppen och stannar också kvar länge i atmosfären.13 Kväveoxidutsläpp har å andra sidan en indirekt effekt genom att påverka balansen av ozon- och metangaser (ozonpåverkan värmer och metan-
påverkan kyler klimatet). Samspelet är komplext och beror på utsläppshöjden.14
Utsläpp av vattenånga får andra konsekvenser i atmosfären än på jordytan. Vid vissa atmosfärsförhållanden bildas kondensationsstrimmor (k-strimmor) som kan övergå till moln, vilket i sin tur påverkar klimatet. Hur stor påverkan k-strimmorna har på klimatet är svårt att bedöma. Det går ibland att undvika att strimmor uppstår genom att ändra flyghöjd, men det innebär å andra sidan ökad bränsleåtgång och därmed ökade koldioxidutsläpp. Avvägningen är därför inte självklar.15
Det är svårt att göra exakta beräkningar av vilken klimatpåverkan flyget har. Påverkan från koldioxidutsläppen är väl belagd, men det är svårare att bedöma effekterna av andra utsläpp.16 Mängden och det exakta innehållet i utsläppen beror också på vilken sorts motor som används, bränslets sammansättning och när i flygprocessen som utsläppen mäts.17
Flygets utsläpp de senaste 40 åren har vuxit marginellt snabbare än mänsklighetens totala koldioxidutsläpp.18 Flyget beräknas stå för ungefär 2 procent av de totala koldioxidutsläppen i världen.19 Det svenska flyget beräknas stå för 4–5 procent av Sveriges totala utsläpp av koldioxid. Den högre andelen för Sverige än världen i sin helhet beror på att Sverige har en i övrigt renare energiförsörjning med lägre utsläpp.20 Vägtrafiken utgör den största andelen, nämligen 30 procent av Sveriges koldioxidutsläpp. Om även utrikes flyg och sjöfart räknas in i transportsektorns utsläpp står transportsektorn för nästan hälften (47,6 procent) av Sveriges utsläpp av koldioxid.21 Det svenska inri-
13Luftfartsstyrelsen: Flygtendenser 2007:04, s. 5. Tomas Grönstedts avsnitt.
14Tomas Grönstedts avsnitt. Joyce E. Penner m.fl.: Aviation and the global atmosphere, Cambridge University Press, 1999, avsnitt 1.3 Emissions and environment. Finns tillgänglig på: www.grida.no/publications/other/ipcc_sr/?src=/climate/ipcc/aviation/index.htm.
15SMHI: www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/paverkar-k-strimmor-klimatet- 1.11421.
16Tomas Grönstedts avsnitt.
17Joyce E. Penner m.fl. 1999, avsnitt 1.3.
18Tomas Grönstedts avsnitt.
19www.iata.org/pressroom/facts_figures/fact_sheets/pages/environment.aspx.
20Swedavia: www.swedavia.se/om-swedavia/detta-ar-swedavia/swedavia-i-
almedalen/hallbarhet-och-miljo/fakta-om-flyget/.
21 Transportstyrelsen: www.transportstyrelsen.se/sv/Luftfart/Miljo-och-halsa/Vanliga- fragor-och-svar/.
13
| 2013/14:RFR16 | 2. FLYGETS UTSLÄPP OCH MILJÖPÅVERKAN |
kesflygets utsläpp av växthusgaser har minskat med ungefär 15 procent sedan början av 2000-talet.22
Flygets utsläpp av koldioxid och andra utsläpp beräknas globalt stå för 3,5 procent av människans totala påverkan på klimatet.23
Utsläppsmål
År 2010 enades samtliga 190 medlemsländer i FN:s flygorgan ICAO om en resolution för att hantera flygets klimatpåverkan. Resolutionen innehåller tre övergripande mål: förbättrad bränsleeffektivitet, koldioxidneutral tillväxt från 2020 och en global standard för koldioxidutsläpp.24
Flygbranschen har genom sin internationella organisation IATA enats om målet att flygets utsläpp till 2020 ska minska med 1,5 procent per år och ha en koldioxidneutral tillväxt från 2020. Flygets utsläpp 2050 ska vara halverade jämfört med 2005.25
EU-kommissionären för transportfrågor samlade 2010 en grupp för flygforskningsfrågor (High Level Group on Aviation and Aeronautics Research). Gruppen publicerade 2011 en vision, Flightpath 2050. I Flightpath 2050 sätter man upp målet att flygets utsläpp ska minska med 75 procent per passagerarkilometer till 2050 jämfört med 2000.
Amerikanska flyg- och rymdmyndigheten NASA har satt upp forskningsmål för att minska bränsleanvändning, utsläpp och buller. Jämfört med 1998 ska flygplanen använda 60 procent mindre bränsle 2025. För utsläppen är målet att minska emissioner av kväveoxider med 80 procent till 2025.26
Handel med utsläppsrätter
Handel med utsläppsrätter är ett ekonomiskt styrmedel för att minska klimatpåverkan baserat på principen att den som förorenar ska betala (polluter pays principle eller PPP).27 Genom Kyotoprotokollet och EU:s system för ut-
22Naturvårdsverket: www.naturvardsverket.se/Sa-mar-miljon/Statistik-A-O/Vaxthusgaser- utslapp-fran-inrikes-transporter/.
23I den uppgiften räknas inte den mycket svårbedömda kondenscirruseffekten in, alltså att kondensationsstrimmor kan bidra till bildande av cirrusmoln. IPCC Special Report: Aviation and the Global Atmosphere, 1999: www.ipcc.ch/pdf/special-reports/spm/av-en.pdf. Se även Tomas Grönstedts avsnitt där han hänvisar till fler källor.
24ICAO: ICAO Resolution A37-19 Consolidated statement of continuing ICAO policies and practices related to environmental protection – Climate change.
25IATA: /www.iata.org/pressroom/pr/Pages/2009-10-10-01.aspx.
26Jämfört med 1998 ska flygplanen använda 33 procent mindre bränsle 2015, 50 procent mindre 2020 och 60 procent mindre 2025. För utsläppen har NASA som mål att minska emissioner av kväveoxider under start och landning med 60 procent till 2015, 75 procent till 2020 och 80 procent till 2025. Under cruiseflygning ska nivåerna sänkas med 55 procent till 2015, 70 procent till 2025 och 80 procent till 2025, se NASA: www.aeronautics.nasa.gov/pdf/green_aviation_fact_sheet_web.pdf.
27Riksrevisionen: Klimat för pengarna? Granskningar inom klimatområdet 2009–2013, RiR 2013:19, s. 20.
14
| 2. FLYGETS UTSLÄPP OCH MILJÖPÅVERKAN | 2013/14:RFR16 |
släppshandel (EU ETS) har en marknad för växthusgaser skapats, där utsläpp av koldioxid eller koldioxidekvivalenter har blivit en handelsvara. Med utsläppsrätt menas rätten att släppa ut ett ton koldioxidekvivalenter under en fastställd period.28 För att andelen utsläpp faktiskt ska minska sätter EU- kommissionen ett tak som sedan sänks varje år (cap and trade principle).29 Nuvarande tak har som mål att utsläppen ska minska med 21 procent till 2020 jämfört med 2005 års utsläppsnivå.
I början var transportsektorn undantagen från EU:s handel med utsläppsrätter, men sedan 2012 omfattas även flyg. Hösten 2013 beslutades dock att endast flygningar inom EU ska ingå, i väntan på att ICAO enats om ett globalt marknadsbaserat styrmedel för flyget, något som ska ske senast 2016 för att kunna träda i kraft 2020.30
I dagsläget blir flygbolagen tilldelade 82 procent av utsläppsrätterna gratis, 15 procent auktioneras ut och 3 procent hålls i reserv till snabbt växande flygbolag och nyinkomna aktörer på marknaden.31 Tilldelningen av utsläppsrätter baseras för passagerartrafiken på personkilometer och för godstrafiken på tonkilometer under 2010. Flyget ingår i en egen kvot och har separata utsläppsrätter (EUAA, European Union aviation allowance eller europeisk utsläppsrätt för flygoperatörer).32
Utsläppshandeln i sin helhet visar på varierade effekter. EU- kommissionens egen rapport från 2012 visar att EU ETS har skapat en fungerande marknad för koldioxidutsläpp, vilken har lett till reella utsläppsminskningar i linje med målet för 2020. Dock har den ekonomiska krisen och bestämmelser inom övergången till den tredje åtagandeperioden lett till en obalans mellan utbud och efterfrågan på kort sikt med möjliga negativa konsekvenser på lång sikt.33 Kommissionen har därför lagt ett förslag om ”backloading”, alltså att en mängd utsläppsrätter som skulle auktioneras ut åren 2013 till 2015 i stället kommer att auktioneras ut mellan åren 2019 och 2020, för att stabilisera utbud och efterfrågan.34 Flera studier visar att priserna på utsläppsrätterna har varit för låga för att det ska ha någon direkt påverkan på utsläppen.35 Utifrån Naturvårdsverkets uppföljningar av utsläppshandelns effekt såg
28Europaparlamentets och rådets direktiv 2003/87/EG, artikel 3a.
29Riksrevisionen: Utsläppshandel för att begränsa klimatförändringen – Fungerar det? RiR 2012:27, s. 9.
30Regeringskansliet: Faktapromemoria 2013/14:FPM36. Europeiska kommissionen (2013)
Förslag till Europaparlamentets och rådets direktiv om ändring av direktiv 2003/87/EG om ett system för handel med utsläppsrätter för växthusgaser inom gemenskapen, med hänsyn till genomförandet 2020 av en internationell överenskommelse om tillämpning av en global marknadsbaserad åtgärd för utsläpp från internationell luftfart. KOM (2013) 722 slutlig.
31EU-kommissionen:
ec.europa.eu/clima/policies/transport/aviation/allowances/index_en.htm.
32Statens energimyndighet: EU:s system för handel med utsläppsrätter, ET 2012:50, s. 9.
33EU-kommissionen: Rapport från kommissionen till rådet och Europaparlamentet. Tillståndet för den europeiska koldioxidmarknaden 2012. KOM (2012) 652, 2012, s. 11.
34Statens energimyndighet: Utvecklingen på utsläppsmarknaden 2013. En beskrivning och analys av den globala utsläppshandeln. ER 2013:29, s. 12.
35Riksrevisionen: Utsläppshandel för att begränsa klimatförändringen – Fungerar det? RiR 2012:27, s. 23.
15
| 2013/14:RFR16 | 2. FLYGETS UTSLÄPP OCH MILJÖPÅVERKAN |
man mellan åren 2005 och 2011 att koldioxidutsläppen minskade långsammare i de sektorer som omfattades av utsläppshandeln än inom de ickehandlande sektorerna.36
Några länder, till exempel Storbritannien, har infört flygskatter.37 Skatten infördes 1994 och har höjts successivt. Skatten ökar med resans längd och ligger i dag mellan 100 kronor och 4 000 kronor.38
Biobränslen
Det forskas mycket om alternativ till petroleumbaserade flygbränslen. Det går att framställa jetbränsle ur många vegetabiliska och animaliska råvaror. I dag är två processer godkända, och fler väntas bli certifierade de närmaste åren. Man flyger dock inte med enbart biobränsle vid passagerartrafik, utan det blandas med traditionellt bränsle. Processerna för att tillverka alternativt jetbränsle är mer komplicerade och energikrävande och därmed dyrare än tillverkning av biobränsle för andra ändamål. Ett sätt att göra drivmedelsproduktionen mer energieffektiv är att kombinera den med biovärmeverk, något som har studerats vid Arlanda.39
Tillverkningsprocesserna kan i sig dessutom generera koldioxidutsläpp, och olika processer och råvaror har därför olika nettoeffekter på miljön. I sökandet efter alternativ till petroleumbaserade bränslen måste också tillverkningsprocessens påverkan på möjligheterna till annan användning av resurser vägas in. Det är till exempel inte önskvärt att framställning av biobränslen slår ut viktig matproduktion. Råvaror av biologiskt ursprung har vanligtvis även lägre energidensitet, vilket gör att logistiken av tillförsel av råvara blir betydligt mer omfattande och energikrävande än om petroleum används som råvara. Olika vegetabiliska råvaror kräver också olika jord- eller vattenkvalitet, och mark- och vattenåtgången vid odling kan variera mycket.40
36Naturvårdsverket: www.naturvardsverket.se/Sa-mar-miljon/Statistik-A-O/Vaxthusgaser- utslappshandel/.
37House of Commons Library: www.parliament.uk/briefing-papers/sn00413.pdf.
38HM Revenue and Customs: www.hmrc.gov.uk/rates/apd.htm.
39Martin Hagströms avsnitt.
40UCLA Institute of Environment and Sustainability:
http://www.environment.ucla.edu/reportcard/article7320.html. Forskning och framtid: fof.se/tidning/2010/7/det-dubbelgrona-branslet. Samtal med Martin Hagström 2014-03- 25.
16
| 2. FLYGETS UTSLÄPP OCH MILJÖPÅVERKAN | 2013/14:RFR16 |
Beroende på vilken råvara och vilken process man använder går det gissningsvis åt ca 5 till 10 gånger så mycket (antal kg) biomassa jämfört med råolja som råvara till processen att framställa flygbränsle. Det betyder en ökning med upp till tio gånger eller mer (biomassa har lägre densitet än petroleum) i logistiken för tillförsel av råmaterial.41
41 Samtal med Martin Hagström 2014-03-25. Tomas Ekbom m.fl.: Förstudie för biobaserat flygbränsle för Stockholm–Arlanda Flygplats, 2009 s. 56.
17
2013/14:RFR16
3. Forskning och utveckling inom flyget
Teknikutveckling inom det internationella flyget
Från 1930-talet till 1960-talet utvecklades flygplan och motorer snabbt, och nya modeller togs i bruk. Sedan 1970-talet har utvecklingen varit mer fokuserad på bättre driftsekonomi och säkerhet i mindre steg fram till dagens trafikflygplan.
Sedan 1990-talet har flygindustrin påverkats av ett internationellt miljötänkande. Flygets miljöpåverkan har uppmärksammats, och man har sökt tekniska lösningar för att komma till rätta med miljöproblemen, såsom lättare plan, mer effektiva motorer eller alternativa bränslen.42
Flygsäkerheten ställer förstås höga krav på utveckling av ny teknik. Generellt tar de flesta produkterna inom flygområdet lång tid att utveckla, men de har i gengäld lång livslängd.43 Dagens flygplansmodeller har funnits länge: Ett exempel är Boeings storsäljare 737, som togs i bruk 1967 och som fortfarande tillverkas. Ett enskilt flygplans livstid är ungefär 25–30 år.
För flygbolagen är inköp av flygplan ett avgörande beslut. Flygplanen ska vara i drift i många år, vilket kräver avancerade analyser av den framtida marknaden. I en bransch som är mycket konkurrensutsatt och konjunkturkänslig kan ett felaktigt beslut få ödesdigra konsekvenser. Detta kan leda till att det ibland finns en ovilja hos exempelvis flygbolag att ta stora risker. Som ett led i att anpassa sig till marknadssituationen har några bolag valt att i stället långtidshyra plan.44
Sedan 1990-talet har det skett en våg av fusioner inom flygplanstillverkningen. I dag råder i princip ett duopol, där flygplanstillverkarna Boeing och Airbus helt dominerar marknaden och noga bevakar varandras utvecklingsarbete. Vid sidan av dessa har bolagen General Electric, Pratt & Whitney och Rolls-Royce stor inverkan på den tekniska utvecklingen av exempelvis motorer för det civila flyget.45 Flygplanstillverkare i Ryssland, Kanada, Brasilien, Japan och Kina är relativt starka på marknaden för regional- och medeldistansflygplan för 50 till 150 passagerare. Bombardier och Embraer försöker också ge sig in på marknaden för plan med plats för 120 till 150 passagerare.46 Bombardier C, Embraer E-Jets, Sukhoi Superjet och Mitzubishi Re- gional Jet närmar sig A320 och B737, och Kina storsatsar på sina Comac ARJ21 och C919.47
År 2008 bad amerikanska NASA fyra ledande aktörer inom forskning och industri (General Electric, Boeing, Massachusetts Institute of Technology, MIT, och Northrop Grumman) att skissa på en framtida utveckling för flyget
42Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 6.
43Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s 27–29.
44Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:1, s. 23.
45Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s 27–29.
46Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 6.
47Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s 29.
18
| 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET | 2013/14:RFR16 |
och utveckla olika koncept som kunde möta framtida krav på lägre bränsleförbrukning, reducerade utsläpp och minskat buller fram till 2030.48 År 2011 bad man Lockheed Martin, Boeing och Northrop Grumman att studera koncept för flygplan möjliga att pröva 2025.49 NASA:s projekt har resulterat i lösningar som ofta nämns i diskussionen om framtidens flyg.
EU-satsningar på flygutveckling
EU har det senaste decenniet tagit flera initiativ som berör flygteknisk forskning.
Flyget är viktigt för EU-ländernas ekonomi. Enligt EU finns det ca 450 flygbolag och över 700 flygplatser i Europa. Flyget omsätter 600 miljarder euro och ger över 8 miljoner arbetstillfällen.50 Med argumentet att forskning och utveckling stöder Europas konkurrensförmåga inom flygområdet samlade EU-kommissionären för forskning 2001 en grupp intressenter för att ta fram en europeisk vision för flygrelaterad forskning, European Aeronautics: a vision for 2020.51
Visionen ledde fram till olika rekommendationer, bland annat om långsiktigt samarbete mellan olika intressenter, och den utmynnade i inrättandet av Acare (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe).52 Acare är ett initiativ inom ramen för EU:s sjunde ramprogram för forskning och ett samarbete mellan olika offentliga och privata aktörer. Acare formulerar strategiska forskningsagendor.
Siim Kallas, EU-kommissionär med ansvar för transportfrågor, sammankallade 2010 en grupp med representanter från forskning och industri. Gruppen, High Level Group on Aviation and Aeronautics Research, formulerade året därpå en vision för Europas framtida flygforskning.53
Single European Sky (SES) lanserades av Europakommissionen 1999. Flygbolagen måste i dag ofta anpassa sina flighter efter exempelvis nationsgränser, ansvarsområden och militära zoner. Varje land har sina egna bestämmelser, rutter, kontrollstationer och system för sitt luftrum. Brister i samarbete och planering gör att trafikledningen i Europa är ineffektiv. Man kan därför sällan flyga den kortaste vägen mellan två destinationer; i genomsnitt är en flight i Europa 50 kilometer längre än fågelvägen. Enligt den ansvarige EU-kommissionären medför EU:s fragmenterade luftrum varje år extrakostnader på nästan 5 miljarder euro för flygbolagen och deras kunder.54
48NASA: www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/future_airplanes.html#.
