Folien zum Vortrag von Ralf Berghof, DLR (PDF, 84 KB)

Quantification of Constrained Scenarios on Aviation and Emissions CONSAVE 2050 

Die Zukunft des Luftverkehrs – 

Das CONSAVE 2050 Szenario-Projekt 

- Entwicklungspfade und Lösungsansätze angesichts bestehender Entwicklungshemmnisse - 

Präsentation anlässlich der Tagung: Strukturwandel im Luftverkehr 

Montag, 18. Juli 2005 , 2005 im Bürgersaal Buchschlag 

Veranstalter: Rhein-Main-Institut e.V. Darmstadt 

Ralf Berghof 

DLR (German AEROSPACE Center) 

CONSAVE 2050 - Homepage: www.dlr.de/consave 

DLH ¤ DLR ¤ NLR ¤ QinetiQ ¤ IIASA ¤ MVA ¤ Airbus


Ziele des Projektes 

1. Entwicklung eines Sets von Szenarien zur langfristigen Zukunft 

des Luftverkehrs unter Berücksichtigung aktuell diskutierter 

Entwicklungshemmnisse; 

2. Unterstützung der Luftverkehrsindustrie und –politik sowie der 

Klima- bzw. Atmosphärenforschung, da diese Sektoren einen 

Bedarf an Kenntnissen über die Nachfrage als auch über die 

Emissionsauswirkungen haben, insbesondere an strategisch 

relevanten Informationen zu mittel- und langfristigen Planungen, 

zum Einsatz neuer Technologien sowie politischer und 

ökonomischer Maßnahmen; 

3. Beitrag zur Entwicklung eines gemeinsamen Europäischen 

Verständnisses zu kritischen Aspekten des Luftverkehrs und 

damit verbundener Emissionen. 

DLH ¤ DLR ¤ NLR ¤ QinetiQ ¤ IIASA ¤ MVA ¤ Airbus 

2


Weitere Projektinformationen: 

1. Laufzeit: 9/2002 – 7/2005 

2. EU-Projekt 

3. Partner: DLR - Koordinator, Szenarien 

NLR - Quantifizierung mit dem AERO Modell 

QinetiQ - Technologieentwicklung 

IIASA - Luftverkehrsexterne Einflüsse 

DLH - Gründung/Betreuung des Beratergremiums 

MVA - Modellerweiterungen 

Airbus - Daten zur Modellüberprüfung 

AERONET = EU-Kreis von Luftverkehrsexperten 


3


Einflussfaktoren der langfristigen Entwicklung des Luftverkehrs, 

die in der Quantifizierung berücksichtigt wurden: 

Politics 

Infrastructure 

Resources & 

Energy availability 

Population 

development 

Socioeconomic 

structure 

& change in values 

Mobility 

behaviour 

Long-term 

development 

of aviation 

Technology 

Spatial 

structure 

Economic 

development 

Globalisation/ 

Regionalisation 



Key fields, factors, features, and constraints addressed in CONSAVE 1/2 

Key fields 

Addressed in 

Background-Scenario 

storylines 

I Demography Population 

II 

III 

Macro 

economics 

Energy 

/Resources 

Economic Development 

Regional Disparities 

Addressed in Aviation 

Scenario description 

Quantified as Input for 

the AERO-Model 

Global + regional 

Population 

Global + regional GDP 

Challenges, 

Constraints studied 

Resources (Part of Aviation Costs) Energy Use Availability+ Price 

Oil Prod. Peak 

Energy Price 

Price to Cryoplane 

Technology 

IV 

Social Trends / 

Mobility 

Patterns 

Social Trends Mobility Patterns Mobility Pattern 

V Transport Transport 

Gen. Transport 

Development 

Transport + IT 

Technology 

Global Conflicts 

VI 

Aviation Effects 

on Ecology 

Environment 

Environmental Impacts 

of Aviation 

Environmental Impacts 

Environmental 

Regulation 



Key fields, factors, features, and constraints addressed in CONSAVE 2/2 

Key fields 

Addressed in 

Background-Scenario 

storylines 

Addressed in Aviation 

Scenario description 

Quantified as Input for 

the AERO-Model 

Challenges, 

Constraints studied 

VII Technology Technology Aviation Technology Various Technical Lag of Standardisation 

VIII 

Policy 

/Regulations 

Communication 

Technology 

Governance 

(Part of Environ. 

