Kan flygplans utsläpp av föroreningar minskas genom att använda biobränslen? Och vilken inverkan har ett alternativt bränsle på bildandet av konturer? I mitten av januari, ett gemensamt forskningsprojekt för det tyska flygcentret (DLR) och den amerikanska rymdorganisationen NASA, med deltagande av Max Planck Institute for Chemistry och Institute for Atmospheric Physics (IPA) vid Johannes Gutenberg University (JGU) i Mainz, behandlade dessa frågor. I tre veckor, forskarna lyfte från den amerikanska flygbasen i Ramstein, i Tysklands Pfalz-region, att flyga totalt åtta testflygningar på olika höjder och med variabel dragkraft.

Två flygplan användes för att utföra undersökningarna. Medan DLR:s Airbus A320 ATRA tankades med en annan fotogenblandning för varje testflygning över Tyskland, NASA:s "flygande laboratorium, "en DC-8, följde några kilometer bakom och dök in i dess avgasplym. Totalt 14 mätinstrument ombord på DC-8:an samlade kontinuerligt in data under flygningar.

Dessa inkluderade ERICA (ERc Instrument för den kemiska sammansättningen av aerosoler) från Max Planck Institute for Chemistry och JGU Mainz. "ERICA är en globalt unik aerosolpartikelmasspektrometer, utvecklat och byggt i Mainz, " förklarar MPIC-direktör Stephan Borrmann, professor vid Institutet för Atmosfärisk Fysik vid JGU.

"Vi är de enda ombord som kan studera den kemiska sammansättningen av enskilda partiklar, både i själva avgaserna och i det inre av iskristallerna som bildar konturerna, " säger postdoc Oliver Appel, WHO, tillsammans med Andreas Hünig, Sergej Molleker och Antonis Dragoneas från partikelkemiavdelningen, styr enheten ombord på flygplanet. Två av dem följde alltid med på övervakningsflygen.

Inuti ERICA, de minsta damm- och sotpartiklarna – kallade aerosoler – förångas antingen genom laserbombardement eller genom snabb uppvärmning. Det gasformiga materialet som frigörs i denna process omvandlas till elektriskt laddade joner, vars massor kan mätas med hjälp av en masspektrometer. Detta ger forskarna direkt information om den kemiska sammansättningen av enskilda partiklar i partiklarna i atmosfären.

ERICA sattes in för första gången förra sommaren på ett ryskt forskningsflygplan på hög höjd upp till 20 kilometer ovanför Nepal. Möjligheten att delta i DC-8-kampanjen kom med mycket kort varsel. "Att modifiera vårt instrument för användning i DC-8:an på bara cirka sex veckor och få ett flygtillstånd för att äntligen installera det i NASA:s flygplan var en stor utmaning. Men vi ville absolut ta del av denna mätkampanj, eftersom en sådan inbjudan från NASA säkerligen representerar stor uppskattning av vår metrologi, " säger postdoc Antonis Dragoneas, som hade varit avgörande i omvandlingsarbetet.

Mål:göra luften renare

Standardfotogenet blandades med olja av Camelina för testflygningarna. För en tid, NASA och DLR har undersökt om användningen av ett sådant biobränsle är mer miljövänligt. Initiala resultat från tidigare studier har redan visat att mellan 50 och 70 procent mindre sotpartiklar bildas med en 50 procent biobränsleblandning med 50 procent vanlig fotogen.

"Vi är intresserade av den kemiska sammansättningen av avgaspartiklarna, bland annat, eftersom vi vill veta hur många sotpartiklar avgaserna innehåller, hur många metallhaltiga partiklar, om de är belagda med kondenserbara material, och hur partiklarna förändras i spiralbildning, " säger postdoc Sergej Molleker från partikelkemiavdelningen vid MPI för kemi. På åtta kilometers höjd, sotpartiklar och vattenånga bildar iskristaller vid -50 grader Celsius, som kan ses på himlen som konturer. Bland annat, iskristallerna hindrar värme från att fly atmosfären ut i rymden, vilket innebär att varje spricka skapar sin egen lilla växthuseffekt.

"Om vi ​​hittar ett sätt att minska sotpartiklarna i flygplanets avgaser, den klimatuppvärmande effekten skulle kunna minskas genom nya bränsleblandningar, ", säger Stephan Borrmann. "Vi har också möjlighet att göra sällsynta och värdefulla mätningar av de naturliga ismolnen (cirrus) på denna höjd, vars egenskaper och effekter också är ett centralt forskningsämne."

De Mainz-baserade forskarna förväntar sig första resultat från mätflygningarna från Ramstein om tidigast två månader.