49NASA: www.nasa.gov/topics/aeronautics/features/flight_2025.html.
50Acare: www.acare4europe.com/about-acare.
51EU-kommissionen: ec.europa.eu/research/growth/aeronautics2020/pdf/aeronautics2020_en.pdf.
52Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s. 27–29.
53EU-kommissionen:
ec.europa.eu/transport/modes/air/high_level_group/hlg_aviation_aeronautics_en.htm.
54 EU-kommissionen: ec.europa.eu/commission_2010- 2014/kallas/headlines/news/2013/06/sesplus2_en.htm
19
| 2013/14:RFR16 | 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET |
För att möta det ökande flygandet menade EU att det behövs gemensamma regler och rutiner i Europa. SES och dess efterföljare SES II har som mål att möta framtida kapacitets- och säkerhetsbehov med hjälp av lagstiftning.55
En hörnsten i SES är att luftrummet i Europa delas in i nio samarbetszoner, så kallade funktionella luftrumsblock (Functional Airspace Blocks, FAB). Arbetet med att förverkliga den nya indelningen startades 2004, och zonerna skulle ha varit genomförda 2012. Det är dock endast Sverige/Danmark och Storbritannien/Irland som har förverkligat sina respektive områden. EU- kommissionen har riktat hård kritik mot flera medlemsländer för att arbetet går så långsamt.56
År 2004 påbörjades Sesar, The Single European Sky ATM Research, som ska pågå till 2020 och som stödjer SES med tekniska lösningar. Sesar ska utveckla tekniska och operativa förutsättningar för det gemensamma europeiska luftrummet för att möta den väntade trafikökningen. Sesar finansieras av EU, flygindustrin och Eurocontrol (den europeiska organisationen för säkrare flygtrafiktjänst).
Clean Sky är ett europeiskt flygforskningsprogram som startade 2008. Clean Sky har en budget på 1,6 miljarder euro och är därmed det största samlade flygforskningsprogrammet i europeisk historia.57 EU-kommissionen står för halva kostnaden och flygindustrin för resten. Syftet med Clean Sky är att påskynda förverkligandet av gröna utvecklingsinsatser och förkorta den tid det tar för nya lösningar att komma ut på marknaden. Clean Sky har stötts av ett antal mindre EU-projekt för att utveckla delsystemteknik med en budget på 50 till 100 miljoner euro. Tekniken valideras och testas nu på motornivå i Clean Sky. År 2014 påbörjas en andra period, Clean Sky 2, som ska pågå till 2024. Inom Clean Sky 2 är målet att göra tekniken mer mogen genom att flyga fullständiga demonstratorer.
Inom EU driver kommissionen sedan 2011 ett projekt för att öka användningen av biobränslen. European Advanced Biofuels Flight path Initiative genomförs i samverkan med medlemsstaternas myndigheter, flygbolag, flygplanstillverkare och bränsletillverkare.58 Målsättningen för projektet är att inom Europa ha en årlig förbrukning av minst 2 miljoner ton biobaserat jetbränsle 2020. EU-kommissionens vitbok från 2011 anger att målsättningen för flyget är en 40-procentig användning av hållbara bränslen med lågt fossilt kolinnehåll. 59
55 EU-kommissionen: ec.europa.eu/transport/modes/air/single_european_sky/index_en.htm.
56EU-kommissionen om FAB: ec.europa.eu/transport/modes/air/single_european_sky/fab/. För EU-kommissionens kritik, se europa.eu/rapid/press-release_IP-13-860_sv.htm.
57Clean Sky: www.cleansky.eu/content/article/mission-objectives.
58EU-kommissionen: ec.europa.eu/energy/renewables/biofuels/flight_path_en.htm.
59EU-kommissionen: Färdplan för ett gemensamt europeiskt transportområde – ett konkurrenskraftigt och resurseffektivt transportsystem, 2011, s. 9.
20
| 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET | 2013/14:RFR16 |
Svensk forskning och utveckling60
En inhemsk flygindustri
Det första svenskkonstruerade flygplanet byggdes 1910. Svensk flygplanstillverkning i något större skala kom i gång senare under 1910-talet. De flesta av de tidiga tillverkarna inriktade sig på flygplan som kunde säljas till Krigsmakten.
Den dominerande tillverkaren av flygplan i Sverige blev från slutet av 1930-talet Svenska Aeroplan AB, Saab. Dess första egna konstruktion blev Saab 17 som flög i början av 1940-talet. 29 Tunnan premiärflög 1948 och blev Västeuropas första pilvingade jaktflygplan. Andra kända konstruktioner har varit 32 Lansen, 35 Draken, 37 Viggen och 39 Gripen.
Saab har också tillverkat civila flygplan. Efter kriget utvecklade Saab det civila passagerarflygplanet Saab 90 Scandia. Produktionen blev dock kortvarig, då försvaret begärde att Saab skulle satsa alla resurser på 29 Tunnan i början av 1950-talet. Förutom trafikflygplanet Scandia och allmänflygplanen Safir och Safari har Saab bidragit med två flygplan i turbopropkategorin, Saab 340 (i trafik 1984) och Saab 2000 (i trafik 1994).
Saab både utvecklar egna stridsflygplan och deltar i olika samarbeten. Saab och Boeing träffade i december 2013 avtal om att tillsammans konkurrera om en affär med det amerikanska flygvapnet, och Brasilien har beslutat att lägga en order på Saab 39 Gripen. Den civila produktionen av helt egna flygplan är nedlagd, men däremot medverkar Saab i utveckling och produktion av trafikflygplan för både Airbus och Boeing. Företaget deltar också i EU:s stora forskningsprogram Clean Sky om framtidens flygplan.
Svensk flygmotortillverkning startade år 1930 i Trollhättan hos företaget Nohab Flygmotorfabrik som 1941 blev Svenska Flygmotor AB och därefter bytte namn till Volvo Flygmotor. Efter 1994 användes namnet Volvo Aero och sedan år 2012 går företaget under namnet GKN Aerospace Sweden.
Motorerna till 29 Tunnan, 32 Lansen och 35 Draken har samtliga tillverkats i Trollhättan på licens från de Havilland och Rolls Royce. Motorn till 37 Viggen är en av Volvo Flygmotor omkonstruerad civil Pratt & Whitneymotor. Motorn i 39 Gripen är en omkonstruerad F404-motor där Volvo Aero/GKN står för omkonstruktionen och har helmotoransvaret.
Med kunskaper från den militära flygmotortillverkningen har Volvo Aero/GKN gradvis tagit steget in i den civila flygmotorbranschen. I mer än 90 procent av alla civila flygmotorer för plan med över 100 passagerare finns i dag svensktillverkade flygmotorkomponenter. Företaget har specialiserat sig på tillverkning och utveckling av motorstrukturer och samarbetar i dag med samtliga stora motortillverkare. Exempel på några aktuella motorprogram där GKN Aerospace är med är GEnx (Boeing 787), Rolls Royce Trent XWB
60 Avsnittet bygger till stora delar på Transportstyrelsen: Flygtendenser 2010:2, s. 36–40. Uppgifterna om Volvo Aero och GKN Aerospace Sweden är framtagna av Tomas Grönstedt.
21
| 2013/14:RFR16 | 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET |
(Airbus 350 XWB) och PW 1000G (Airbus 320neo, Bombardier CSeries, Irkut MS-21 och Mitsubishi MRJ). En dominerande del av GKN Aerospace Swedens verksamhet bedrivs i dag på den civila flygmotorsidan.
GKN Aerospace ingår i olika europeiska forskningsprojekt tillsammans med övriga europeiska flygmotorindustrier för att utveckla framtidens flygmotorer. Ett exempel är Clean Sky, där GKN är med i fyra av sex motordemonstratorer för framtidens hållbara och gröna motorer.
Forskning och utveckling av flygteknik i Sverige bestod tidigare i hög grad av utveckling av egna, hela system. En internationell trend som också märks i vårt land är att man i stället deltar som en av flera parter i internationella projekt. I Sverige syns en trend mot färre patentansökningar och patent inom flygområdet. En förklaring kan vara just det ökade internationella samarbetet.61
Akademi och industri i samarbete
De lärosäten som bedriver mest forskning inom civilt och militärt flyg är Kungliga Tekniska högskolan, Linköpings universitet, Chalmers tekniska högskola, Luleå tekniska universitet, Högskolan Väst och Högskolan i Skövde. Samarbetet med industrin är omfattande.62 Till exempel inom området flygmotorer finns starka länkar i kedjan mellan de olika stegen från projekt med lägre teknologisk mognadsgrad till färdiga produkter. I denna stegvisa process spelar instituten en viktig roll för att tekniken inte ska förbli halvmogen och riskera att aldrig nå fram till färdiga produkter.
Finansieringen av den flygtekniska forskningen kommer framför allt via Vinnova, EU-projekt, Försvarets materielverk (FMV), Försvarsmakten, Stiftelsen för strategisk forskning och Vetenskapsrådet.63 Försvaret har dock under en rad år dragit ned på sin flygforskning.64
Totalförsvarets forskningsinstitut, FOI, bedriver avancerad forskning och utveckling inom området flygteknik. FOI besitter specialkompetens inom bland annat strömningsmekanik, hållfasthet och utsläpp.65
Vinnova understryker behovet av att stödja kompetens på lång sikt. Därför betonar man vikten av att upprätthålla kompetensen inom det civila flyget.66
I början av 1990-talet fick Vinnova i uppdrag att tillsammans med FMV, Försvarsmakten, Saab och Volvo Aero starta Nationella flygtekniska forskningsprogrammet, NFFP. NFFP har pågått sedan 1994 och inriktar sig på flygforskning för både civilt och militärt bruk. Syftet med NFFP är att vidareutveckla och samordna forskningsresurserna vid industrier, forskningsinstitut, universitet och högskolor och bidra till att stärka den svenska industrins konkurrensförmåga. Det ska även stärka landets förmåga att aktivt delta i och dra
61Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s. 27–29.
62Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s. 27–29.
63Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s. 27–29.
64Transportstyrelsen: Flygtendenser 2011:2, s. 29.
65FOI: www.foi.se/sv/Vara-tjanster/Kunskapscentrum/Flygteknik/.
66Samtal med Vilgot Claesson, Vinnova, 2014-03-12.
22
| 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET | 2013/14:RFR16 |
nytta av internationellt forsknings- och teknologisamarbete. NFFP 6, sompågår mellan 2013 och 2016, har en total budget på 440 miljoner kronor, varav hälften kommer från staten och hälften från industrin.67
En demonstrator är en plattform där tänkta egenskaper hos framforskade idéer och teknik kan testas och utvärderas. Programmet Grönt flygtekniskt demonstrationsprogram (GF Demo) påbörjades 2012 och syftar till att stärka den svenska flygindustrins konkurrenskraft internationellt genom stöd just under demonstrationsfasen, som för flygindustrin är ett speciellt utsatt skede. Avsikten är att programmet ska bidra till att grön teknologi snabbare kan införas i civila flygplan och deras tillhörande system. Programmet ska också stötta och möjliggöra ett starkt svenskt deltagande i internationella civila demonstrationsprogram av typen Clean Sky och Sesar. Programmet är en fortsättning på Flygtekniskt utvecklings- och demonstrationsprogram (FLUD, påbörjat 1994) och administreras av Vinnova.
Starka forskningsområden
Sverige är i dag särskilt framstående inom några områden. I en majoritet av dagens civila flygmotorer finns det svensktillverkade komponenter. På motorområdet har Sverige en stark ställning inom lättvikts- och tillverkningsteknik. Starka kunskapsområden finns också inom strömningsteknik, helhetsförmåga och konceptstudier, hållfasthetslära och materialteknik. Inom ramen för programmet Clean Sky utvecklar svenska aktörer roterande strukturer till okapslade turbofläktmotorer.68
Vid sidan av motorer befinner sig svenska forskare i fronten vad gäller utveckling av material. Kompetensen är god inom området kompositmaterial, där svenska leverantörers styrka bland annat är konceptutveckling och helhetslösningar. Både Saab och GKN är starka inom området lättviktsmaterial. Ytterligare ett område är human-machine interface (HMI), alltså gränssnittet mellan människa och teknik (exempelvis en pekskärm). Radarteknik och sensorer är likaså ett område där Sverige hävdar sig väl.69
2012 års forskningsproposition pekade ut den flygtekniska forskningen som ett framgångsrikt forskningsområde. Sverige har enligt propositionen en stark internationell position. Flygindustrin har en väl utvecklad och fungerande samverkan med universitet, högskolor och industriforskningsinstitut samt med små och större företag inom industrin. Det finns en stark länk mellan grundforskning och produktutveckling inom landet och en industriell kompetens inom avancerad teknologi.70
Även om den svenska flygtekniska forskningen haft sämre förutsättningar under ett antal år, ser läget för flygforskningen ljusare ut än på länge. Saabs
67Vinnova: www.vinnova.se/sv/Var-verksamhet/Gransoverskridande- samverkan/Samverkansprogram/Nationella-flygtekniska-forskningsprogrammet/.
68Samtal med Vilgot Claesson, Vinnova 2014-03-12. Tomas Grönstedts avsnitt.
69Samtal med Vilgot Claesson, Vinnova 2014-03-12. Tomas Grönstedts avsnitt.
70Regeringens proposition 2012/13:30 Forskning och innovation, s. 112–113.
23
| 2013/14:RFR16 | 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET |
avtal med Boeing och framgångarna för Gripen får goda effekter för hela området, även det civila flyget.71
En forskningsagenda för flyget
Två svenska flygforskningsagendor har tagits fram. Den första, NRA Flyg 2010, publicerades 2010. Den andra, NRIA Flyg 2013, utarbetades inom ramen för Vinnovas program för strategiska forsknings- och innovationsagendor. Agendorna har tagits fram i ett samarbete mellan universitet, högskolor, institut, företag, intresseorganisationer och myndigheter. Intresseorganisationen Svenskt Flyg ansvarade för processledningen av den senare agendan.
Visionen i NRIA 2013 är att den svenska flygforskningen och flygutvecklingen 2050 med gott resultat riktar in sig på att agera samarbetspartner i internationella projekt och att vara leverantör av delsystem till dessa. Universitet och högskolor samarbetar i nätverk med marknadsbehov för ögonen, och det finns ett övergripande forum för flygområdet.72
Agendan innehåller fyra rekommendationer. Den första är att satsa på demonstratorer, där ny teknik kan prövas och utvärderas. Anledningen är att just den fas i utvecklingsarbetet då ny flygforskning ska tillämpas är mycket känslig och avgörande för om ny forskning leder till en säljbar produkt. Agendan föreslår också att man stärker arenorna för flygproduktion, framför allt med hjälp av åtgärder för små och medelstora företag så att produktionen stannar i landet. För det tredje föreslås att forskningsnätverken och deras kontakt med företagen stärks i syfte att snabbare få ut forskningens resultat på marknaden. Slutligen efterlyser man ett forum för flygforskningsfrågor. Avsikten är att få en tydligare inriktning och samsyn kring vilka insatser som behövs. Forumet föreslås överta arbetet med att vart tredje år formulera en flygforskningsagenda.73
Agendan pekar ut sex prioriterade och i internationellt perspektiv starka forskningsområden.74
Helhetsförmåga och konceptstudier, då man fokuserar på hela system och hur kunskaper om helheten ger insikter i vilka krav som ska ställas på systemets delar.
Grundläggande flygteknik, såsom aerodynamik, flygmekanik och hållfasthet.
Integrerad struktur. Här ryms bland annat forskning om hur kompositer, lättviktsmaterial och nanoteknologi kan bidra till en effektiv struktur.
Intelligenta system och sensorer, vilket inbegriper studier av automation, samverkan mellan människa och system, samt sensorer.
Framdrivning (motorteknologi).
71Samtal med Vilgot Claesson, Vinnova 2014-03-12.
72NRIA Flyg 2013, s. 11.
73NRIA Flyg 2013, s. 6–7.
74NRIA Flyg 2013, s. 16–17.
24
| 3. FORSKNING OCH UTVECKLING INOM FLYGET | 2013/14:RFR16 |
Flygtrafikledning (air traffic management, ATM).
NRIA 2013 menar att insatserna för framtiden bör koncentreras till de områden där Sveriges kompetens och förmåga är mest konkurrenskraftig. Framför allt syftar man då på motor- och flygplansutveckling. Den svenska förmågan är över lag mycket svagare när det gäller utveckling av biobränslen. ATM är ett viktigt område, men NRIA 2013 menar att dessa utmaningar bara kan mötas tillsammans med en positiv flygplans- och motorutveckling.75
75 NRIA Flyg 2013, s. 18.
25
2013/14:RFR16
4. Expertunderlagen om framtidens flyg
I detta avsnitt refereras de underlag som fyra externa experter har tagit fram på uppdrag av utskottet. Först beskrivs vilka drivkrafter för förändring som experterna har identifierat, sedan följer en sammanfattning av forskningsfronten inom flygplanskonstruktion, motorer, bränsle och flygtrafikledning. Ett avslutande avsnitt diskuterar den övergripande frågan om hur tekniska och operationella åtgärder kan bidra till att framtidens flyg blir hållbart.
Drivkrafter för utveckling
De fyra underlagen ger en samstämmig bild av vilka problem flyget brottas med och vilka incitamenten är för att utveckla tekniken och finna nya lösningar.
Olika utsläpp och hur de påverkar miljön är en viktig drivkraft för utveckling. Flygplan släpper ut koldioxid, vattenånga, kväveoxider och i mindre omfattning kolväten, svaveldioxid och sotpartiklar. Utsläppen får global påverkan, även om de koncentreras till regioner med tät trafik.