Impacts) 

Assumptions 

Cryoplane Intro. Year 

New Aircraft Price 

Surface competition 

Var. Taxes + Charges 

Maintenance costs 

Regulations 

IX 

Air Transport - 

Supply 

Air Transportation 

Air Transport - Gen. 

Supply 

Crew needed 

X 

Air Transport - 

Demand 

Airport and ATM Detour Factor Infrastructure Capacity 

Safety and Security Security (as Tax) Security 

Air Transport Market Target Profits 

Load factor 

Aircraft crap value 

Interest Rate 

Aviation Costs 

Volume costs 

Crew salaries 

Air Transportation Air Transport - Demand Autonomous Growth Saturation 

Elasticities 



Kurzbeschreibung der CONSAVE Szenarios 

1.1 Unlimited Skies (ULS): Dieses Szenario geht von einer starken (weder durch 

Treibstoffknappheit noch durch Umweltprobleme gebremsten) Nachfrageentwicklung aus, 

um die damit verbundenen Herausforderungen für Luftverkehrsindustrie und –infrastruktur 

abschätzen zu können. 

1.2 Regulatory Push & Pull (RPP): Ausgehend von ebenfalls starkem Anstieg der Nachfrage, 

aber bei gleichzeitig erheblichen Umweltproblemen und entsprechender Politik wird in 

diesem Szenario die Auswirkung umweltbezogener Maßnahmen (Kerosinsteuer, Wasserstoffantrieb) 

auf den Luftverkehr (Nachfragedämpfung und Rentabilität) thematisiert. 

2 Fractured World (FW): Das Szenario geht von einer Blockbildung der Kontinente aus, 

bei welchem internationale zugunsten regionaler Flüge abnehmen. Die Betonung der 

Autarkie und die Verwendung eigener Ressourcen und Treibstoffe führt zur Entwicklung 

kontinentspezifischer Technikentwicklungen inkl. Standardisierungs-/Wartungsproblemen. 

3 Down to Earth (DtE): Im “grünen” Szenario werden signifikante Änderungen des 

Lebensstils angenommen. Fernreisen werden stigmatisiert und Umweltbelange präferiert. 

Die Entkopplung von Nachfrage und Wirtschaftsentwicklung sowie die Auswirkungen auf die 

Rentabilität des Luftverkehrsmarktes werden in diesem Szenario fokussiert. 



Ranges of assumptions for the scenario year 2020 made in different studies 

CONSAVE Scenarios 

Scenario Drivers Maximum Source 

High Growth 

Unlimited Regulatory 

Fractured World 

Down to Earth 

Minimum 

Source 

Skies Push&Pull 

Population [billion] 8.0 UN 2002 7.5 

8.2 7.5 7.1 UN 2002 

Economic growth rates 

International Energy Outlook - 

3.9% IPCC SRES A1 3.9% 3.8% 2.3% 3.3% 2.0% 

(p.a.) 

Scenario C (EIA 2001) 

World GDP-mer (trillion $) 58 

International Energy 

Outlook 2003 

57 56.4 40 53 40 Global Energy Perspectives - B 

Energy use [EJ] 730 

International Energy 

Outlook - Scenario B 700 610 600 580 430 Faktor 4-Szenario 

(EIA 2001) 

Ratio of global oil 

production (1990=1) 

1.7 US DoE 1999 1.3 

2.2 1.5 0.9 Global Energy Perspectives - C 

Crude oil price (1990=1) no value found 

1.5 2 4 2 1 U.S. Department of Energy 2001 

Zero-carbon energy rate 27% 

Global Energy 

15% 20% regional differences 20% 20% Global Energy Perspectives - A 

Air Transport Demand 

Index (1990=1) 

3.3 

Fuel Efficiency Change -20% 

LTO NOx Levels 

Noise Reduction 

50% below CAEP/2 

levels 

- 10 dB 

Perspectives - C 

CAEP/4 - FESG 

Report 4, 1998 - Fe 

Scientific Advisory 

Board of the German 

Ministry of Transport 

IPCC 1999 

Scientific Advisory 

Board of the German 

Ministry of Transport 

3.2 2.6 2.0 1.9 2.2 

2020: -10 to -20% below 2000 level (-0.75% 

p.a.); N.America: -2% p.a. after 2020; Eurasia & 

Far East: -1% p.a. 

