Kan de uitstoot van vervuilende luchtvaartuigen worden verminderd door het gebruik van biobrandstoffen? En welke invloed heeft een alternatieve brandstof op condensvorming? Half januari, een gezamenlijk onderzoeksproject van het Duitse ruimtevaartcentrum (DLR) en het Amerikaanse ruimteagentschap NASA, met de deelname van het Max Planck Instituut voor Chemie en het Instituut voor Atmosferische Fysica (IPA) van de Johannes Gutenberg Universiteit (JGU) in Mainz, op deze vragen ingegaan. Voor drie weken, de wetenschappers vertrokken vanaf de Amerikaanse luchtmachtbasis in Ramstein, in de Duitse regio Pfalz, om in totaal acht testvluchten op verschillende hoogtes en met variabele stuwkracht te vliegen.

Twee vliegtuigen werden gebruikt om het onderzoek uit te voeren. Terwijl de Airbus A320 ATRA van DLR voor elke testvlucht boven Duitsland werd bijgetankt met een ander kerosinemengsel, NASA's "vliegende laboratorium, " een DC-8, volgde een paar kilometer achter en dook in zijn uitlaatpluim. In totaal verzamelden 14 meetinstrumenten aan boord van de DC-8 continu data tijdens vluchten.

Deze omvatten ERICA (ERc Instrument for the Chemical composition of Aerosols) van het Max Planck Institute for Chemistry en de JGU Mainz. "ERICA is een wereldwijd unieke aerosoldeeltjesmassaspectrometer, ontwikkeld en gebouwd in Mainz, " legt MPIC-directeur Stephan Borrmann uit, een professor aan het Instituut voor Atmosferische Fysica bij JGU.

"Wij zijn de enige mensen aan boord die de chemische samenstelling van individuele deeltjes kunnen bestuderen, zowel in de uitlaatgassen zelf als in het binnenste van de ijskristallen die de contrails vormen, " zegt postdoc Oliver Appel, WHO, samen met Andreas Hunig, Sergej Molleker en Antonis Dragoneas van de afdeling Deeltjeschemie, bedient het apparaat aan boord van het vliegtuig. Twee van hen vergezelden altijd de controlevluchten.

Binnen ERICA, de kleinste stof- en roetdeeltjes, ook wel aerosolen genoemd, worden verdampt door laserbombardementen of door snelle verhitting. Het gasvormige materiaal dat daarbij vrijkomt, wordt omgezet in elektrisch geladen ionen, waarvan de massa's kunnen worden gemeten met behulp van een massaspectrometer. Dit geeft de wetenschappers direct informatie over de chemische samenstelling van individuele deeltjes in de fijnstof in de atmosfeer.

ERICA werd afgelopen zomer voor het eerst ingezet op een Russisch onderzoeksvliegtuig op grote hoogte tot 20 kilometer boven Nepal. De kans om deel te nemen aan de DC-8-campagne kwam op zeer korte termijn. "Het binnen zes weken aanpassen van ons instrument voor gebruik in de DC-8 en het verkrijgen van een ruimtevaartvergunning om het uiteindelijk in NASA's vliegtuigen te installeren, vormde een grote uitdaging. Maar we wilden absoluut deelnemen aan deze meetcampagne, omdat zo'n uitnodiging van NASA zeker een grote waardering betekent voor onze metrologie, " zegt postdoc Antonis Dragoneas, die een belangrijke rol hadden gespeeld bij de bekeringswerken.

Doel:de lucht schoner maken

De standaard kerosine werd voor de testvluchten gemengd met olie van Camelina. Al enige tijd, NASA en DLR hebben onderzocht of het gebruik van zo'n biobrandstof milieuvriendelijker is. Uit de eerste resultaten van eerdere onderzoeken is al gebleken dat bij een mengsel van 50 procent biobrandstof en 50 procent gewone kerosine tussen de 50 en 70 procent minder roetdeeltjes ontstaan.

"We zijn geïnteresseerd in de chemische samenstelling van de uitlaatdeeltjes, onder andere, omdat we willen weten hoeveel roetdeeltjes het uitlaatgas bevat, hoeveel metaalhoudende deeltjes, als ze zijn bedekt met condenseerbare materialen, en hoe de deeltjes veranderen in contrailvorming, ", zegt postdoc Sergej Molleker van de afdeling Particle Chemistry van het MPI for Chemistry. Op een hoogte van acht kilometer, roetdeeltjes en waterdamp vormen ijskristallen bij -50 graden Celsius, die in de lucht als contrails te zien zijn. Onder andere, de ijskristallen voorkomen dat warmte de atmosfeer in de ruimte ontsnapt, wat betekent dat elke contrail zijn eigen kleine broeikaseffect creëert.

"Als we een manier vinden om de roetdeeltjes in de uitlaatgassen van vliegtuigen te verminderen, het klimaatopwarmingseffect kan worden verminderd door nieuwe brandstofmengsels, ", zegt Stephan Borrmann. "We hebben ook de mogelijkheid om zeldzame en waardevolle metingen te doen van de natuurlijke ijswolken (cirrus) op deze hoogte, waarvan de eigenschappen en effecten ook een belangrijk onderzoeksonderwerp zijn."

De in Mainz gevestigde onderzoekers verwachten op zijn vroegst over twee maanden de eerste resultaten van de meetvluchten vanuit Ramstein.