Bränslet utgör en stor och svårförutsägbar del av kostnaderna för flyget, och det ligger i flygbranschens intresse att få ned bränsleförbrukningen. Ett flygbolag kan ha 50 procent av sina totala kostnader i form av bränslekostnader och det finns därför starka drivkrafter för branschen att hitta mer bränslesnåla och miljövänliga lösningar. Med tanke på att tillgången till olja är osäker på lång sikt vill man minska sitt beroende av fossila bränslen.
Flygbranschen är förstås också medveten om att flygets utsläpp är en politisk fråga och föremål för regleringar i form av exempelvis utsläppsrätter. Forsknings- och utvecklingsarbete krävs för att nå olika utsläppsmål.
Flyget i Europa präglas av ineffektivitet på flera sätt, till stor del som en följd av det fragmenterade luftrummet. Flygledningen sköts ofta nationellt, och regler och avgifter skiljer sig mellan olika länder. Ineffektiviteten leder till flygvägsförlängningar, vilket i sin tur orsakar utsläpp och buller. Ineffektiviteten skapar kostnader och förhindrar en framtida kapacitetsökning.
Flera stora flygplatser har nått taket för sin kapacitet. Om passagerarflyget ökar enligt prognoserna kommer framtidens utmaningar till stor del att handla om att kunna hantera flödet av passagerare på flygplatsen och att åstadkomma en bra infrastruktur för resor till och från densamma.
Ytterligare en drivkraft för utveckling är att minska bullret. Nya jetmotorer har minskat bullret med ca 20 decibel sedan 1970-talet, men bullerfrågan är ett av de viktigaste lokala miljöproblemen.
Ökad flygsäkerhet är givetvis också ett viktigt skäl för utveckling. Inom flygsektorn finns hårda regler för certifiering av exempelvis motorer och bränsle. Säkerhetsarbetet är centralt i utvecklingen av flygplanets konstruktion, motorerna, bränslet och utnyttjandet av luftrummet. ICAO håller sam-
26
4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16
man det internationella arbetet för flygsäkerhet. I Europa arbetar Europeiska byrån för luftfartssäkerhet (Easa) med flygsäkerhet.
Utvecklingslinjer
Vilka tendenser kan då experterna se inom områdena flygplanskonstruktion, motorer, bränsle och flygtrafikledning?
Flygplanskonstruktioner
Vingarnas utformning har stor betydelse för planets lyftkraft och luftmotstånd. Det pågår mycket forsknings- och utvecklingsarbete för att hitta bästa möjliga vingar till olika flygplan. Vingens area, tvärsnittsprofil, spännvidd, vinkel mot kroppen och anfallsvinkel (med vilken vinkel vingen möter luften) är avgörande för lyftförmågan. Lägst luftmotstånd har ett flygplan med långa slanka vingar, som på segelflygplan. Moderna trafikflygplan har ofta en svept (bakåtvinklad) vinge, då det ger lägre luftmotstånd vid farter nära ljudets hastighet. Stridsflygplan har i stället mindre spännvidd och triangelformade vingar som löper längs med flygplanskroppen, då det ger minsta möjliga luftmotstånd vid riktigt höga farter. Vingens tvärsnittsprofil är mycket viktig för en rad egenskaper hos flygplanet, till exempel luftmotståndet och lyftkraften, och vingprofilen måste samtidigt klara regn, is och smuts utan att egenskaperna drastiskt förändras.
Boeings Sonic Cruiser, med så kallade deltavingar, var i början av 2000- talet ett försök att skapa ett mycket snabbt passagerarflygplan för långflygningar. Japanska Hondajet, ett mindre jetflygplan, har vingar utformade för en stor andel laminära (icke-turbulenta) strömmar i hög fart, och motorerna är placerade ovanför vingarna. Det görs också försök med flygplan som kan ändra form på vingen under flygning, men det har hittills inte tillämpats inom det civila flyget.
Flygplanskroppens utförande bidrar också till lyftkraften, och forskning pågår för att effektivisera planens utformning. Kropparna är strömlinjeformade för att minska luftmotståndet. Att flygplan är cylinderformade beror på att det är bästa möjliga utformning för att åstadkomma trycksättning av kabinen, något som är nödvändigt på hög höjd. Försök pågår med annorlunda utformade konstruktioner. Global Flyer har tre kroppar för att bättre fördela tyngden över vingen som skapar lyftkraften. MIT:s Double Bubble är ett flygplan med betydligt bredare kropp och motorerna integrerade i kroppen längst bak, allt för att förbättra effektiviteten.
Flygplanets vikt är förstås också av stor betydelse för planets effektivitet. I traditionella plan är ofta mycket av vikten placerad i själva kroppen medan en jämn viktfördelning mellan kropp och vingar är önskvärd för att minska belastningen på vingen, framför allt vingroten nära flygplanets kropp. Det är en av anledningarna till att bränslet ofta förvaras i vingarna. Olika försök med integrering av kropp och vinge (blended wing body) pågår, eftersom det
27
2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG
skulle ge en ännu jämnare viktfördelning och därmed göra det möjligt att bygga ännu lättare plan. Det finns dock flera nackdelar med så kallade flygande vingar. En är att det skulle behövas landningsställ under hela planet för att klara av hårda landningar, men det skulle i sin tur kräva att landningsbanorna på världens alla flygplatser byggdes om. Det är också svårare att åstadkomma aerodynamisk effektivitet med en flygande vinge eftersom planet saknar stabilisatorer och stjärtparti. Flygande vingar är också svårare att trycksätta än traditionella flygplan.
Flygplan måste byggas i material som klarar höga belastningar men ändå är lätta. De flesta flygplan är byggda i lättmetall som limmas eller nitas. En nackdel med lättmetall är att det kan uppstå sprickor vid tillverkningen, sprickor som sedan växer vid belastning. En annan nackdel är att det kan vara svårt att åstadkomma ytor och utformningar som ger lågt luftmotstånd. Allt fler flygplan byggs därför av kompositmaterial (ofta blandningar av epoxiplast förstärkt med glas- eller kolfiber). Med komposit går det att konstruera vingar med högre styvhet och styrka, och det går att göra större och mer komplicerade delar i ett stycke än vad som är möjligt i lättmetall. Avigsidan är att man inte kan automatisera produktionen. Kompositmaterial reagerar också annorlunda vid skador, vilket ställer krav på ny kunskap och hantering.
Som tidigare nämnts tar utveckling av flygplan tid och kräver stora resurser. Det görs försök att hitta alternativ till storsäljarna Boeing 737 och Airbus 320. Hittills har de två stora tillverkarna dock valt att uppgradera befintliga modeller i stället för att ersätta dem med nya typer av flygplan. Boeings Sonic Cruiser, som presenterades i början av 2000-talet, var ett försök att utveckla en ny konfiguration. Planet var mindre, försett med deltavinge och kunde flyga fort, men krävde mer bränsle och var därmed dyrt i drift. Boeing valde att i stället satsa på den mer konventionella 787 (Dreamliner), som började användas 2009.
Bland de riktigt stora flygplanen dominerar fortfarande Boeing 747 (Jumbojet). Flygplanet debuterade under andra halvan av 1960-talet och har nyligen lanserats i en ny version. I samma storleksklass utvecklar Airbus den så kallade Superjumbon A380, som togs i bruk 2007. Men försäljningen av planen går mindre bra. Fokus bland flygbolagen verkar snarare vara på de något mindre så kallade wide body-planen, såsom Airbus 350, Boeing 787 och Boeing 777.
Under en period har propellerflygplan varit mindre efterfrågade. De bedöms kunna få en renässans om bränslepriserna höjs och man accepterar en något lägre flyghastighet. Tidigare utvecklades och flögs också överljudsplan, exempelvis Concorde och Tupolev TU-144. Utvecklings- och driftskostnaderna för överljudsplan är dock höga, och de anses inte realistiska. Eventuellt kan de komma att användas som mindre affärsplan.
Det görs försök att flyga med solceller. Solceller kan användas för flygning i låg fart, med stor uthållighet och räckvidd. Utvecklingen bedöms som intressant, men en praktisk tillämpning i större skala ligger långt fram i tiden.
28
4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16
Schweiziska Solar Impulse och NASA:s Helios och är exempel på två varianter.
Det pågår en mer experimentell utveckling utanför industrin. Många sedermera framgångsrika konstruktioner har faktiskt sitt ursprung i olika privatpersoners småskaliga experiment.
Det kan gå att nå en reduktion av bränsleförbrukningen med 50 procent på längre sikt, men för att nå större vinster än så krävs mer radikala koncept eller att man accepterar längre restider. Ytterligare reducering kan också uppnås om man anpassar flygplanets utformning till den optimala flygbanan, vilket till exempel kan innebära en snabb stigning och sedan en lång landning. Da- gens flygplan är dock inte anpassade för den sortens flygning. Mest troligt är att utvecklingen går mot en ökad samverkan mellan flygplan och motor. Om förutsättningarna för flyget ändras mer radikalt kan man däremot tänka sig avsevärt förändrade flygplan.
Internationellt samarbete och långsiktighet är den bästa grunden för positiva förändringar. Snabba, genomgripande förändringar är däremot ovälkomna i en sektor som redan präglas av osäkerhet. Nationella regler bedöms inte ha någon större verkan.
För att sammanfatta är det inte troligt att flygplanens utformning ändras på något drastiskt sätt fram till 2030. Till 2050 är det däremot troligt att en betydande effektivisering sker.
Motorer
Även om dagens jetmotorer är mycket mer effektiva än de tidiga motorerna finns det fortfarande potential till förbättring. Det är i dag endast ungefär 40 procent av det arbete som maximalt skulle kunna utvinnas ur bränslet som tas till vara. Resten går förlorat genom ineffektivitet i olika delar av motorn.
Ett aktivt utvecklingsarbete för att attackera förlustkällorna pågår, och förbättringstakten på motornivå uppskattas till mellan 0,5 och 1 procent per år, beroende på hur radikal teknik som kommer att införas. Fram till 2050 beräknas det alltså vara möjligt att sänka bränsleförbrukningen med ungefär 20 procent inom ramen för förbättringar av befintliga motortyper. Tillämpas mer radikal teknik kan effektiviteten öka med ytterligare 15–20 procent. Sammantaget skulle utvecklingen alltså kunna leda till 35–40 procents minskad bränsleförbrukning.
Ett exempel på mer radikal teknik är en mellankyld avgasvärmeväxlande motor. Den tar delvis till vara avgasvärmen som uppstår i motorn. Därmed behöver man inte värma upp luften lika mycket, och det går åt mindre bränsle. Tekniken bedöms som mogen, och motorn skulle kunna införas inom 10 till 15 år.
I en pulsdetonationsmotor är det möjligt att skapa tryckökning under förbränningen, och bränslet snarare exploderar än förbränns. Pulsdetonationsmotorn kan leda till 10 till 15 procents mindre bränsleförbrukning, men tekniken är inte tillräckligt utvecklad för att tas i bruk förrän uppskattningsvis kring 2050.
29
2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG
Ytterligare ett område är de material som används i motorn. Så kallade keramiska matriskompositer gör att kylningen av turbinerna blir mindre krävande eller kan tas bort helt, vilket sparar bränsle. Kompositerna har redan börjat införas, och de väntas få stor betydelse för framtidens motorer.
Okapslade turbofläktmotorer testades redan på 1980-talet, men intresset svalnade i takt med lägre oljepriser. Motorn har dock fått ny uppmärksamhet de senaste åren. Att motorn är okapslad innebär att rotorbladen ligger utanpå motorn. En vanlig motor driver en propeller i motorns front, men i en okapslad turbofläktmotor sitter propellerbladen i dubbla, motroterande, öppna kransar i motorns bakre del. Motorn gör att man kan flyga relativt snabbt och samtidigt öka effektiviteten och därmed sänka bränsleåtgången, i synnerhet vid något lägre hastighet än den som oftast tillämpas i dag. Tekniken är relativt mogen, och riskerna bedöms som måttliga, varför okapslade turbofläktmotorer kan väntas tas i bruk inom 10 till 15 år.
En växlad fläkt innebär att det finns en växel mellan fläkten och turbinen i motorn. På så sätt kan man göra större turbofläktmotorer utan att behöva minska turbinens varvtal, vilket annars är fallet. Tekniken har börjat införas och visar goda resultat. Bedömningen är dock att okapslade fläktmotorer kommer att bli mer effektiva än växlade fläktmotorer i framtiden.
Flygbranschen hyser inga större förhoppningar om utvecklingen av batterier som huvudsaklig energikälla för passagerarflygningar. Anledningen är att flyg kräver stor energitäthet, mycket större än exempelvis vägtrafik. Förbättringstakten för batterier har hittills legat kring 2 eller 3 procent per år. Boeing har utvecklat ett framtidskoncept som bygger på hybridteknik, Sugar Volt. Men om Boeing ska kunna flyga med Sugar Volt som planerat år 2050 skulle det kräva en nästan tredubbel utvecklingstakt, vilket inte kan anses realistiskt. På motsvarande sätt bedöms inte bränsleceller kunna utgöra ett möjligt alternativ som huvudenergikälla för kommersiell passagerartransport under överskådlig tid, då de i dag når ungefär samma energieffektivitet som batterier. Batterier och bränsleceller väntas dock kunna användas i exempelvis hjälpkraftaggregat och liknande tillämpningar.
Bränslen
Flygplan tankas med jetbränsle (Jet A, eller flygfotogen) som tillverkas av råolja. Brist på fossila bränslen har under de senaste 100 åren lett till försök att hitta alternativa bränslen. Till exempel innebar andra världskriget, bojkotten av apartheidregimen i Sydafrika och 1970-talets oljekris att man intensifierade utvecklingen av icke-fossila bränslen.
Man kan göra flygbränsle av flera olika råvaror. Exempel på vegetabiliska råvaror är socker, sojabönor, oljedådra (ger camelinaolja), purgerbuske (ger jatrophaolja), olika sorters energigräs och halofyter (växter som trivs i saltvatten). Alger har en potential, bland annat eftersom de växer snabbt och ger stor avkastning per kvadratmeter jämfört med många andra råvaror. Alger kan också gå att odla i avloppsvatten, vilket kan vara en fördel. Vidare går det att använda olika biprodukter från skogs- och jordbruk, liksom hushållsavfall,
30
4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16
använd matolja eller animaliska fetter. Kol, naturgas och vätgas kan också utgöra råvara. Försök har gjorts att framställa flygbränsle av vatten och luft, men den processen kräver enormt stora energimängder.
Det finns flera orsaker till varför det tar tid att utveckla icke-fossila flygbränslen.
Flygplan, motorer och bränsle har utvecklats tillsammans under lång tid, och det går inte att byta ut en av länkarna i den kedjan. Icke-fossila bränslen måste därför kunna fungera som och blandas med det konventionella bränslet.
Höga säkerhetskrav gör att det tar lång tid att utveckla godkända flygbränslen, eftersom dålig kvalitet kan leda till fatala konsekvenser.
Utvecklingen av nya bränslen innebär mycket stora utvecklings- och investeringskostnader, medan marknaden fortfarande är liten och osäker. Till exempel behövs bortåt 1 miljon liter bränsle enbart för att kunna få ett bränsle certifierat.
Alla plan ska kunna tanka överallt i hela världen, och tekniska lösningar och regelverk måste därför kunna införas internationellt och för hela flygplansflottan. Det gör att det politiska multilaterala arbetet har stor betydelse för möjligheten att införa alternativa bränslen.
Strävan efter hållbara bränslen avser även själva produktionsprocessen. En råvara som leder till minskad global matproduktion eller som i sig orsakar stora koldioxidutsläpp kan inte betraktas som hållbar.
I dag finns två certifierade processer för att tillverka jetbränsle som inte är petroleumbaserat, FT och HEFA. Ytterligare ett antal förväntas bli certifierade inom några år. De senaste fem åren har antalet flygningar med flygbränslen av biologiskt ursprung ökat. Man flyger dock inte enbart på alternativt bränsle, utan detta blandas med traditionellt bränsle.
Med FT-processen (Fischer–Tropsch) kan man tillverka flytande syntetiskt drivmedel genom att förgasa fast kol och bilda vätskeformade kolväten. De första försöken gjordes så tidigt som på 1920-talet, och metoden användes under andra världskriget och i Sydafrika under apartheidtiden. Förutom kol kan naturgas eller biomassa användas i FT-processen. Metoden ger rena drivmedel som skapar lägre halter av skadliga restprodukter när de förbränns. År 1999 certifierades FT för användning upp till 50 procents inblandning och 2008 som ett helt eget flygbränsle. Det Sydafrikabaserade företaget Sasol använder FT-processen och står för den enda storskaliga produktionen av alternativa jetbränslen i dag.
HEFA-processen (hydroprocessed esters and fatty acids) certifierades 2011. Råvaror till HEFA kan vara olja från fettrika växter, som jatrophaolja, camelinaolja, sojaolja och algolja eller animaliska fetter. Råvarorna väte- och värmebehandlas för att man ska kunna få fram ett jetbränsle.
Målsättningen är att kunna tillverka jetbränsle från en stor mängd förnybara råvaror. Socker och cellulosa utgör en stor del av de förnybara råvarorna, och mycket arbete ägnas åt att utveckla tekniker för att omvandla dessa till
31
2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG
bränsle, även om de kräver relativt många processteg från råvara till färdigt bränsle. En metod som väntas bli godkänd är ATJ (alkohol till jetbränsle) som förvandlar socker via alkohol till jetbränsle. En annan är HDCJ (hydrotreated depolymerized cellulosic jet), som utgår från lignocellulosa.
Processerna att framställa biobränslen är i sig energikrävande. HEFA- processen har till exempel en energieffektivitet på 38 procent. Dessutom krävs det fler processteg för att tillverka jetbränsle än andra drivmedel, vilket ytterligare minskar energieffektiviteten. Att framställa jetbränsle med HEFA har en så låg energieffektivitet som 6 procent.
Flygbolagen är mycket känsliga för variationer i bränslepriserna. Under de senaste tre åren har priset på jetbränsle legat mellan 0.69 och 0.88 USD per liter. Det är svårt att hitta en tillförlitlig uppgift om priset på alternativa jetbränslen. USA:s försvarsmakt har köpt FT-bränsle för 0.99 USD per liter och HEFA för 10.11 USD per liter. Enligt vissa uppgifter ligger kostnaden för att framställa HEFA på 1.01 till 1.16 USD per liter. Kostnaden för HEFA-bränsle är särskilt beroende av råvarupriserna.