N.America - gradual increase to 2x 2000 levels 

(+11.5% p.a.); Eurasia & Far East - maintain 

2020 tech levels; Middle East - 2010 to 2020 

aircraft mean levels; Subcontinent, Unaligned 

Regions - post-2000 aircraft mean levels 

+10% c.f. 2000 

levels 

(+0.5% increase 

p.a.) 

30% of 2000 

12% below 1999 

levels 

4% below 

CAEP/2 levels 

-4dB' 

CAEP/4 - FESG Report 4, 1998 - 

Fc 

IPCC 1999 

IPCC 1999 

Based on 2.2x traffic increase to 

keep current noise levels 

Load Factor 74% Airbus 2002 77% 

80% 77% 70% Current Level 

NAmerica, Eurasia, Far East


Ranges of assumptions for the scenario year 2050 made in different studies 

CONSAVE Scenarios 

Scenario Drivers 

Maximum 

Source 

High Growth 

Unlimited Regulatory 

Fractured World 

Down to Earth 

Minimum Source 

Skies Push&Pull 

Population [billion] 12.8 UN 2002 8.7 

11.3 8.7 7.4 UN 2002 

Economic growth rates 

(p.a.) 

3.9% IPCC SRES A1 3.9% 3.8% 2.3% 3.3% 1.2% IPCC IS92c 

World GDP-mer (trillion $) 196 Shell 2001 180 174.6 82 136 72.8 

Global Energy 

Perspectives - B 

Energy use [EJ] 1121 

Shell - Spirit of the 

Coming Age 

1350 1100 970 810 434 Faktor 4-Szenario 

Ratio of global oil 

Global Energy 

Global Energy 

2.6 

2.2 

1.7 1.5 - 1.8 0.8 

production (1990=1) 

Perspectives - A 1 

Perspectives - C 2 

Crude oil price (1990=1) no value found 

2 4 8 4 

no value found 

Zero-carbon energy rate 43% 

Global Energy 

Global Energy 

33% 40% regional differences 30% 27% 

Perspectives - C1 

Perspectives - A 2 

Air Transport Demand 

Index (1990=1) 

21.0 

EDF Scenario IS92e 

High (Eeh) 

Fuel Efficiency Change 50% below 1999 levels IPCC 1999 

LTO NOx Levels 

Noise Reduction 


levels 

Possibly close to 

background levels 

outside airport 

IPCC 1999 

Silent Aircraft 

Project 

10.4 7.2 3.4 2.0 3.9 

2020: -10 to -20% below 2000 level (-0.75% 

p.a.); N.America: -2% p.a. after 2020; Eurasia 

& Far East: -1% p.a. 

N.America - gradual increase to 2x 2000 

levels (+11.5% p.a.); Eurasia & Far East - 

maintain 2020 tech levels; Middle East - 2010 

to 2020 aircraft mean levels; Subcontinent, 

Unaligned Regions - post-2000 aircraft mean 

levels 

10 dB reduction by 2020, further 3 to 8 dB by 

2050 according to region 

2020: +10% c.f. 

2000 levels (+0.5% 

p.a.), -1% p.a. after 

2020 


levels 

10 dB reduction by 

2020, further 10dB 

by 2050 

30% below 

1999 levels 

10% below 

CAEP/2 

levels 

6dB 

CAEP/4 - FESG Report 

4, 1998 - Fc 

IPCC 1999 

IPCC 1999 

Based on 3.9x traffic 

increase to keep current 

noise levels 

Load Factor 80% IPCC 1999 80% 

85% 80% 70% Current Level 

Fleet Lifespan (in years) 35 IPCC 1999


Auszug der Szenarioquantifizierung - Resultate: 

‣ Nachfrageentwicklung für alle Szenarien 

‣ Bedarf an zusätzlichen Start-/Landebahnen im Szenario Unlimited Skies 

‣ Maßnahmen 

• ULS: Landegebühren zur Finanzierung der Infrastruktur (Start 2020) 

• RPP: Kerosinsteuer zur Emissionsreduzierung (Start 2020) 

• RPP: Einführung des Wasserstoffantriebes (Start 2040) 

und deren Auswirkungen auf: 