Man försöker utveckla teknik för att använda vätgas som flygbränsle. Vätgas har dock andra egenskaper än konventionellt jetbränsle, och för att använda vätgas måste nya flygplan och motorer utvecklas. Dessutom krävs en egen global distributionskedja, vid sidan om den för konventionellt bränsle. EU-projektet Cryoplane studerade ett vätgasdrivet passagerarplan. Boeings vätgasdrivna Phantom Eye (ett obemannat spionplan) flögs första gången 2012. Vätgasdrivna bränsleceller kan också användas för att producera elektricitet som behövs när planet är på marken. Det minskar de lokala utsläppen kring flygplatsen, men bidrar i mycket liten utsträckning till en minskad användning av jetbränsle.
I Sverige är det Swedish Biofuels som har kommit längst med tillverkning av icke-fossilt flygbränsle. Swedish Biofuels utvecklar en process för att konvertera alkohol till jetbränsle. Pilotanläggningen vid KTH i Stockholm (som finansierats av det amerikanska försvarets forskningsråd Darpa och FMV) producerar ungefär 5 ton jetbränsle om året. Bränslet har testats av det amerikanska flygvapnet, och uppgifter gör gällande att det motsvarar uppställda krav. Resultaten från testerna är för närvarande föremål för analys för en möjlig certifiering.
I dagsläget bedöms det vara mer kostnads- och energieffektivt att använda förnybara drivmedel inom andra transportslag än luftfart, då de högt ställda kraven på jetbränsle innebär att tillverkningsprocesserna blir energi- och kostnadskrävande. I dag går det att producera FT-bränsle till ett konkurrenskraftigt pris, och det är möjligt att drivmedelsproduktion som kombineras med värmeverk kan komma att bli lönsam. Även om det alltså finns godkända förnybara bränslen som i dag används vid passagerarflygningar är både kostnaden och energiåtgången fortfarande högre än för andra användningsområden för samma bränsle.
32
4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG 2013/14:RFR16
Flygtrafikledning
Tomas Mårtensson pekar på att flygtrafiktjänstens möjligheter att påverka flygets utsläpp av koldioxid är liten. I EU utgör flygtrafiktjänstens bidrag 6 procent av flygets totala utsläpp. Samtidigt menar han att det finns ett antal åtgärder som kan genomföras och som kan ge relativt snabba effekter.
Den kanske mest kända flygoperativa åtgärden för att minska bränsleåtgången är gröna inflygningar. En vanlig inflygning innebär ofta att man flyger i ”trappsteg” ned mot flygplatsen, något som bullrar och drar mycket bränsle. Konceptet med grön inflygning innebär att piloten planerar flygningen så att inflygningen sker som glidflygning med motorerna på mycket lågt varvtal. På detta vis sparar man bränsle och minskar bullerbelastningen. Det ställer dock större krav på besättningen och är svårt att genomföra när det är mycket trafik.
Bränsleoptimal fart innebär att man flyger med en hastighet som gör att bränslet utnyttjas så effektivt som möjligt. Den bränsleoptimala farten är lägre än den hastighet man oftast flyger med i dag och skulle förstås leda till längre flygtider och minskad kapacitet. Ju högre flyghöjd, desto högre bränsleoptimal fart och vice versa. På inrikesflygningar kommer man oftast inte upp till bränsleoptimal höjd, vilket man gör under en långflygning.
Ett annat tillvägagångssätt för att spara bränsle är att använda mindre flygplan och mellanlandningar. Trots att man måste genomföra ytterligare en bränslekrävande stigning efter en mellanlandning sparar det bränsle jämfört med att flyga med ett större flygplan. Stora flygplan har nämligen oproportionerligt mycket mer bränsle ombord än mindre flygplan. Restiden blir naturligtvis längre när man måste mellanlanda för att tanka.
Att vid långa flygningar använda mindre plan som lufttankar under vägen sparar också bränsle, till och med om man räknar in tankflygplanens bränsleåtgång. Även lufttankning sänker hastigheten och därmed kapaciteten i flygsystemet.
Att som fåglarna flyga i formation används inom militärt flyg. Det har föreslagits även inom reguljärt flyg eftersom det minskar bränsleåtgången, men tillämpas inte i dag.
Ett ännu mer visionärt förslag är att ha mycket stora flygplan liggande under veckor eller månader i en omloppsbana runt jorden. Mindre flygplan skulle docka med det större och låta passagerare kliva av och på. Svårigheten skulle förstås vara att försörja dessa stora plan med energi under så lång tid.
Inom Europa strävar man efter en mer sammanhållen flygtrafikledning över nationsgränserna, bland annat för att minska flygvägsförlängningarna. EU driver sedan 2004 Single European Sky (SES), som syftar just till att effektivisera utnyttjandet av luftrummet i Europa. Inom SES bedrivs Sesar (Single European Sky ATM Research). Ett mål inom SES är att bilda nio samarbetsregioner, så kallade funktionella luftrumsblock (Functional Airspace Blocks, FAB). Sverige och Danmark utgör ett FAB och har dessutom bildat ett gemensamt företag, NUAC (Nordic Unified Air Traffic Control). Fjärropererade flygledartorn är något som utvecklats i Sverige inom ramen
33
2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG
för SES och som prövas på europeisk nivå för att öka effektiviteten. SES går dock långsamt, och kritik har riktats mot flera länder för att de inte samarbetar.
Flygtrafiktjänstens viktigaste uppgift är att upprätthålla flygsäkerheten. Det är framför allt säkerhetsaspekter som sätter gränser för hur många flygplan som kan lyfta, befinna sig i luften och landa samtidigt. Teknikutveckling av transpondrar och gps-baserade informationssystem för att minska kraven på fysisk separation av flygplan kommer att förbättra säkerheten och kunna leda till ökad kapacitet i systemet.
Möjligheter och hinder för ett hållbart framtida flyg
De fyra experterna är ense om att det finns tekniska och operativa lösningar för ett framtida hållbart flyg. Det är däremot inte självklart hur avvägningarna ska göras mellan effektiviseringar inom ramen för etablerad teknik och mer radikala lösningar. Det är inte heller enkelt att besvara frågan om tekniska eller flygoperativa åtgärder är mest effektiva, eller hur snabba effektiviseringarna kommer att vara inom konstruktions-, motor- och bränsleutvecklingen.
Det finns i rapporten flera exempel på teknik som troligtvis kommer att vara införd i de plan som tas i bruk 2030. Redan i dag används olika lättviktsmaterial och kompositer i såväl flygplanskonstruktioner som motorer, och den utvecklingen kommer att fortsätta. Motorer som tar till vara delar av avgasvärmen kan vara i bruk 2030, liksom okapslade turbofläktmotorer. Fortsatta effektiviseringar genom vingarnas och motorernas placering är också troliga. En renässans för propellerplanen kan vara att vänta. Med hjälp av enbart konventionell teknikutveckling av befintliga motortyper uppskattas bränsleförbrukningen kunna minska med 20 procent de kommande 35 åren. Om dessutom teknikförbättringar av flygplanen och driften tas med blir denna effektivisering avsevärt större – uppskattningsvis det dubbla. Användningen av bränsle från förnybara råvaror som inte konkurrerar ut matproduktion eller leder till koldioxidutsläpp i framställningsprocessen kan väntas öka. Om metoderna för att framställa bränsle av socker eller cellulosa förbättras kan de komma att utgöra en allt större andel av råvarorna.
Det finns också exempel på mer omvälvande tekniska förändringar som skulle kunna leda till ökad effektivitet men som inte tros vara i drift före 2050. En integrering av flygplanskropp och vinge eller flygplan med två eller tre kroppar tillhör mer radikala tekniker. Pulsdetonationsmotorer kan leda minskad bränsleförbrukning, men tekniken är inte tillräckligt utvecklad för att tas i bruk förrän uppskattningsvis kring 2050. Bränsle skulle också kunna sparas genom att man glidflyger under stora delar av resan, men det är inte dagens flygplan utrustade för. Det är också långt kvar innan det finns flygplan som använder solceller, batterier, bränsleceller och vätgas som huvudsaklig energikälla. Försök har gjorts att flyga på bränsle gjort av vatten och luft, men
34
| 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG | 2013/14:RFR16 |
| det är mycket lång tid kvar innan en sådan process kan användas inom | |
| passagerarflyget, om ens någonsin. | |
| Implementeringen av mer innovativa och omvälvande lösningar pågår | |
| parallellt med utvecklingen av den befintliga tekniken. Införandet av ny tek- | |
| nik går olika fort inom olika områden – till exempel händer det för när- | |
| varande mycket inom området flygmotorer. | |
| Hindren för införande av ny teknik är stora. Ett är att utveckling av ny | |
| flygteknik tar tid. Eftersom det finns extremt höga krav på säkerhet måste ny | |
| teknik prövas under lång tid innan den kan certifieras och släppas ut på mark- | |
| naden. Ett flygplan har också en lång livstid, ofta uppemot 30 år. Det är | |
| många parter och länder som ska komma överens när ny teknik och ny flyg- | |
| ledning ska introduceras. | |
| Flygplan, motorer och bränsle har dessutom utvecklats tillsammans och är | |
| beroende av varandra, vilket gör att man till exempel inte kan använda en ny | |
| motor utan att anpassa flygplanskonstruktionen och bränslet. Flygmarknaden | |
| är till sin natur en global marknad, och alla flygplan ska kunna tanka och | |
| landa i princip överallt, vilket skapar långa omställningstider. Vid utveckling | |
| av biobränslen bör man inte bygga in nya problem, såsom konkurrens med | |
| matproduktion eller koldioxidutsläpp under själva tillverkningsprocessen. | |
| Investeringskostnaderna inom flyget är mycket omfattande, och i kombina- | |
| tion med en delvis svårförutsägbar framtid som kan påverkas av ett skiftande | |
| oljepris, politiska regleringar eller extrema händelser som vulkanutbrott eller | |
| terrorism, leder det till en försiktighet hos aktörer som investerar i ny flygtek- | |
| nik. | |
| Utvecklingen av flyget domineras därför av ett fåtal stora företag som noga | |
| bevakar varandras beslut och handlingar för att minimera risktagandet. Den | |
| hårda konkurrensen gör också att flygbolagen till exempel inte är beredda att | |
| förlänga flygtiderna, något som annars skulle kunna möjliggöra användning | |
| av ny teknik eller minska bränsleåtgången inom ramen för befintlig teknik. | |
| Den nya tekniken gör inte sällan att man ställs inför avvägningar mellan till | |
| exempel miljö och kapacitet eller mellan olika miljömål. | |
| De praktiska och ekonomiska hindren är därför omfattande och anledning- | |
| en till att många tror på förbättringar inom ramen för etablerad teknik snarare | |
| än en mer språngartad utveckling. | |
| Ulf Ringertz sammanfattar i sitt avsnitt läget i följande meningar: | |
| Det är […] viktigt att påpeka att det inte är flygandet i sig som är pro- | |
| blemet utan att vi flyger på det sätt som vi gör för att det är kommersiellt | |
| gångbart och det mest ekonomiskt lönsamma sättet att med dagens förut- | |
| sättningar driva flygtrafik. Tekniskt är det fullt möjligt att ta fram helt | |
| andra koncept för trafikflyg med avsevärt lägre energiförbrukning och | |
| miljöpåverkan men de här flygplanen är med dagens förutsättningar inte | |
| kommersiellt gångbara. De stora osäkerheterna som radikalt kommer att | |
| påverka utformningen av det framtida trafikflyget ligger snarare på de | |
| kommersiella villkoren än de tekniska lösningarna. | |
| Något som skulle kunna förändra utvecklingen är priset på drivmedel – höjda | |
| drivmedelskostnader skulle kunna leda till att mer radikal teknik tas i bruk. |
35
2013/14:RFR16 4. EXPERTUNDERLAGEN OM FRAMTIDENS FLYG
Bränslepriset har historiskt haft stor pådrivande effekt på flygteknikutvecklingen, eftersom det är en betydande och svårförutsägbar utgift för flyget. Att minska drivmedelskostnaderna är därför en drivkraft för flygbranschen, oavsett miljö- och klimatperspektivet. Sedan den jetdrivna kommersiella trafiken inleddes under 1950-talet har bränsleförbrukningen minskat till mindre än 50 procent.
Den slutsatsen har stöd i andra, liknande undersökningar.76 Trafikverkets rapport Vi far vidare! Utvecklingen av fordon, flygplan, fartyg och andra farkoster till år 2050 kommer också till slutsatsen att utvecklingen inom flygtekniken styrs av oljepris och en löpande kostnadsjakt. Åtgärder som exempelvis utsläppsrätter kan enligt rapporten i bästa fall skynda på utvecklingen, men rapporten citerar intresseorganisationen Svenskt Flyg som menar
att utvecklingen mot en mer effektiv flygplansflotta troligtvis ändå skulle äga rum.77
I rapporten Fossilfri flygtrafik? menar utredaren Arne Karyd att flygplanstillverkarna tenderar att överdriva potentialen i framtida flygteknisk utveckling. Karyd menar att det finns ett stort antal tekniska utvecklingsspår, men att de drivkrafter som skulle kunna leda utvecklingen in på dessa spår, exempel-
vis stigande bränslepriser eller märkbara utsläppsavgifter, till stor del saknas.78
Martin Hagström menar att det i dagsläget bedöms vara mer kostnads- och energieffektivt att använda förnybara drivmedel inom andra transportslag än luftfart, då det ställs särskilt höga krav på jetbränsle. Även om det finns godkända förnybara flygbränslen är både kostnaden och energiåtgången fortfarande högre än för andra användningsområden för samma bränsle. Experterna lyfter dock fram att en gynnsam effekt av biobränslen kan vara att de kommer att erbjuda ett mer stabilt pris på drivmedel.
Experterna menar att det finns bättre möjligheter att åstadkomma mer omfattande miljöförbättringar genom teknisk utveckling av flygplan och motorer än med hjälp av flygoperativa åtgärder. De menar däremot inte att man ska avstå från att genomföra effektiviseringar inom det flygoperativa området. Gröna inflygningar, bränsleoptimal fart och minskade flygvägsförlängningar är exempel på betydelsefulla åtgärder som om de genomförs kan ge snabba miljövinster. Dessutom kräver flygoperativa åtgärder inte att man väntar på utveckling av ny teknik på samma sätt. Flygtrafiktjänsten har dessutom stor
76Det franska parlamentet har låtit utföra en motsvarande undersökning om flyget de kommande 30 åren. I den pekar man framför allt på den utmaning som bränslekostnaderna utgör för flyget.
Dessutom lyfter man fram ineffektivitet i flygtrafiken, flygplatsernas otillräckliga kapacitet samt civila drönare som framtida utmaningar. Office parlamentaire d’evaluation des chiox scientifiques et technologiques: L’aviation civile: Présever l’avance de la France et de l’Europe, 2013.
77Trafikverket: Vi far vidare! Utvecklingen av fordon, flygplan, fartyg och andra farkoster till år 2050, 2012, s. 75–85.
78Arne Karyd: Fossilfri flygtrafik? Underlagsrapport till utredningen om fossiloberoende fordonsflotta, 2013, s. 1.
36
2013/14:RFR16
betydelse för möjligheten till framtida tillväxt inom flyget, som annars kommer att möta en rad kapacitetsproblem.
Det finns även inom flygtrafiktjänsten exempel på mer radikala åtgärder, som man inte bedömer kommer att tillämpas inom överskådlig tid. Lufttankning, formationsflygning och dockning till flygplan i ständig omloppsbana tillhör de mer visionära lösningarna.
Utvecklingen av olika flygoperativa åtgärder leder ofta till olika avvägningar. Ett val är dock enkelt: säkerheten sätts alltid främst. Åtgärder som leder till minskad bränsleförbrukning är också okontroversiella, av såväl miljömässiga som ekonomiska skäl. Andra operativa beslut kräver däremot att man gör bedömningar och avvägningar mellan olika mål. Till exempel ställs ofta miljön mot kapaciteten och inte sällan prioriteras då den senare. Till exempel har man vid flygplatsen London Heathrow valt att maximera antalet landningar genom att lägga flygplan i vänteläge över flygplatsen, med stora utsläpp som följd. På samma sätt kan åtgärder för att minska buller över bebyggda områden leda till flygvägsförlängningar och ökade utsläpp. Det är inte heller ovanligt att olika miljömål ställs mot varandra. Det går till exempel att undvika kondensationsstrimmor genom att anpassa flyghöjden, men det kräver mer bränsle, vilket leder till ökade koldioxidutsläpp.
Ulf Ringertz menar att internationellt samarbete och långsiktighet är den bästa grunden för ett hållbart framtida flyg. Snabba förändringar är däremot ovälkomna i en sektor som redan karakteriseras av stor osäkerhet. Nationella regler bedöms inte ha någon mer betydande inverkan på det globala flyget.
37
2013/14:RFR16
5. Ulf Ringertz: Flygplanskonstruktioner
38
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
39
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
40
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
41
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
42
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
43
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
44
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
45
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
46
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
47
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
48
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
49
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
50
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
51
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
52
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
53
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
54
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
55
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
56
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
57
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
58
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
59
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
60
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
61
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
62
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
63
| 2013/14:RFR16 | 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER |
64
| 5. ULF RINGERTZ: FLYGPLANSKONSTRUKTIONER | 2013/14:RFR16 |
65
2013/14:RFR16
6. Tomas Grönstedt: Flygmotorer
Kartläggning av kunskapsläget av teknikutvecklingen inom området flygplansmotorer
Tomas Grönstedt
Applied Mechanics
Fluid dynamics
CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA
Göteborg, Sweden 2013
ISSN 1652-8549 2014:01
66
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
Sammanfattning
En av målsättningarna med den här rapporten är att ge läsaren en inblick i hur energiomsättningen i en flygmotor går till. Genom att dela upp processen i två steg där energin i bränslet först omsätts till en hastighetsökning i jetstrålarna och denna ökning i sin tur omsätts till nyttig framdrivning av flygplanet, kan läsaren plocka ett större antal lågt hängande förståelsefrukter. Höjdpunkter att se fram emot är att förstå varför det finns olika typer av flygmotorer, hur mycket mer bränsle det är möjligt att spara genom effektivisering, samt varför flygforskningen idag koncentrerar sina ansträngningar mot vissa typer av innovationer.
Det inledande avsnittet diskuterar den grundläggande funktionsprincipen för en flygmotor samt förklarar hur energiomsättningen i motorn går till. I samband med detta beskrivs också de mest väsentliga delkomponenterna i en flygmotor och några ytterligare begrepp förs in. Avsnittet avslutar med en diskussion om de olika flygmotortyper som finns i drift idag och hur effektiviten i motorer historiskt utvecklats.
Rapportens andra del, emissionsavsnittet har tre mål: 1) förklara hur flygmotorer certifieras idag med avseende på emissioner 2) redogöra för hur den CO2-certifiering som nu växer fram är tänkt att fungera 3) ge en god och tämligen detaljerad bild av flygets miljöbelastning. Tillväxttakten i CO2- utsläpp från flyget diskuteras och rapporten visar att flygets emissioner de senaste 40 åren har växt marginellt snabbare än mänsklighetens totala CO2- utsläpp. Det senaste decenniet har tillväxttakten från flyget varit avsevärt lägre än den totala tillväxttakten. Övriga emissionstyperoch deras miljöpåverkan diskuteras också och rapporten gör ett försök att sammanfatta forskningsområdet med så aktuell information som möjligt.
Det sista avsnittet i rapporten beskriver framtida möjligheter till energieffektivisering och diskuterar innovationer som kan bidra till att accelerera förbättringstakten. Diskussionen kompletteras med en värdering av teknikrisk och teknikmognadsgrad för de olika koncepten. Till sist diskuteras också kortfattat möjligheter för svensk industri att delta utvecklingen av framtida flygmotorer.
Arbetet har utförts i enlighet med beställning DNR 97-2013/14.
67
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
Grundläggande begrepp
Den grundläggande principen för en flygmotor, illustrerad i Figur 1, består i att omvandla energi kemiskt bunden i flygbränslet till dragkraft och nyttig framdrivningseffekt. Energin frigörs och blir tillgänglig för den inkommande luftströmmen genom att flygbränslet förbränns. Därigenom kan luftströmmens rörelseenergi ökas vilket leder till att en reaktionskraft uppkommer. Denna reaktionskraft driver i sin tur flygplanet framåt.
Figur 1 – en flygmotors arbetsprincip
För att förstå hur omvandlingen av kemiskt bunden energi till nyttig framdrivningseffekt kan göras så effektiv som möjligt behövs ytterligare några begrepp. Det visar sig att processen kan delas upp i två steg, en första process som omvandlar kemiskt bunden energi till ökad rörelseenergi i luftflödet och en efterföljande process som relaterar hur mycket nyttig framdrivningsenergi som fås ur den tillgängliga rörelseenergin. Det första steget kan tillskrivas en termisk verkningsgrad och det efterföljande en framdrivningsverkningsgrad. Tillsammans bestämmer dessa båda verkningsgrader motorns totala verkningsgrad.
Termodynamiska studier visar att en förutsättning för att nå en hög verkningsgrad är att förbränningen i brännkammaren sker vid ett högt tryck. I en flygmotor uppnås tryckökningen genom att luften strömmar igenom ett antal kompressorer i vilka trycket stiger. Dessa benämns fläkt, mellantryckskompressor (MTK) och högtryckskompressor (HTK) och är illustrerade i Figur 2. Att trycksätta luft kräver naturligtvis att energi tillförs i form av arbete, vilket turbinerna i motorn levererar. Se komponenterna högtrycksturbin (HTT), mellantrycksturbin (MTT) och lågtrycksturbin (LTT) i Figur 2. Figuren illustrerar också schematiskt hur kompressorerna är mekaniskt sammankopplade med turbinerna. I detta speciella fall, en tre-axlig motor, drivs fläkten av lågtrycksturbinen, mellantryckskompressorn av mellantrycksturbinen och högtrycksturbinen av högtryckskompressorn.
Ju högre tryck man komprimerar till desto större blir det arbete som förloras i kompressorer och turbiner genom strömningsförluster. Samtidigt vet vi ju nu från termodynamiken att det är bra att komprimera till höga tryck så att förbränningen kan göras vid högt tryck och temperatur. Detta leder i praktiken till att det för en given motortekniknivå finns ett bästa tryckförhållande,
68
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
det vill säga förhållandet mellan luftens tryck när det strömmar in i motorn, och trycket när luften strömmar ut ur den sista kompressorkomponenten. För högre eller lägre tryckförhållanden försämras alltså den termiska verkningsgraden.
Figur 2 – modern flygmotor (turbofläktmotor). Mellankompressor (MTK), högtryckskompressor (HTK), högtrycksturbin (HTT), mellantrycksturbin (MTT), Lågtrycksturbin (LTT)
Som framgår av Figur 2 så delas luften i en turbofläktmotor upp i två strömmar, en varm ström som går igenom hela motorns kärna och strömmar ut i kärnmunstycket och en kall ström som trycksätts i fläkten och sedan strömmar ut i bypassmunstycket. I flygmotorsammanhang kallas relationen mellan den luftmassa som strömmar ut i bypass-munstycket och den som strömmar ut i kärnmunstycket för motorns bypassförhållande.
För att uppnå nyttig dragkraft från en flygmotor måste alltså strålhastigheterna i utloppsmunstyckena vara större än inströmningshastigheten. Samtidigt går överskottsenergi i luftstrålen förlorad om luftens hastighet är större än flyghastigheten, och dessa energiförluster växer snabbare än nyttodragkraften. Det blir därför energimässigt gynnsamt att konstruera en motor som ger en liten nettoökning i hastighet, det vill säga endast något större än flyghastigheten. Detta innebär dock samtidigt att dragkraften per kilo luft blir låg och att man måste kompensera med ett större luftflöde för att uppnå tillräcklig dragkraft för flygplanets behov. När motorns luftflöde och storlek ökar, ökar självfallet även dess vikt. Därutöver tillkommer också extra strömningsförluster då motorns strömningsmotstånd ökar med dess tvärsnittsarea. Detta leder i praktiken till att det för en given motortekniknivå finns ett bästa bypassförhållande och motormassflöde för vilken man når den bästa framdrivningsverkningsgraden.
Den tänkta tvåstegsprocess som beskriver hur energin tillgänglig i flygbränslet först omvandlas till ökad rörelseenergi hos motorns utloppsstrålar och därefter hur strålenergin omvandlas till nyttig framdrivningsenergi sammanfattas i Figur 3 nedan.Ett alternativt sätt att kvantifiera en flygmotors effektivitet är att mäta hur mycket dragkraft som motorn genererar för ett givet bränsleflöde, den så kallade specifika bränsleförbrukningen. För den
69
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
fortsätta diskussionen kommer både energibetraktelser och specifik bränsleförbrukning att användas.
Figur 3 – grafisk illustration av energiomsättningen i en flygmotor
70
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
Övriga motortyper
a – turboprop(1)
b – okapslad turbofläkt (2)
71
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
c – civil turbofläkt (3)
d – militär turbofläkt (4)
e – turbojet (5)
Figur 4 – flygmotortyper ordnade i stigande energitillförsel till utloppsstrålarna.
72
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
Utöver turbofläktmotorn, som idag dominerar civilt passagerar- och transportflyg så finns ytterligare ett antal motortyper. Med bakgrunden av vad vi redan diskuterat är det lämpligt att kategorisera dessa motortyper efter hur mycket extra rörelseenergi de tillför luften. Huvudtyperna, som återfinns i Figur 4, är i stigande grad av energitillförsel: turboprop (4a), okapslad turbofläkt (open rotor, 4b), turbofläkt med måttlig energitillförsel (civil turbofläkt, 4c), turbofläkt med hög energitillförsel (militär turbofläkt, 4d) samt turbojetmotor (4e). För att kvantifiera den tillförda rörelseenergin används också ofta begreppet specifik dragkraft, det vill säga dragkraft per kg luftflöde. Figur 4 kan därför även ses som en rangordning i specifik dragkraft. Självklart kan man exempelvis konstruera en turbojet med mycket låg specifik dragkraft eller en turboprop med avsevärt högre specifik dragkraft än normalt. Figur 4 ska uppfattas som en klassificering av väl avvägda konstruktioner som närmar sig bästa prestanda för den givna motortypen.
Eftersom den specifika dragkraften relaterar till utloppsstrålens hastighet så bestämmer denna även vilken motortyp som är mest lämpad för en given flyghastighet. Därför blir turboprop-motorer mest effektiva för de lägre fartregionerna medan turbojetmotorer blir nödvändiga för att nå riktigt höga hastigheter. Flygning på marschhöjd för civila passagerar- och flygtransporter sker idag runt 80% av ljudhastigheten, beroende på att flygplanets strömningsmotstånd snabbt ökar för högre flyghastigheter. Vilken hastighet detta motsvarar beror på luftens temperatur vid den aktuella flyghöjden, men för en typisk flyghöjd motsvarar detta ungefär 850 km/h. För denna flyghastighet lämpar sig turbofläktmotorn bäst, även om den okapslade turbofläktmotorn har potential att bli avsevärt effektivare för samma flyghastighet och ytterligare mer effektiv för en marginellt lägre flyghastighet. I motsats till de övriga flygmotortyperna så har den okapslade turbofläktmotorn inte tagits i kommersiell drift för civila transport- och passagerarflygplan. Under 1980-talet utvärderades motortypen i ett flertal prov (6), (7), och demonstrerade en avsevärd potential till förbättrad energieffektivitet. Vikande bränslepriser, utmaningar med bullernivå och teknikrisk ledde dock till att motortypen inte togs i bruk.
Batterier och bränsleceller
Utvecklingen av batteri- och bränslecellsteknik har pågått sedan 1800-talet. När det gäller batterier drivs tekniken idag på av det stora behovet att hitta energitäta lösningar för el- och hybridbilar. Historiskt har utvecklingstakten av energitäthet varit måttlig och i ett längre perspektiv ligger förbättringstakten runt 2-3% per år. Flygbränsle är fortfarande, beroende på vad som definieras vara state-of-the-art när det gäller batterier, 50-100 gånger energitätare. Med utgångspunkten i historisk utvecklingstakt är det inte troligt att batterier som kan mäta sig med energitätheten i flygbränsle blir tillgängliga under detta sekel. Det är naturligtvis förknippat med stora osäkerheter att bedöma vilken batteri- och bränslecellsteknik som kommer att vara tillgänglig t.ex. år 2050, men branschen verkar mana till försiktighet när det gäller förväntningar(8). För att t.ex. nå de bränslebesparingar som Boeing anger för sitt ”SUGAR
73
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
Volt”-koncept har det antagits att energitäthetenkommer att förbättras tre till fyra gångerpå ungefär 20 år (9). Då måste förbättringstakten ungefär tredubblas i jämförelse med den historiska förbättringstakten, och dessutom måste denna utvecklingstakt upprätthållas i två decenniers tid. Detta antagande kan i bästa fall ses som mycket optimistiskt. Förutom utmaningarna med energitäthet är flygtillämpningar dessutom behäftade med höga säkerhetskrav, livslängdskrav och krav på laddningsbarhet. Bränsleceller når idag en liknande nivå på energieffektivitet som batterier (9), och är därför inte heller, under överskådlig tid, sannolika kandidater som huvudenergikälla för kommersiell passagerartransport(9). Däremot kan batterier och bränsleceller successivt leta sig in i flygtillämpningar t.ex. genom att ersätta hjälpkraftaggregat (APU).
Tekniktrender
Tidiga jetmotorer var mycket ineffektiva i jämförelse med konkurrerande kolvmotorer (10). Den avsevärt ökade tillförlitligheten i kombination med kapaciteten att radikalt öka flyghastigheterna ledde dock snabbt till att jetbaserade motorer tog över. Sedan den kommersiella jetdriva passagerartransporten lanserades, har teknik för att avsevärt förbättra den termiska verkningsgraden och framdrivningsverkningsgraden införts. Detta har lett till avsevärda förbättringar i bränsleekonomi, vilket framgår av Figur 5.
Figur 5 – historiska trender i specifik bränsleförbrukning. Modifierad från (11)
Förbättringar i termisk verkningsgrad har uppnåtts bland annat genom att tryckförhållandet i motorn ökats, från lite över 10 till närmare 50. Detta har möjliggjorts genom en mängd tekniska framsteg nödvändiga för att en sådan kraftig ökning ska kunna utnyttjas fullt ut. Exempelvis har förbättrade verk-
74
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
ningsgrader i turbiner och kompressorer inneburit direkta förbättringar genom minskade strömningsförluster men också indirekt genom att göra motorer med höga tryckförhållanden mer effektiva. Bladkylning i turbinerna tillåter att de varmaste komponenterna körs flera hundra grader över materialets smältpunkt. Med sådan teknik ökar det mest bränsleekonomiska tryckförhållandet kraftigt. Nya effektiva motorer kan idag nå termiska verkningsgrader på runt 50%.
Förbättringar i framdrivningsgrad har uppnåtts genom att motorer med allt högre massflöde, högre bypassförhållande och lägre fläkttryckförhållande har konstruerats. Högre temperaturer i turbinerna har drivit upp effekttätheten i kärnflödet vilket tillåter att ett större bypassförhållande kan användas. Lättviktsteknik har möjliggjort att mycket större motorer kan konstrueras utan att viktsökningar äter upp de fördelar som kan nås. Dagens flygmotorer kan nå framdrivningsverkningsgrader på drygt 80%.
Sammantaget, har de ovan beskrivna förbättringarna lett till att bränsleförbrukningen på motornivå reducerats till mindre än 50% av vad de var när jetdriven kommersiell trafik inleddes. I resterande delar av denna rapport ska vi nu först fundera på vilka emissioner en gasturbin har och hur dessa påverkar miljön. Därefter ska vi fundera på hur långt vi på lite längre sikt kan tänka oss nå när det gäller energieffektivitet.
75
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
Emissioner
Emissionerna från en flygmotor domineras av vattenånga och koldioxid då dessa är slutprodukter vid en fullständig förbränning av flygbränsle. Dessutom genereras mindre mängder av kväveoxider, kolmonoxid och oförbrända kolväten samt beroende på bränslets renhet små mängder av svaveloxider. Moderna flygmotorer har tämligen begränsade utsläpp av sot och oförbrända kolväten och dessa emissioner berörs därför inte närmare i denna rapport. Processen återges kvalitativt i Figur 6.
Figur 6 – en flygmotors emissioner(12)
Certifiering
För att certifiera en flygmotor krävs att motorn uppfyller ett antal miljökrav. Riktlinjer för certifiering tas fram av CAEP (Committee on Aviation EnvironmentalProtection) vilken är del av ICAO (International Civil Aviation Organization). ICAO är i sin tur ett FN-organ som bildades redan 1947. De rekommendationer som fastställs av CAEP och ICAO måste därefter antas av de certifierande instanserna; i Europa EASA och i USA FAA. Sedan tidigt 80-tal finns certifieringskrav på kväveoxider men även på kolmonoxid, oförbrännda kolväten och sot. När det gäller CO2 finns det idag inga certifieringskrav, men sådana är nu under utveckling vilket diskuteras nedan.
Certifieringskrav: kväveoxider, oförbrända kolväten och kolmonoxid
Utvecklingen av certifieringskraven när det gäller kväveoxider har framförallt drivits på av att begränsa miljöpåverkan lokalt kring flygplatser. Allt strängare krav har införts sedan mitten på 80-talet. För att mäta en motors utsläpp av kväveoxider används den så kallade ”Landing and Take-Off”-cykeln (LTO- cykeln), vilken illustreras i Figur 7. Motorcertifieringen genomförs i provbänk men provpunkterna har valts för att representera typisk flygning i en flygplats närområde.
76
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
Figur 7 – LTO-cykeln (12)
Motorns uppmätta utsläpp vägs alltså samman från fyra punkter:
”Inflygning”: 4 minuter där motorn körs med 30% av full dragkraft
”Marktomgång”: 26 minuter med 7% av full dragkraft
”Start”: 0.7 minuter med full dragkraft
”Stigning”: 2.2 minuter med 85% dragkraft.
Mätningarna korrigeras till ett referenstillstånd, det vill säga en föreskriven temperatur, luftfuktighet och tryck.Mängden emissioner normeras med dragkraften för att ta hänsyn till variationer i motorstorlek och jämförs sedan mot certifieringskraven. I figur 8 nedan återges de succesivt mer strikta krav som infört när det gäller kväveoxider.
Figur 8 – NOx-mängd genererad i referens-LTO-cykeln per dragkraftsenhet. Motorer för 80- tals, 90-tals och 00-talstekniknivå.
77
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
De svarta kurvorna i Figur 8 representerar de kväveoxidgränser som CAEP definierat vid de olika formella möten gruppen hållit. För att behålla översiktligheten har endast certifieringsgränser för motorer med dragkraft större än 89 kN återgivits i figuren. Eftersom motorers tryckförhållande i praktiken korrelerar med flamtemperaturen i brännkammaren och därigenom mängden bildade kväveoxider, tillåts högre gränser för högre tryckförhållanden. Notera också i sammanhanget att motorer med högre tryckförhållande har potential att nå högre termisk verkningsgrad och bättre effektivitet.
För oförbrända kolväten och kolmonoxid används fixa gränser i genererad mängd för referens-LTO-cykeln, 19.6 g/kN respektive 118 g/kN.
Certifieringskrav: koldioxid
Under CAEP:s senaste arbetsperiod, det vill säga de tre senaste åren har de inledande stegen till en koldioxidcertifiering tagits. I februari 2013 presenterades huvuddragen för en mätprocedur (13). Metriken baserar sig på att tre punkter från ett tungt lastat, normalt lastat och ett lätt lastat flygplan vägs samman. Vad som åsyftas med tungt, normalt och lätt lastat definieras i relation till flygplanets maximala startvikt. De tre punkterna vägs linjärt samman baserat på en normaliserad bränsle-förbrukning per kilometer. Normaliseringen tar hänsyn till flygplanets storlek genom en faktor vilken baserar sig på längden av den trycksatta kabinen och dess maximala bredd. Dessutom kommer flygplanets maximala startvikt att användas för att skala det resulterande effektivitetsmåttet. Flygplanstillverkarna kommer att få välja flyghöjd och hastighet för de tre certifieringspunkterna, vilket bör leda till att punkter med minimal bränsleförbrukning per kilometer väljs.