• Nachfrage 

• Anzahl der Flugzeuge und Flugbewegungen 

• Emissionen 

• Rentabilität der Airlines 

‣ Zusammenfassung umweltbezogener Ergebnisse 



Vergleich der Passagier-Nachfrage für alle Szenarien 

Billion pax-km pa 

World Passenger Demand Development 

25000 

ULS RPP FW DtE 

20000 

15000 

10000 

5000 

0 

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 

Average Annual Growth 

2020 v 2000 - 2050 v 2000 

ULS 3.4% - 3.8% 

RPP 2.4% - 3.0% 

FW 1.1% - 1.5% 

DtE 0.9% - 0.5% 

Total Growth 

2020/2050 as a multiple of 2000 

ULS 2.0 - 6.3 

RPP 1.6 - 4.4 

FW 1.3 - 2.1 

DtE 1.2 - 1.3 

Höchste Wachstumsraten im Szenario ULS mit jährlichen 3,4% (2020) 

und 3,8 % (2050) - Szenario RPP: 2,4% (2020) und 3,0% (2050) 


11


Vergleich der Passagier-Nachfrage der CONSAVE Szenarien 

mit Prognosen von ICAO, Airbus, Boeing and FESG 

25000 

Comparison of Passenger Demand Development 

20000 

FESG Fe 

ULS 

billion pax-km pa 

15000 

10000 

5000 

FESG Fe 

Airbus/Boeing 

FESG 03 FESG Fa 

ICAO 

FESG Fc 

FESG Fa 

FESG Fc 

RPP 

FW 

DtE 

0 

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 


12


Unlimited Skies – Zusätzlich erforderliche Start-/Landebahnen (global) 

Additional Runway Requirements Worldwide (ULS) 

350 

300 

2020 2050 

250 

200 

150 

100 

Number of runways 

50 

0 

Central America 

Eastern Africa 

EU 

Far East (North) 

Far East (South) 

Former Eastern Bloc 

Middle East 

Non-Aligned Europe 

North America 

South America (Northern Part) 

South America (Southern Part) 

Southern Africa 

Southwest Pacific 

Western Africa 


13


Unlimited Skies – Zusätzlich erforderliche Start-/Landebahnen (Europa) 

Number of runways 

15 

12 

9 

6 

3 

2020 2050 

0 

Austria 

BeNeLux 

Denmark 

Finland 

France 

Germany 

Greece 

Italy 

Portugal 

Spain 

Sweden 

UK / Ireland 

Anmerkung: Modellierungsgrenzen erlauben keine flughafenspezifischen Aussagen! 

14 



ULS Maßnahme Landegebühren zur Finanzierung der Infrastruktur (Start 2020) 

Daten: 

Anmerkung: Eine Anhebung der Landegebühren um den Faktor 3 bis 6 ist erforderlich, 

Um den gesamten Nachfragezuwachs von EU und NA mit Infrastruktur auszustatten. 

Demand billion pax-km pa Fleet number of aircrafts Movements 1000 mov pa NOx million kg pa 

ULS Landing charge 

2000 2020 2050 2000 2020 2050 2000 2020 2050 2000 2020 2050 

ULS (charge factor 1.1) 3308 6505 21185 18988 34790 105570 393.6 608.3 1607.6 2227.9 3494.5 7312.6 

ULS (charge factor 10) 3308 6505 20874 18988 34790 102250 393.6 608.3 1383.2 2227.9 3494.5 7262.9 

ULS (charge factor 20) 3308 6505 20554 18988 34790 100200 393.6 608.3 1226.5 2227.9 3494.5 7186.2 

Assessment 

for Engineers: 

Assessment 

for Regulators: 

Reduction compared to "no measure" 


Demand Aircraft Movements NOx 

ULS (charge factor 10) 1.5% 3.1% 14.0% 0.7% 

ULS (charge factor 20) 3.0% 5.1% 23.7% 3.0% 

Measure Efficency 

Profitability in 


Demand Aircraft Movements NOx 2020 2050 

ULS (charge factor 1.1) 6.88% 

ULS (charge factor 10) 2.1% 4.7% 22.5% 1.3% 8.14% 5.24% 

ULS (charge factor 20) 4.3% 7.6% 38.1% 3.3% 4.20% 


15


RPP Maßnahme: Kerosinsteuer zur Emissionsreduzierung (Start 2020) 

RPP Maßnahme: Einführung des Wasserstoffantriebs (Start 2040) 

und 

Daten: 