Ansatsen att certifiera motorer i tre punkter har naturligtvis valts för att undvika att tillverkare optimerar ett flygplan endast för en driftpunkt. Att detta är nödvändigt är uppenbart redan idag då långa uppdrag regelmässigt innebär att flyghöjd anpassas till flygplanets vikt, allteftersom bränsle förbrukas och flygplanet blir lättare.
Möjligen kan man kritisera förslaget i dess nuvarande form då valet av denna metrik innebär att motorer med hög framdrivningsverkningsgrad inte fullt ut kompenseras för de förbättringar i bränsleförbrukning som de medför. Sådana motorer har extra god prestanda under start och stigning då flygfarterna är lägre än på marschhöjd och planflykt. För långa flyguppdrag är detta mindre viktigt då en dominerande del av bränsleförbrukningen sker på marschhöjd och planflykt. För kortare uppdrag kan däremot en betydande del av bränslet förbrukas vid lägre flyghastigheter. Då är motorer med hög framdrivningsverkningsgrad, som till exempel okapslade turbofläktmotorer speciellt effektiva, vilket då inte helt fångas upp av denna metrik.
Tyvärr är framtagandet av förslaget till certifiering försenat. ICAO förväntar sig nu att förslaget är fullt tillgängligt i slutet av 2015 snarare än slutet av 2013 som tidigare förväntades. Standarden kommer att appliceras för typcertifikat för nya flygplanstyper i början av 2020 eller 2023. Eftersom nya flygplan normalt inte kommer i drift förrän fyra till fem år efter att typcertifikat
78
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
ansöks riskerar detta att leda till att den nya CO2-standarden inte börjar tilllämpas förrän 2024 till 2028. Eftersom ledtiderna för flygforskning och utveckling är mycket långa behöver inte denna tröga process leda till att teknikutveckling och framsteg fördröjs. Detta kräver dock att den CO2-standard som kommer fram leder till en någorlunda tuff kravbild, vilken frammanar en rimlig nivå av tekniskt risktagande för branschen.
Emissionernas klimatpåverkan
I rapporten “Aviation and the Global Atmosphere” (14), presenterades för första gången en sammanhängande värdering av flygets miljöpåverkan. Det mått som användes för detta arbete och som även dominerar diskussioner kring flygets klimatpåverkan är RadiativeForcing (RF), vilket på svenska översätts med strålningsdrivning. Strålningsdrivningen mäter hur ett emissionsslag vid en given tidpunkt påverkar nettobalansen instrålad/utstrålad effekt på jordytan.
De flygrelaterade utsläpp som har en mätbar påverkan på strålningsdrivningen är:
Koldioxid (ökande effekt)
Kväveoxider (totalt sett ökande). Kväveoxiderna påverkar strålningsdrivningen indirekt genom att påverka ozonet och metanets förekomst i atmosfären.
Vattenånga (ökande)
Kondensstrimmor (ökande)
Emissionsinducerad cirrusmolnbildning (ökande)
Sulfatpartiklar (minskande)
Sotpartiklar (ökande)
De mest väsentliga egenskaperna hos dessa utsläpp diskuteras nedan.
Koldioxidemissioner
Koldioxidutsläppen utgör det viktigaste av samtliga utsläpp då det dels utgör en stor del av den totala strålningsdrivningen från flyg, dels för gasen är mycket långlivad i atmosfären. Koldioxidutsläppen påverkar jordens medeltemperatur under sekler, medan övriga utsläpp har en påverkan på upp till några decennier (15). Detta leder till att den relativa betydelsen av CO2 successivtökar, eftersom koldioxiden blir kvar en lång tid och lagras upp i atmosfären medan övriga emissioner klingar av mycket snabbare.
Flygandet och flygbranschen har sedan länge uppvisat en snabb tillväxttakt. Ett ofta använt mått på detta är tillväxten i flugna passagerarkilometrar. Globalt har tillväxttakten legat på knappt 4-6% per år under en längre tid. Räknat från 1970 fram till 2011 har medeltillväxttakten varit ungefär 6.2%, framförallt på grund av en extremt snabb tillväxt under 70-talet. Under 2011 uppgick det totala transportarbetet till ungefär 5150 miljarder passagerarkilometrar. Tillväxten i passagerarkilometrar fördelat decennievis samt för hela tidsperioden återfinns i Tabell 1 nedan.
79
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
Tabell 1 – tillväxttakt i passagerarkilometrar samt koldioxidemissioner för flyget och totalt79
| Tidsperiod | Passagerarkilometrar | CO2-genering flyg | CO2-generering totalt79 |
| 1971-1979 | 11.0% | 1.18% | 3.09% |
| 1980-1989 | 5.6% | 3.84% | 1.54% |
| 1990-1999 | 4.4% | 2.67% | 0.85% |
| 2000-2009 | 4.0% | 1.12% | 2.89% |
| 1971-2011 | 6.2% | 2.26% | 2.05% |
När det gäller CO2-generering utgörs den bästa källan till noggrann information av att använda den totala försäljningen av flygbränsle (16). Sådan information kan sammanställas baserat på IEA:s årliga rapporter, såsom t.ex. (17). Mängden sålt flygbränsle under 2011 var knappt 250 miljoner ton. CO2- genereringen år 2011 från flyget var ungefär 2.3% av den totala mängden CO2 genererad avförbränning av fossilt bränsle och cementtillverkning. Tillväxten i CO2-utsläpp fördelat decennievis samt för hela tidsperioden återfinns i Ta- bell 1.
Från början av 1980 fram till början av 1999 visade oljepriset en sjunkande trend. Under denna period ser vi en relativt snabb ökning av CO2-generering från flyget. Under 70-talet och 00-talet nåddes toppnivåer i oljepriset och flygbränslekostnaderna steg snabbt. Motsvarande ökning i CO2 generering är var betydligt långsammare än tillväxttakten i passagerarkilometrar under dessa perioder. Under maj/juni 2008 kunde bränslekostnadernas andel av ett flygbolags direkta driftskostnader för långdistansflygning uppgå till omkring 60%. Så höga relativa bränslekostnader är helt unika för flygbranschen. Självklart är inte situationen så enkel att bränslepriset direkt styr förbättringstakten i energieffektivitet men det råder inget tvivel om att bränslepriset har, och har haft, en stark påverkan på införseltakten av ny teknik.
Om bränslepriset stabiliseras på en hög nivå är det rimligt att anta att de flygbolag som har råd, effektiviserar sin flotta för att bibehålla lönsamhet, medan operatörer med svaga finansiella muskler slås ut. Under sådana omständigheter verkar det t.ex. inte troligt att det på den nordiska markaden skulle gälla att 70% av dagens stolskapacitet fortfarande är i bruk år 2030, vilket hävdas i Karyds underlagsrapport till utredningen om fossiloberoende fordonsflotta (18). Snarare verkar det då troligt att dessa linjer och flygningar tas över av konkurrenter med modernare flygplansflotta. Förändringar i flygbranschen sker ofta relativt snabbt och det är svårt att göra långsiktiga prognoser särskild på relativt små marknader.
Hur CO2 belastningen från flyget kommer att utveckla sig globalt under de närmaste årtiondena är naturligtvis svårbedömt. Man får anta att flygplanstillverkarnas prognoser om tillväxttakt i marknaden är något optimistiska. Boeing uppskattar en tillväxttakt i passagerarkilometrar på 5.0% under perioden 2013-2032 (19), och Airbus uppskattar motsvarande siffra till 4.9% för samma tidsintervall (20). Efter denna tidsperiod kan man förvänta sig att tillväxt-
79 all förbränning av fossilt bränsle + cementtillverkning
80
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
takten mattas av, då den snabba tillväxt som nu pågår i Indien och Kina förväntas avklinga efter cirka 2030(21). Denna avklingning bygger på antagandet att det är rimligt att tro att dessa expansiva marknader förr eller senare mognar och då börjar bete sig som marknaderna i Europa och USA.
När det gäller möjliga effektivitetsökningar och energieffektivisering kommer potentialen för ett antal framtida koncept att diskuteras närmare under avsnittet framtida teknik nedan. Om inte mycket radikal teknik förs in de närmaste decennierna är det dock inte troligt att effektiviseringstakten blir större än 1.5%. Detta är en optimistisk uppskattning som bygger på att den befintliga flottan i hög takt ersätts med modern teknik, att ny teknik och innovationer införs i hög utsträckning samt att driften av flygplanen ytterligare effektiviseras(22). Därav kan man då göra uppskattningen att behovet av flygbränsle kommer att öka med 2.5-3.5% per år under de närmaste två decennierna. Som diskuterats ovan är det rimligt att denna tillväxttakt mattas av något under 2030- och 2040-talet. Ungefär en halv procent per decennium är i linje med det mest sannolika scenariot presenterad i(22).
För att under samma tid uppnå sänkningar eller åtminstone behålla en konstant utsläppstakt måste därför stora volymer biobränsle bli tillgängliga för flyget. Baserat på tillväxtintervallet ovan, kan man extrapolera behovet av flygbränsle till spannet 550-825 miljoner ton för år 2050. Denna något förenklade extrapolation stämmer tämligen väl överens med de resultat som presenterats i (16).
Övriga emissioner
I detta avsnitt kommer bara miljöpåverkan av kväveoxider och vatten80 att diskuteras närmare, då dessa emissionertillsammans med koldioxiden dominerar strålningsdrivningen från flyget.
När det gäller kväveoxider (NO och NO2) så har dessa inte en direkt påverkan på strålningsdrivningen utan de inverkar indirekt genom att påverka förekomsten av metan (CH4) och O3 (ozon). Ozonproduktionen ökar, framförallt runt marschhöjden, vilket ökar strålningsdrivningen (värmer). Utsläpp av kväveoxiderna leder också till att hydroxylradikaler bildas (OH) vilka minskar livslängden av metangaser i atmosfären. Detta minskar strålningsdrivningen (kyler). Denna process är långsammare än ozonproduktionen. Det är svårt att uppskatta nettopåverkan av kväveoxider eftersom effekten i huvudsak sätts samman av två relativt likstora komponenter. De uppskattningar som gjorts förutsätter att osäkerheterna i de två komponenterna är kopplade (korrelerade). Detta antagande har under lång tid saknat stöd men har nyligen stärkts (23).
Flygets nettopåverkan från strålningsdrivning skapad av kväveoxider värderades 2005 till +12.6 mW/m2 med spridningsintervallet 3.8-15.7 mW/m2 (90% konfidens). Det finns dock tecken på att denna uppskattning kan behöva revideras ned (24) baserat på slutsatser i (23). Dessa nya resultat värderade
80 i form av kondensstrimmor, cirrus och vattenånga
81
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
kväveoxidernas nettoeffekt till 4.5±4.5 mW/m2för år 2005. Det finns för närvarande ett stort behov av att uppdatera beräkningarna för en senare tidpunkt. Vetenskapliga arbeten på området publicerade under 2013 (24)använder fortfarande beräkningar för 2005.
Som diskuterats leder förbränning av flygbränsle till att vattenånga släpps ut i form av varm fuktig luft. Den relativa luftfuktigheten nedströms motorn är som regel låg och ofta är denna också låg i den omgivande atmosfären. Det är dock vanligt att avgasluften, då den blandas med omgivningsluften når mättnadspunkten för vatten, varvid kondensstrimmor uppstår då temperaturen är lägre än ett tröskelvärde (25). Om kondensstrimman blir varaktig beror på luftfuktigheten. Är den tillräckligt låg, lägre än mättnadspunkten för is, förångas kondenstrimmorna. Är det å andra sidan fuktigare än mättnadspunkten kommer kondensstrimman att bli varaktig. I vissa fall kan dessutom luften vara övermättad utan att ångan frysts ut. Tillgången på ispartiklar i kondenstrimmorna kan då trigga en kraftigt ökad molnbildning i form av cirrusmoln. Cirrusmoln som bildats från kondensstrimmor kallas härefter i denna text kortfattat för kondenscirrus.
Figur 9 – strålningsdrivning av flygets emissioner, baserat på (16). Staplarna anger osäkerheter
När det gäller varaktiga kondensstrimmor råder viss samstämmighet om storleken på strålningsdrivningen. För år 2005 uppskattas denna till 11.8 mW/m2 med spridningsintervallet 5.4-25.6 mW/m2 (90% konfidens) (16). Preliminära resultat för 2011 tyder på att detta värde kommer att justeras ner något.
82
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
När det gäller strålningsdrivningenfrån kondenscirrus är osäkerheterna mycket stora, inte minst för att det är svårt att särskilja denna molnbildning från övrig molnbildning. För år 2005 uppskattas kondenscirrus till 33 mW/m2 med spridningsintervallet 12.5-86.7 mW/m2 (90% konfidens) (16). Nyligen har ett arbete publicerats där livscykeln från bildningen av kondensstrimmor till kondenscirrus simulerats (26). Arbetet bedöms utgöra ett betydelsefullt framsteg och simuleringarna resulterade i att en total kondensdrivning från kondenstrimmor och kondenscirrus uppskattades till 31 mW/m2. Detta är lägre än motsvarande värde publicerat i(16), som ju blir ungefär 45 mW/m2, men uppskattningen ligger väl inom det vida spridningsintervallet. Nyligen har en rapport publicerats som uppskattar avsevärt lägre värden på kondenstrimmor och på kondenscirrus; 2.9±1.25 mW/m2 respektive 12±10.0 mW/m2 (27), vilket lett till viss kontrovers (28). De lägre nivåerna förklarades huvudsakligen med att en hög tidsupplösning är nödvändig för att korrekt värdera påverkan av utsläppens dygns-beroende.
Preliminära resultat för 2011 verkar leda till att det kombinerade värdet av kondenstrimmor och kondenscirrus presenterade i (16) justeras upp något. Man kan konstatera att när det gäller kväveoxider, kondenstrimmor och kondenscirrus föreligger avsevärda osäkerheter både i modeller och mellan modeller. Uppskattningar för kondensdrivning tillsammans med motsvarande osäkerheter för år 2005 sammanfattas i Figur 9ovan. I denna figur har också vattenånga, sulfat- och sotpartiklar inkluderats. Notera att påverkan från ozon och metan summerar till kväveoxidens påverkan. Författarna har genom åren publicerat ett antal uppdateringar till dessa data men för närvarande saknas en komplett uppdatering för tiden efter 2005. Den totala strålningsdrivningen från flyget för år 2005 uppskattas till 78 mW/m2 med spridningsintervallet 38-139 mW/m2. Om den mycket osäkra komponenten från kondenscirrus exkluderas representerar strålningsdrivningen från flygets emissioner 3.5% av mänskligt förorsakad strålningsdrivning(16).
Andra mått på miljöbelastning
Ett annat sätt att värdera klimatpåverkan är att mäta den sammantagna strålningsdrivningen, eller mer korrekt uttryckt den integrerade, för en given tidsperiod efter att en viss mängd av en given emission släppts ut i atmosfären. Det går då att relatera emissionens sammantagna strålningsdrivning till motsvarande värde för utsläppet av ett kilo CO2. Detta mått, kallat Global Warming Potential (GWP), visar då i någon mening hur skadligt för klimatet emissionen är. Tyvärr verkar det för närvarande vara svårt att få en samlad bild av flygets utsläpp baserat på detta mått då bland annat bedömningen av kväveoxidernas påverkan är mycket osäker (16). Generellt kan man dock konstatera att GWP-värdet för flygets emissioner avtar om en längre tidshorisont väljs, då de övriga emissionerna är mer kortlivade än CO2. Uppskattningar för en tidsperiod på 100 år ger en uppräkning av CO2-emissionerna med en faktor 1.3-1.4 medan en 20-års period ger uppskattningar i intervallet 2.1-2.6 (29). Man bör dock vara försiktig med att tillämpa sådana globala
83
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
skattningar lokalt. Flygande på kortare distanser, som t.ex. inrikesflyget i Sverige, sker ofta på lägre flyghöjder där klimatpåverkan av övriga emissioner är mycket begränsad (18).
Nulägesbeskrivning och framtida teknik
Ett flygplans energieffektivitet beror på ett antal faktorer. Flygplanet och motorns vikt, motorns effektivitet och flygplanets aerodynamik inverkar direkt på effektiviteten. Förutom dessa faktorer påverkar naturligtvis också driften av flygplanen hur effektivt bränslet omsätts i transportarbete. Effektiv drift innebär t.ex. att flyga med så få stolar tomma som möjligt, flyga utan omvägar och att utnyttja energi som lagrats upp i flyghöjd på ett så effektivt sätt som möjligt. I detta avsnitt diskuteras motorrelaterad teknik med den huvudsakliga tonvikten på energieffektivisering.
Även om dagens jetmotorer är långt mer effektiva än de tidiga konstruktionerna finns det fortfarande avsevärd potential till förbättring. I figuren nedan illustreras en grov förlustnedbrytning på en modern effektiv flygmotor.
Figur 10 – förlustnedbrytning i modern flygmotor
Knappt 40% av det arbete som maximalt kan utvinnas ur bränslet tas tillvara i detta exempel. Förlustnivåerna är typiska för en modern motor konstruerad för längre flygsträckor. Motorer för kortare uppdrag är typiskt ytterligare några procent mindre effektiva.
Den termiska verkningsgraden, som i detta fall når upp till knappt 50%, tappar framförallt genom förluster i brännkammaren samt genom att kärnmunstycket släpper ut outnyttjad energi. Temperaturen i kärnmotorns utlopp är här mer än 400 grader högre än omgivningstemperaturen. Det finns teknik och innovationer som kan attackera båda dessa förlustkällor och några exem-
84
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
pel kommer att ges nedan. När det gäller förlusterna i bypassströmmen så bidrar de till att sänka framdrivningsverkningsgraden, som i det här fallet är runt 80%. Även denna stora förlustkälla finns det teknik för att reducera avsevärt.
Även om det finns mycket kvar att hämta när det gäller konventionell teknikutveckling, en 20%-ig sänkning i bränsleförbrukning enbart genom förbättrade motorer är rimlig från idag till 2050, så kan mycket mer uppnås genom att radikal teknik som direkt attackerar de stora förlustkällorna införs(30). De innovationer som återges nedan är utvalda för att de antingen representerar relativt mogen teknik eller har stor potential till energieffektivisering.
Teknik för ökad termisk verkningsgrad
Den variant av flygmotorer som används industriellt för el-produktion, vanligen benämnd gasturbin, har höga utloppstemperaturer och därigenom stora förluster i termisk verkningsgrad. Denna termiska energi som inte gasturbinen tar till vara, nyttiggörs normalt i en nedströms placerad avgaspanna. Totalverkningsgraden för en sådan anläggning blir därför hög, idag en bit över 60%. För flygmotortillämpningar är naturligtvis vikts- och utrymmesproblematiken påtaglig, och att flyga runt med en konventionell avgaspanna blir naturligtvis totalt sett mycket ineffektivt.
En mera kompakt motortyp som utnyttjar avgasvärmen i kärnströmmen är den mellankylda avgasvärmeväxlade motorn (IRA-Intercooled Recuperated Aero engine). Värme från kärnmotorströmmen återförs till brännkammarens inlopp. Detta sker genom att luften ut från högtryckskompressorn leds till en värmeväxlare som är placerad i motorutloppet. Där ökas temperaturen i gasen innan den leds tillbaka till brännkammarinloppet(31).
Figur 11 – motor med avgasvärmeväxling och mellankylning. Avgasvärmeväxlare (VVX).
Därigenom får man lite av temperaturökningen gratis och mindre bränsle behöver förbrännas i brännkammaren. För att uppnå full effekt av avgasvärmeväxlaren behövs också en mellankylare. Konceptet kan sänka bränsleförbrukningen med ytterligare 5-7% (30) utöver den 20%-iga sänkning som bedöms rimlig för en 2050-turbofläkt. Värmeväxlartekniken har provats i realistiska miljöer (31)och tekniken är relativt mogen. Denna typ av motor bedöms kunna introduceras på marknaden inom 10-15 år. Till de mer väsentliga utmaningarna hör att behålla god livslängd i turbinerna då motorn kom-
85
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
mer att köras mycket varmare på marschhöjd än konventionella motorer, samt att få hög tillförlitlighet och livslängd i värmeväxlarkomponenterna. Ett tekniskt mindre utmanande koncept är att ta fram en motor med bara mellankylning. Tekniken förväntas kunna ge 4-5% bränslebesparing jämfört med en konventionell motor(32).
Betydligt större utmaningar och förknippat med mer teknikrisk är införandet av innovationer som radikalt kan minska förlusterna i förbränningsprocessen. En teknologi som möjliggör detta är pulsdetonationsförbränning. Denna teknik möjliggör en tryckökning under förbränning i stället för en tryckförlust som dagens turbofläktmotorer är behäftade med. Flödet från brännkammaren blir pulserande och ett antal teknikutmaningar uppstår i samband med detta. Kylningen av turbinen blir svår att klara av då heta gaser hotar att tränga in i kylhål. Kompressorns stabilitet kan påverkas, det vill säga flödet kan börja pulsera i strömningsriktningen, så kallad pumpning, vilket inte kan tillåtas i normal drift. Att hålla nere bullernivåerna bedöms också vara en ansenlig utmaning. Idag har tekniken demonstrerats på delsystemnivå, brännkammare och i viss mån brännkammare i kombination med nedströms turbin, och avsevärda forskningsinsatser återstår innan tekniken kan tas i drift. Det bedöms rimligt att tekniken skulle kunna vara i kommersiell drift runt 2050. Konceptet har potential att minska bränsleförbrukning med 10-15%. Fördelarna kan utnyttjas tillsammans med effektiviseringar från en mellankyld eller avgasvärmeväxlad och mellankyld motor. Den senare konfigurationen har bedömts ha potential att uppnå 16-20% bränslereduktion (30), utöver de 20% som anses möjliga med mer konventionell teknologi. Denna skattning är relativt osäker då tekniken fortfarande behöver demonsterars i helmotorkonfiguration.
Figur 12 – kärnmotor med pulsdetonationskoncept (32)
86
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
En ytterligare radikal teknik för att förbättra den termiska verkningsgraden är införandet av keramiska matriskompositersom turbinmaterial. Sådan teknik möjliggör att kylning av turbiner helt eller till stora delar kan elimineras. Detta leder direkt till en direkt minskning av förlusterna i turbinkomponenten. Avsevärde indirekta förbättringar kan också nås genom att det går att driva upp tryckförhållandet i motorn. Ett mått på hur mycket den här tekniken kan bidra till att sänka bränsleförbrukningen kan man få om man värderar effekten av att helt kunna ta bort kylningen. På 2010-teknik ger detta ungefär 10-12% sänkning i bränsleförbrukning. Denna typ av nya material införs redan i pågående motorutvecklingsprogram och bedömningen är att den kommer att spela en allt större betydelse för framtida motorer. Delar av denna förbättring är medtagen i den effektivisering som anges för 2050-tekniken. Helt införd uppskattas ytterligare 3-5% förbättring utöver den rapporterade 20%-iga förbättringen.
Teknik för ökad framdrivningsverkningsgrad
Turbofläktmotorn har blivit allt mer effektiv då tryckförhållandet i motorn ökat samtidigt som motorns luftflöde och bypassförhållande har ökat. Större luftflöden och större motorer innebär att motorerna riskerar att bli så tunga att den potentiella förbättringen äts upp av viktsökningar. Därför är införandet av nya material och lättviktsteknik en av de viktigaste förutsättningarna för att fullt ut kunna tillgodogöra sig framtida konstruktionsfördelar. Detta kräver även fortsatta landvinningar inom tillverkningsteknik och materialteknik.
En motortyp som har potential att drastiskt öka luftflödet och framdrivningsverkningsgraden är den okapslade turbofläktmotorn vilken illustreras i Figur 13 nedan och även tidigare i
Figur 4b. Som nämnts tidigare i rapporten flygprovades motorn redan på 80-talet. Idag har intresset för motortypen återuppväckts och omfattande utveckling av moderna varianter av denna motortyp sker i europeiska forskningsprogrammet Clean Sky (33). Den dubbla motroterande bladraden möjliggör att man kan flyga relativt snabbt och samtidigt öka framdrivningsverkningsgraden avsevärt. Framförallt nås stora förbättringar om flyghastigheten sänks något, runt 10%, från dagens nivåer.Bränsleförbrukningen förväntas kunna sänkas ytterligare med runt 10% från 2050-nivån(30) om okapslade turbofläktmotorer införs. En modern okapslad turbofläktmotor bedöms kunna vara kommersiellt tillgänglig på 8-10 års sikt utan allt för stor teknikrisk.
87
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
Figur 13 – okapslade fläktmotorer
Ett alternativ till detta koncept är motorer med växlad fläkt. När fläkten i en traditionell turbofläkt görs allt större måste man minska varvtalet för att få rätt trycksättning av gasen. Eftersom fläkten är ihopkopplad med lågtrycksturbinen så snurrar även denna långsammare. Detta leder till att det drivarbete som turbinen uträttar per bladrad snabbt minskar och att man då måste ha allt fler steg i turbinen. Detta faktum är en allvarlig begränsning i att kunna förbättra energieffektiviteten. Idag införs därför på många nya motorer en växel mellan fläkten och lågtrycksturbinen. Då kan turbinen fortfarande snurra snabbt och man kan undvika många turbinsteg ökad vikt och minskad förbättring i bränsleeffektivitet. Tekniken har införts successivt från allt mindre motorstorlekar och är idag på väg att slå igenom i hela storleksspannet. Även om denna teknik på lång sikt kan leda till motorer med avsevärt ökade framdrivningsverkningsgrader, så är bedömningen att denna teknik inte helt kan nå de nivåer i framdrivningsverkningsgrad som är möjliga med okapslade fläktmotorer.
Sammantaget bedöms förbättringstakten i energieffektivitet uppnådd enbart genom mer effektiva motorer bli mellan 0.5-1.0% per år beroende på hur mycket radikal teknik som införs i framtida motorer. Hur snabbt denna teknik förs in i befintliga flygplansflottor beror på ett antal faktorer. Historiskt sett verkar den enskilt viktigaste faktorn vara bränslekostnad. De senaste åren tycks bränslepriserna ha stabiliserats på högre nivåer utan att tillväxttakten när det gäller passagerarkilometrar har avmattats märkbart. På grund av de höga driftskostnader som bränsleprisnivån innebär för flygbolagen bör man kunna hoppas på att ny teknik införs i relativt hög takt.
Svensk flygmotorindustri och flygforskning
Oavsett vilken väg som väljs för framtida motorer, mer radikala innovationer eller konventionell utveckling, så har svensk industri en stark position. För att
88
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
förbättringar i framdrivnings-verkningsgraden ska kunna realiseras och leda till en maximal sänkning av bränsleförbrukningen, måste lättviktsteknik i form av materialteknik och tillverkningsteknik ständigt förbättras. Annars kommer delar av de potentiella förbättringarna att ätas upp av viktsökningar. Att utveckla flygmotorkomponenter baserat på lättviktsteknik är en svensk paradgren där GKN Aerospace i Trollhättan är världsledande. I en majoritet av dagens civila flygmotorer finns svensktillverkade komponenter!
När det gäller de mer radikala innovationer som beskrivits i detta avsnitt finns goda möjligheter till ökad industrialisering och arbetstillfällen i Sverige, dels när det gäller de traditionella områdena berörda ovan men även på områden som är kritiska för att kunna realisera de nya innovationerna(34). Till en okapslad turbofläktmotor behövs exempelvis avancerade roterande strukturer vilka möjliggör en effektiv installation av propellerbladen. Sådana koncept studeras av svenska forskare och ingenjörer inom forskningsprogrammet Clean Sky. Till okapslade turbofläktmotorer kan det exempelvis också bli aktuellt att utveckla kompressorer och nya propellerbladskonceptmed avanceradaerodynamik. Forskning som anknyter till denna typ av innovationer bedrivs t.ex. inom nationella flygforskningsprogrammet (NFFP6). Till de ovan beskrivna motorerna med värmeväxlare, det vill säga mellankyld och mellankyld avgasvärmeväxlad motor, kan det för svensk räkning t.ex. bli aktuellt att leverera aerodynamisktavancerade konstruktioner för installationer av värmeväxlarna. Forskning på detta område har bedrivits inom EU:s ramprogram (FP6 och FP7).
NRIA Flyg 2013 (34), beskriver den svenska innovationsprocessen på flygområdetoch tar ett helhetsgrepp på de möjligheter svensk industri och forskning har inom flygområdet.
Citeradearbeten
1.Kuzmin, Vitaly. Wikimedia Commons. [Online] https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ATVD-20-01.jpg.
2.ENGINE, NASA / GE UNDUCTED FAN. Wikimedia Commons. [Online] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Nasa_ge_udf.jpg.
3.Douchet, Quentin. Wikimedia Commons. [Online] https://en.wikipedia.org/wiki/File:EA_GP7200.jpg.
4.Sckrabulis, David. Wikimedia Commons. [Online] https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AF404_jet_engine_running_on_ biofuel.jpg.
5.Nimbus227. Wikimedia Commons. [Online] https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AOlympus593.JPG.
6.GE36 Design and Systems Engineering .Full scale technology demonstration of a modern counterrotating unducted fan engine concept. s.l. : NASA, 1987. CR-180869.
89
2013/14:RFR16 6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER
7.SEVICH, G., CHAPMAN, D. and SMITH, D.Preparing a propfan propulsion system for flight test. s.l. : AIAA-87-1731, 1987.
8.Pröckl, Eddie. Fem sanningar om superbatterier. s.l. : Ny Teknik, 2014. 7.
9.Scott W. Ashcraft, Andres, S. Padron, Kyle A. Pascioni, Gary W. Stout, Jr. Review of Propulsion Technologies for N+3 Subsonic Vehicle Concepts. 2011. NASA/TM-2011-217239.
10.Peeters, P, Middel J and Hoolhorst A.Fuel efficiency of commercial aircraft. An overview of historical and future trends. s.l. : NLR, 2005. NLR- CR-2005-669.
11.Avellán, Richard.On the Design of Energy Efficient Aero Engines. s.l. : Chalmers University of Technology, 2011.
12.—. Towards Environmentally Friendly Aero Engines. s.l. : Chalmers, 2008.
13.ICAO. ICAO FACT SHEET - Aircraft CO2 Emissions Standard Metric System. [Online] http://www.icao.int/Newsroom/Documents/CO2%20Metric%20System%20- %20Information%20Sheet_FINAL.PDF.
14.E Penner, J., Lister, D.H., Griggs, D.J., Dokken, D.J., McFarland, M. (Eds.),.Aviation and the global atmosphere. Cambridge, UK : Cambridge University Press, 1999.
15.Transport Impacts on Atmosphere and Climate: Aviation. D.S. Lee, G. Pitari, V. Grewe, K. Gierens, J.E. Penner, A. Petzold, M.J., Prather, U. Schumann, A. Bais, T. Berntsen, D. Iachetti, L.L. Lim, R. Sausen. 37, December 2010, Atmospheric Environment, Vol. 44, pp. 4678–4734.
16.Aviation and global climate change in the 21st century. David S. Lee, David W. Fahey, Piers M. Forster, Peter J. Newton, Ron C.N. Wit, Ling L. Lim, Bethan Owen, Robert Sausen. s.l. : Atmospheric environment, 2009, Vol. 43.22, pp. 3520-3537.
17.Agency, International Energy.Key World Energy STATISTICS. s.l. : IEA, 2013.
18.Karyd, Arne.FOSSILFRI FLYGTRAFIK? Underlagsrapport till utredningen om fossiloberoende fordonsflotta. 2013. N 2012:05.
19.Boeing.Current Market Outlook. 2013.
20.Airbus.Global Market Forecast Future Journeys 2013-2032 . 2013.
21.SECRETARIAT, ICAO.ICAO 2013 Environmental Report - AIR TRAFFIC AND FLEET FORECASTS. 2013.
22.Gregg G. Fleming, Urs René Ritz Ziegler.ICAO ENVIRONMENTAL REPORT - ENVIRONMENTAL TRENDS IN AVIATION TO 2050. s.l. : ICAO, 2013.
90
6. TOMAS GRÖNSTEDT: FLYGMOTORER 2013/14:RFR16
23.Unvertainties in climate assessment for the case of aviation NO. Holmes, C. D., Tang, Q. and Prather, M. J. 27, s.l. : Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, Vol. 108, pp. 10997-11002.
24.D. W. Fahey, S. L. Baughcum, M. Gupta, D. S. Lee, R. Sausen and P. F. J. van Velthoven.AVIATION AND CLIMATE: STATE OF THE SCIENCE. s.l. : ICAO ENVIRONMENTAL REPORT, 2013.
25.E., Schmidt. Die Entstehung von Eisnebel aus den Auspuffgasen. Schriften der Deutschen Akademie der Luftfahrtforschung. München/Berlin : R. Oldenbourg, 1941, Vol. 44, pp. 1-15.
26.Global radiative forcing from contrail cirrus. Burkhardt, U., and B. Kärcher. s.l. : Nature Climate Change, 2011, Vol. 1, pp. 54-58.
27.Simulated radiative forcing from contrails. Gettelman, C.-C. Chen and A. 4, s.l. : Atmos. Chem. Phys. Discuss., 2013, Vol. 13, pp. 10939–10959.
28.Interactive comment on “Simulated radiative forcing from contrails and contrail cirrus" by C. C. Chen and A. Gettelman. Schumann, U. 2013.
29.Valuing the non-CO2 climate impacts of aviation. Azar, C. and Johansson, D. J. A. s.l. : Climatic Change, 2012, Vol. 111.
30.First and Second Law Analysis of Future Aircraft Engines. T. Grönstedt, M. Irannezhad L. Xu, O. Thulin, A. Lundbladh.3, s.l. : Journal of Engineering For Gas Turbines and Power, 2014, Vol. 136.
31.Intercooled Recuperated Gas Turbine Engine Concept. Boggia, S. och Rud, K. 2005. AIAA 2005-4192.
32.Assessment of the performance potential for a two-pass cross flow intercooler for aero engine applications. X. Zhao, T. Grönstedt. 2013. ISABE-2013-1215.
33.[Online] http://www.cleansky.eu/.
34.NRIA Flyg 2013 - Den svenska forsknings- och innovationsagendan för flyg. [Online] http://www.nriaflyg.se/docs/nriaflyg2013-sv.pdf.
91
2013/14:RFR16
7. Martin Hagström: Bränslen
92
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
93
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
94
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
95
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
96
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
97
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
98
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
99
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
100
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
101
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
102
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
103
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
104
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
105
2013/14:RFR16 7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN
106
7. MARTIN HAGSTRÖM: BRÄNSLEN 2013/14:RFR16
107
2013/14:RFR16
8. Tomas Mårtensson: Flygtrafikledning
108
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
109
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
110
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
111
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
112
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
113
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
114
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
115
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
116
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
117
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
118
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
119
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
120
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
121
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
122
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
123
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
124
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
125
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
126
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
127
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
128
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
129
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
130
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
131
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
132
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
133
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
134
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
135
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
136
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
137
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
138
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
139
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
140
8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING 2013/14:RFR16
141
2013/14:RFR16 8. TOMAS MÅRTENSSON: FLYGTRAFIKLEDNING
142
2013/14:RFR16
9. Jonas Åkerman: Kommentar
PM: Kommentarer till rapporter om flyget beställda av Trafikutskottet
Uppdraget går ut på att kommentera fyra underlagsrapporter ur ett vidare systemperspektiv. Jag har således fokuserat på de övergripande slutsatsernas giltighet och vilka implikationer dessa ger i förhållande till klimatmålen. De underlagsrapporter som granskats är:
Mårtensson, Tomas, 2014. Flygtrafik och flygtrafikledning för framtidens luftfart.
Grönstedt, Tomas, 2014. Kartläggning av kunskapsläget av teknikutvecklingen inom området flygplansmotorer.
Ringertz, Ulf, 2014. Flygplanskonstruktion för framtidens luftfart.
Hagström, Martin, 2014. Alternativa flygbränslen.