RPP Fuel Tax 

Demand billion pax-km pa Fleet number of aircrafts NOx million kg pa 

CO2 billion kg pa 

and Hydrogen 2000 2020 2050 2000 2020 2050 2000 2020 2050 2000 2020 2050 

RPP (Kerosene/no tax) 14636 74346 4914 1654 

RPP (1$/kg) 14259 68114 4650 1563 

3308 5284 18988 29278 2228 2871 

531 749 

RPP (2$/kg) 13884 63575 4419 1485 

RPP Hydrogen 2040 13886 67957 1382 76 

Assessment 

for Engineers: 

Reduction compared to "no measure" 

RPP Fuel Tax 

Demand Aircraft CO2 NOx 

RPP (1$/kg) 2.6% 8.4% 5.5% 5.4% 

RPP (2$/kg) 5.1% 14.5% 10.2% 10.1% 

RPP Hydrogen 5.1% 8.6% 95.4% 71.9% 

Assessment 

for Regulators: 

Measure Efficency 

Profitability in 

RPP Fuel Tax 

Demand Aircraft CO2 NOx 2020 2050 

RPP (Kerosene/no tax) 4.35% 

RPP (1$/kg) 4.0% 13.8% 10.0% 12.9% 1.01% 

5.05% 

RPP (2$/kg) 8.0% 23.9% 18.7% 24.2% -0.72% 

RPP Hydrogen 8.0% 14.2% 174.4% 172.9% -3.99% 

16 



Zusammenfassung der Ergebnisse: 

• Nachfrageentwicklung 

Die Bandbreite der Szenarioergebnisse ist erheblich, wenngleich der Höchstwert 

(Wachstum 3,4% bis 2020, 3,8% bis 2050 p.a.) noch deutlich unterhalb der 

Prognosen von Airbus und Boeing (bis 2025 > 5% p.a.) liegen. 

• Maßnahme Landegebühr 

Eine Landegebühr (zur Finanzierung des Infrastrukturausbaus, inkl. höherer 

Ticketpreise, leicht geringerer Nachfrage und Flugbewegungen aufgrund des 

Einsatzes größerer Flugzeuge); erscheint mit akzeptablen Verlusten für den 

Luftverkehr als sinnvoll – mit positiven Nebeneffekten für die Lärmentwicklung. 

• Maßnahmen Kerosinsteuer und Wasserstoffflugzeug 

Eine (angesichts der Überkompensierung technischer Fortschritte durch Nachfragezuwächse 

notwendige) signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen 

(~10%) mittels Kerosinsteuer oder die schnelle Einführung des Wasserstoffantriebs 

(Rollover in 10 Jahren) gefährdet erheblich die Rentabilität der Airlines. 


17


Zusammenfassung sonstiger Ergebnisse: 

• Lärmentwicklung 

in allen Szenarien (außer Fractured World) erwarten wir deutliche technische 

Fortschritte, die nicht zwangsläufig auch von den Anliegern als ausreichend 

betrachtet werden! 

• Lokale Luftqualität 

In allen Szenarien (außer Down-to-Earth und Regulatory Push&Pull 

+Wasserstoffantrieb) gehen wir aufgrund des Verkehrswachstums von 

zunehmenden Belastungen aus, die je nach Nachfragewachstum und 

Technikentwicklung unterschiedlich ausfallen. 

• Klimarelevanz des Luftverkehrs 

Die CO2-Emissionen des Luftverkehrs steigen in allen Szenarien (außer Downto-Earth 

und Regulatory Push&Pull +Wasserstoffantrieb). Ihr Anteil im 

Vergleich mit anderen Emittenten liegt weltweit je nach Szenario in 2050 

zwischen 2,2 und 3,7% (2000: 1,8%). 


18


Ergänzende Anmerkungen: 

• Zusätzliche Folien sind angehangen 

mit Hintergrundinformationen und weiteren Resultaten. 

• Die Studie wird in Kürze veröffentlicht. 

• Projektinformationen sind erhältlich über: 

CONSAVE 2050 - Homepage: www.dlr.de/consave 

Sowie über den Project Koordinator: Ralf.Berghof@dlr.de 

Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit! 

Fragen? 


19

Folien zum Vortrag von Ralf Berghof, DLR (PDF, 84 KB)

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