Grönstedt (2014) gör uppskattningen att effektiviseringen av flygplansflottans bränsleförbrukning sannolikt inte kommer överstiga 1,5% per år de närmaste decennierna. Detta överensstämmer med den vetenskapliga litteraturen på området. Macintosh och Wallace (2009) räknar med 1,0-1,9% effektivisering per år fram till 2020 och 0,5-1,0% effektivisering därefter. Owen et al. (2010) anger 1% effektivisering per år mellan 2000 och 2050 som ”a generally optimistic outcome”. I samma artikel anges ett scenario med 2,1% effektivisering per år mellan 2000 och 2050 som ”virtually impossible”. I Owens uppskattning är även förändringar vad gäller flygvägar, beläggning etc, inräknade. Vad gäller Grönstedts uppskattning förefaller de också inräknade, men det sägs inte explicit. Gröna inflygningar (Continuous Descent Approach), som nämns av Mårtensson (2014), är bra både ekonomiskt och för miljön, och tillämpas delvis idag. Utslaget på det längre perspektivet till 2050 ger de dock inte en större effektivitetsförbättring än i storleksordningen 0,1% per år. Mårtensson konstaterar också att möjligheterna till genare flygvägar rör sig om en engångsförbättring på några procent (teoretiskt max på ca 6%). Beläggningen i passagerarflyget låg mellan 2007 och 2012 mellan 76 och 79% (IATA, 2013). En påtaglig ökning från denna historiskt höga nivå bedöms som osannolik (Lee, et al., 2009).
Grönstedt kommer till slutsatsen att den globala efterfrågan på flygbränsle under de närmaste två decennierna kommer att öka med 2,5-3,5% per år, vilket bygger på att flygresandet beräknas öka med 4-5% under de närmaste två decennierna. Även denna slutsats är i stort sett rimlig. En sådan utveckling skulle innebära att flygets bränsleförbrukning förväntas öka med mellan 64 och 99% under de närmaste två decennierna.
Ringertz (2014) pekar ut flera intressanta framtida koncept för innovativa flygplanskonstruktioner. Han konstaterar samtidigt att de stora flygplanstillverkarnas (Boeing och Airbus) framtidskoncept inte är så revolutionerande utan mer innebär en förfining av befintliga koncept. Detta beror till stor del på
143
2013/14:RFR16 9. JONAS ÅKERMAN: KOMMENTAR
att det innebär stora ekonomiska risker att satsa på radikalt annorlunda teknik. Att flygbranschen traditionellt har, och bör ha, ett mycket stort fokus på att hög säkerhet bidrar också till försiktighet vad gäller nya lösningar. Ringertz avslutar också med att konstatera att det är osannolikt att trafikflygplanens utformning ändras radikalt i perioden fram till 2030.Till detta kan tilläggas att även när en flygplanstillverkare i framtiden väljer att kommersialisera en radikalt annorlunda flygplandesign, så tar det lång tid från idé till dess att den ger en påtaglig effekt på flygplansflottans totala utsläpp. Enligt IPCC (1999, s 224) så tar det mellan 45 och 65 år från att en flygplansmodell börjar utvecklas på ritbordet till dess det sista flygplanet av denna typ pensioneras. Flygplans långa livslängd, ofta 25-30 år, är en viktig faktor i detta sammanhang. Detta innebär att när man talar om att en ny flygplansmodell är 20-25% bränsleeffektivare än sin föregångare så handlar det om ca 1% effektivisering per år.
Det gäller generellt att vara uppmärksam på vad som avses när uppgifter om ny tekniks bränsleffektiviseringspotential anges. Effektiviseringspotentialen kan exempelvis anges för ny flygplansteknik under utveckling, för bästa flygplanstyp som kan köpas eller för genomsnittet av sålda flygplan under ett år. I alla dessa fall kommer det att dröja ett (olika) antal år innan den nya tekniken är spridd till hela flygplansflottan.
I Hagström (2014) diskuteras möjligheterna att införa alternativa flygbränslen. Han konstaterar att det idag finns certifierade processer för att producera flygbränsle från andra råvaror än olja. Jämfört med att producera förnybara drivmedel till andra transportslag krävs det dock fler processteg för att producera flygbränsle. Detta innebär både högre kostnader och sämre energieffektivitet i omvandlingen. Hagström sammanfattar: ”Det är därför idag mer kostnads- och energieffektivt att använda förnyelsebara drivmedel inom andra transportslag än luftfarten.” Detta konstaterande är helt riktigt. Dessutom finns det en annan omständighet som ytterligare minskar sannolikheten att det skulle komma att användas mer än symboliska mängder förnyelsebart flygbränsle de närmaste decennierna. Priset på flygbränsle har enligt Hagström de tre senaste åren varierat mellan 0,69 USD och 0,88 USD per liter, dvs det har legat kring 5 kronor per liter. I dagsläget får man betala knappt 20 öre (inom EU ETS) för de koldioxidutsläpp som sker när en liter flygbränsle används. För en liter diesel får man i dagsläget betala ca 14 kronor, och av detta utgör koldioxidskatt 3,09 kronor, eller 3,86 kronor inklusive moms. Detta innebär att om man väljer att producera en liter förnybart flygbränsle så kan man få en intäkt på ca 5,20 kronor medan man får en intäkt på ca 8,86 kronor om man istället väljer att producera en liter förnybar diesel. Dessutom är det som Hagström konstaterar förenat med något högre kostnader om man väljer att producera flygbränsle. Så länge som detta stora gap i beskattning består är det således mycket osannolikt att några större mängder flygbränsle kommer att produceras från förnyelsebara råvaror. Här skulle man kunna invända att man i exempelvis USA har mycket lägre bränsleskat-
144
9. JONAS ÅKERMAN: KOMMENTAR 2013/14:RFR16
ter än i Europa. Den stora skillnaden i intäkter skulle dock göra det lönsamt att transportera förnybar diesel exempelvis från USA till Europa.
En slutsats som kan dras när man lägger ihop underlagsrapporterna, och som också i stort stämmer med den vetenskapliga litteraturen (Macintosh och Wallace, 2009; Lee et al., 2009), är att utsläppen av växthusgaser från det globala flyget kommer att öka med i storleksordningen 40-100% de närmaste 20 åren, om inte flygresandets årliga tillväxttakt blir lägre än de 4-5% som de flesta prognoserna pekar på. Det är tveksamt om en sådan utsläppsökningär möjlig att förena med uppnåendet av EUs och Sveriges långsiktiga utsläppsmål för att nå 2-gradersmålet.
Referenser
IATA, 2013.Annual Review 2013.
IPCC, 1999.Aviation and the global atmosphere. A Special Report of IPCC Working groups I and III.
Lee et al., 2009. Aviation and global climate change in the 21st century. At- mospheric Environment 43 (2009) 3520-3537.
Owen et al., 2010.Flying into the future: Aviation Emission Scenarios to 2050.Environmental Science and Technology 2010, 44, 2255-2260
Macintosh, A. and Wallace, L. 2008. Internationalaviationemissionsto2025:Canemissionsbe stabilized without restrictingdemand? Energy Poli- cy37(2009)264–273.
145
2013/14:RFR16
BILAGA
Några aktörer inom flyget
Internationella organisationer
International Civil Aviation Organization, ICAO, är ett FN-organ med uppgift att bidra till ökad flygsäkerhet genom gemensamma regler inom bland annat flygtrafiktjänst, men även när det gäller flygplatsers utformning, certifiering av piloter och flygtekniker och regler för hur man skall planera samt genomföra flygningar. De flesta av världens nationer är medlemmar i ICAO.
IATA är den internationella organisationen för flygbolag. IATA har ca 240 medlemmar i ungefär 120 länder. IATA hanterar regler och liknande inom kommersiellt passagerarflyg. Bland annat har man standardiserat biljettsystem, skapat flygplatskoder och flygbolagskoder.
Eurocontrol är en multinationell organisation för flygsäkerhet i luftrummet där närmare 40 europeiska stater är medlemmar. Namnet till trots är Eurocontrol inte en del av EU utan en helt egen internationell organisation som arbetar med att på olika sätt harmonisera och utveckla flygtrafiktjänsterna i medlemsländerna. En viktig uppgift för Eurocontrol är dock att bistå EU- kommissionen i deras lagstiftningsarbete.
Easa (Europeiska byrån för luftfartssäkerhet) är en EU-myndighet och den gemensamma europeiska flygsäkerhetsmyndigheten. Easa tar fortlöpande över allt fler av de tillstånds- och tillsynsuppgifter som gäller för flygbolag och liknande aktörer och som tidigare utfördes av de europeiska ländernas egna flygsäkerhetsmyndigheter.
Nationella aktörer
Trafikverket ansvarar för långsiktig planering av transportsystemet inklusive luftfarten. Trafikverket tar bl.a. fram underlag och sköter vissa upphandlingar inom flygområdet.
Transportstyrelsen arbetar för att uppnå god tillgänglighet, hög kvalitet, säkra och miljöanpassade transporter för transportområdet, inklusive luftfarten. Transportstyrelsen tar fram regler, ger tillstånd och följer upp hur de efterlevs.
Trafikanalys granskar beslutsunderlag, utvärderar åtgärder och ansvarar för statistik.
Luftfartsverket, LFV, bedriver flygledning för civilt och militärt flyg i Sverige samt ansvarar för säkerheten i och utvecklingen av svenskt luftrum.
VTI, Statens väg- och transportforskningsinstitut, är ett oberoende forskningsinstitut inom transportsektorn. VTI utför tillämpad forsknings- och utvecklingsverksamhet som rör samtliga trafikslag.
Swedavia är en statlig koncern som äger, driver och utvecklar tio svenska flygplatser.
146
NÅGRA AKTÖRER INOM FLYGET BILAGA 2013/14:RFR16
Föreningen Svenskt Flyg är en intresseorganisation vars syfte är att med vissa utvalda målgrupper kommunicera idéer, åsikter och kunskap om det kommersiella flyget och flygindustrin i Sverige. Avsikten är att hos de utvalda målgrupperna stärka förtroendet för det kommersiella flyget och flygindustrin, så att dessa ges möjligheter att verka och utvecklas i Sverige.
147
| RAPPORTER FRÅN RIKSDAGEN | 2011/12 | |
| 2011/12:RFR1 | MILJÖ- OCH JORDBRUKSUTSKOTTET | |
| Biologisk mångfald i rinnande vatten och vattenkraft – En uppfölj- | ||
| ning | ||
| 2011/12:RFR2 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Utbildningsutskottets offentliga utfrågning om forsknings- och | ||
| innovationsfrågor | ||
| 2011/12:RFR3 | MILJÖ- OCH JORDBRUKSUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om biologisk mångfald i rinnande vatten och | ||
| vattenkraft | ||
| 2011/12:RFR4 | KONSTITUTIONSUTSKOTTET | |
| Konstitutionsutskottets seminarium om en nordisk samekonvention | ||
| 2011/12:RFR5 | NÄRINGSUTSKOTTET | |
| eHälsa – nytta och näring | ||
| 2011/12:RFR6 | KONSTITUTIONSUTSKOTTET | |
| Frågeinstituten som kontrollinstrument Volym 1 och 2 | ||
| 2011/12:RFR7 | SOCIALUTSKOTTET | |
| Socialutskottets öppna utfrågning på temat Missbruks- och beroen- | ||
| devård – vem ska ansvara för vad? torsdagen den 24 november 2011 | ||
| 2011/12:RFR8 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Tillsynen av yrkesmässiga godstransporter på väg – En uppföljning | ||
| 2011/12:RFR9 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Trafikutskottets offentliga utfrågning den 8 december 2011 om | ||
| järnvägens vinterberedskap | ||
| 2011/12:RFR10 | KULTURUTSKOTTET | |
| Verksamheten vid scenkonstallianserna – En utvärdering | ||
| 2011/12:RFR11 | KONSTITUTIONSUTSKOTTET | |
| Kunskapsöversikt om nationella minoriteter | ||
| 2011/12:RFR12 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Rapporter från utbildningsutskottet | ||
| Förstudie – utbildningsvetenskaplig forskning | ||
| Breddad rekrytering till högskolan | ||
| 2011/12:RFR13 | SKATTEUTSKOTTET | |
| Uppföljning av undantag från normalskattesatsen för mervärdeskatt | ||
| 2011/12:RFR14 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Trafikutskottets offentliga utfrågning den 29 mars 2012 om framtida | ||
| godstransporter | ||
| 2011/12:RFR15 | ARBETSMARKNADSUTSKOTTET | |
| Arbetsmarknadspolitik i kommunerna | ||
| Del 1 Offentligt seminarium | ||
| Del 2 Kunskapsöversikt | ||
| 2011/12:RFR16 | NÄRINGSUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om life science-industrins framtid i Sverige | ||
| RAPPORTER FRÅN RIKSDAGEN | 2012/13 | |
| 2012/13:RFR1 | FINANSUTSKOTTET | |
| Statlig styrning och ansvarsutkrävande | ||
| 2012/13:RFR2 | FINANSUTSKOTTET | |
| Utfrågningsprotokoll EU, euron och krisen | ||
| 2012/13:RFR3 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Trafikutskottets offentliga utfrågning den 29 mars 2012 om framtida | ||
| godstransporter | ||
| 2012/13:RFR4 | MILJÖ- OCH JORDBRUKSUTSKOTTET OCH NÄRINGSUT- | |
| SKOTTET | ||
| Uppföljning av vissa frågor inom landsbygdsprogrammet | ||
| 2012/13:RFR5 | FÖRSVARSUTSKOTTET FöU | |
| Forskning och utveckling inom försvarsutskottets ansvarsområde | ||
| 2012/13:RFR6 | CIVILUTSKOTTET | |
| Kontraheringsplikt vid tecknandet av barnförsäkringar | ||
| 2012/13:RFR7 | KU, FiU, KrU, UbU, MJU och NU | |
| Öppet seminarium om riksdagens mål- och resultatstyrning: vilka | ||
| mål, vilka resultat? | ||
| 2012/13:RFR8 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Utbildningsutskottets offentliga utfrågning om gymnasiereformen | ||
| 2012/13:RFR9 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Förstudier om | ||
| – Förskolan | ||
| – Utbildning för hållbar utveckling inklusive entreprenöriellt lärande | ||
| 2012/13:RFR10 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Hur kan ny kunskap komma till bättre användning i skolan | ||
| 2012/13:RFR11 | SOCIALUTSKOTTET | |
| Socialutskottets öppna seminarium om folkhälsofrågor onsdagen | ||
| den 27 mars 2013 | ||
| 2012/13:RFR12 | ARBETSMARKNADSUTSKOTTET | |
| Mogen eller övermogen? – arbetsmarknadsutskottets offentliga | ||
| seminarium om erfaren arbetskraft | ||
| 2012/13:RFR13 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om sjöfartens kapacitetsmöjligheter | ||
| 2012/13:RFR14 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om flygtrafikledningstjänsten – har vi landat i | ||
| den bästa lösningen? | ||
| 2012/13:RFR15 | MILJÖ- OCH JORDBRUKSUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om oredlighet i livsmedelskedjan | ||
| 2012/13:RFR16 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Utbildningsutskottets offentliga utfrågning om hur ny kunskap | ||
| bättre ska kunna komma till användning i skolan | ||
| 2012/13:RFR17 | NÄRINGSUTSKOTTET | |
| Näringsutskottets offentliga utfrågning om en fossiloberoende | ||
| fordonsflotta | ||
| RAPPORTER FRÅN RIKSDAGEN | 2013/14 | |
| 2013/14:RFR1 | SOCIALUTSKOTTET | |
| Etisk bedömning av nya metoder i vården | ||
| – en uppföljning av landstingens och statens insatser | ||
| 2013/14:RFR2 | KULTURUTSKOTTET | |
| Uppföljning av regeringens resultatredovisning för utgiftsområde 17 | ||
| Kultur, medier, trossamfund och fritid | ||
| 2013/14:RFR3 | KULTURUTSKOTTET | |
| En bok är en bok är en bok? | ||
| – en fördjupningsstudie av e-böckerna i dag | ||
| 2013/14:RFR4 | KULTURUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om funktionshindersperspektiv i kulturarvet | ||
| 2013/14:RFR5 | TRAFIKUTSKOTTET | |
| Hela resan hela året! – En uppföljning av transportsystemets | ||
| tillgänglighet för personer med funktionsnedsättning | ||
| 2013/14:RFR6 | FINANSUTSKOTTET | |
| Finansutskottets offentliga utfrågning om ändring av riksdagens | ||
| beslut om höjd nedre skiktgräns för statlig inkomstskatt | ||
| 2013/14:RFR7 | SKATTEUTSKOTTET | |
| Inventering av skatteforskare 2013 | ||
| 2013/14:RFR8 | ARBETSMARKNADSUTSKOTTET | |
| Ett förlängt arbetsliv – forskning om arbetstagarnas och arbetsmark- | ||
| nadens förutsättningar | ||
| 2013/14:RFR9 | SOCIALFÖRSÄKRINGSUTSKOTTET | |
| Offentlig utfrågning om vårdnadsbidrag och jämställdhetsbonus | ||
| 2013/14:RFR10 | KONSTITUTIONSUTSKOTTET | |
| Subsidiaritet i EU efter Lissabon | ||
| 2013/14:RFR11 | SKATTEUTSKOTTET | |
| Utvärdering av skattelättnader för experter, specialister, forskare | ||
| och andra nyckelpersoner | ||
| 2013/14:RFR12 | UTBILDNINGSUTSKOTTET | |
| Utbildningsutskottets offentliga utfrågning om PISA-undersökningen | ||
| 2013/14:RFR13 | SOCIALUTSKOTTET | |
| Socialutskottets öppna kunskapsseminarium om icke smittsamma | ||
| sjukdomar | ||
| – ett ökande hot globalt och i Sverige (onsdagen den 4 december 2013) | ||
| 2013/14:RFR14 | KULTURUTSKOTTET | |
| För, med och av | ||
| – en uppföljning av tillgängligheten inom kulturen | ||
| 2013/14:RFR15 | SKATTEUTSKOTTET | |
| Skatteutskottets seminarium om OECD:S handlingsplan mot skatte- | ||
| baserodering och vinstförflyttning | ||