Uit het magazine

Voor wie anno 2024 op een vliegveld gaat kijken, lijkt alles business-as-usual. Vliegtuigen taxiën af en aan, boven de straalmotoren trilt de lucht van de hitte door de uitlaatwalmen en in de wijde omgeving hangt de geur van kerosine. Je ziet het dus nog niet, maar toch wordt er hard gewerkt – onder meer in Nederland – aan de toekomst, die hoe dan ook duurzamer moet. Het doel: vliegen zonder CO2-uitstoot.

 

1 Batterij-elektrisch

Verandering begint vaak in het klein en bij vliegtuigen is dat niet anders. Op vliegveld Teuge, ten oosten van Apeldoorn en vooral bekend bij zweefvliegers en parachutisten, zoemt het van de elektrische lesvliegtuigjes.

E-Flight Academy vliegt sinds twee jaar met vier Pipistrel 121 Velis Electro-toestellen; zie de foto hieronder. De Sloveense vliegtuigbouwer was de eerste die een volledig elektrisch vliegtuigje gecertificeerd kreeg, vertelt Merlijn van Vliet van E-Flight Academy.

‘We zijn de eerste elektrische vliegschool ter wereld. Wie bij ons vlieglessen neemt, kan dat in een elektrisch toestel doen. De accuduur is nu vijftig minuten, met een buffer van tien minuten. Een prima tijdsduur voor een les.’

‘Vlieglessen zijn het eerste stukje luchtvaart dat te elektriceren valt’, legt Van Vliet uit. ‘Al die wat men dan noemt nutteloze lesvluchten op kleinere vliegvelden kunnen zo een stuk schoner worden.’

De elektrische Pipistrels zijn ook stiller. ‘Een ouderwets vliegtuigje heeft meer dan honderd bewegende delen; een elektromotor is één compacte koektrommel waarin het allemaal gebeurt. Vliegt er een over een drukke stad, dan horen mensen op de grond vooral het verkeer daar en niet het vliegtuig.’

Hoe de toekomst van passagiersvliegtuigen er uit gaat zien, vindt Van Vliet lastig te voorspellen. ‘Als ondernemer gebruiken wij wat er nu is. Batterijvliegtuigen hebben duidelijk een voorsprong op waterstof-elektrische toestellen. Er bestaan simpelweg al elektrische vliegtuigen met accupakketten en veel bedrijven zijn ermee bezig. Maar het is geen wedstrijd. De duurzame toekomst wordt een mix van initiatieven en technieken. Vliegen op batterijen is daarvan een ingrediënt.’

[...]
 

Foto E-Flight Academy

 

2 Elektrisch op waterstof

Batterij-elektrische vliegtuigen vormen een mooie aanloop naar duurzamer vliegen, maar accupakketten bevatten voor de meeste vluchten onvoldoende energie.

Een manier om meer energie mee te nemen, denken veel luchtvaartexperts, is waterstof. Waterstof kan op twee manieren een vliegtuig voortstuwen. De eerste is door het direct te verbranden in een – aangepaste – straalmotor; daarover later meer.

De tweede manier is door waterstof in gasvorm te leiden naar een brandstofcel, een apparaat dat de waterstofmoleculen combineert met zuurstofmoleculen en er water van maakt. Dit levert elektriciteit op die elektromotoren kan aandrijven.

Dat deze elektrische oplossing met waterstof als energiedrager mogelijk is, bewees het Duitse H2FLY, dat dit in september vorig jaar testte met een toestel waar het brandstofcellen had ingebouwd en een tank voor vloeibare waterstof.

Een van de bedrijven die aan waterstofvliegtuigen werken is het Nederlandse Conscious Aerospace. Dat opende onlangs een eigen hangaar op Rotterdam The Hague Airport. Met nog elf Nederlandse bedrijven en instituten heeft het zich als doel gesteld binnen vijf jaar een bestaand vliegtuig om te bouwen van kerosine naar waterstof als energiebron.

Dit doel is realistisch. Werken met een vliegtuig dat al is goedgekeurd en wordt gebruikt in de commerciële luchtvaart vergemakkelijkt de certificering. Maar het is tegelijk ambitieus, want het blijft lastig met een volle tank waterstof de lucht in te gaan.

Het bedrijf heeft zijn oog laten vallen op de Dash 8-311 van De Havilland (zie afbeelding hieronder), een toestel dat niet meer wordt gemaakt, maar waarvan er wereldwijd nog zo’n tweehonderd in gebruik zijn. De Dash 8 wordt in onder meer Noorwegen, Nieuw-Zeeland en Canada ingezet voor regionale vluchten.

‘We mikken op deze markt omdat we dit toestel geschikt achten om voor waterstof om te bouwen’, zegt ceo Erik Geertsema van Conscious Aerospace.

‘Maar die regionale markt is ook de eerste die met waterstof te verduurzamen is. Landen als Noorwegen en Nieuw-Zeeland verplichten luchtvaartmaatschappijen om duurzamer te werken. En op die kleinere vliegvelden is het gemakkelijker de infrastructuur voor waterstof te bouwen dan op een groot vliegveld.’

[...]
 

Illustratie Conscious Aerospace

 

3 Straalmotoren op waterstof en alternatieve kerosine

Het lastigst te verduurzamen zijn de wide body-vliegtuigen voor intercontinentale vluchten. Die hebben zoveel energie nodig dat batterijen en waterstof in brandstofcellen het niet redden.

Kerosine werkt voor deze toestellen het beste, vandaar dat duurzamere vormen van kerosine hier het snelst de CO2-uitstoot verlagen. Sustainable aviation fuels (SAF’s), zijn gemaakt van restproducten, zoals gebruikte plantaardige oliën en vetten, of van reststromen uit de landbouw.

Bij verbranding van de SAF komt er nog steeds CO2 in de lucht, maar wanneer de SAF wordt gemaakt van hernieuwbare grondstoffen, komt er grofweg evenveel CO2 in de lucht als eerder tijdens de groei van de planten werd opgenomen.

Optimisten schatten de CO2-besparing van SAF’s op 80 procent, ‘maar dit cijfer wordt nog lang niet overal gehaald’, zegt Bram Peerlings van het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR). ‘Het gaat om de hele keten. Bij de fabricage van SAF’s komen, zeker met de huidige energiemix, nog steeds broeikasgassen vrij.’

[…]

Verder in de toekomst kan het direct verbranden van waterstofgas de oplossing bieden, denken sommige experts. Het gas is ook direct te verbranden in een straalmotor (zie de foto boven dit artikel), maar daarvoor moet die wel worden aangepast. Want er zijn verschillen, vertelt Ivan Langella die aan de TU Delft onderzoek doet naar waterstofverbranding voor straalmotoren.

‘Ten eerste heeft waterstof niet de smerende werking voor onderdelen van de straalmotor die kerosine wel heeft. Verder is waterstof reactiever en kruipt het gemakkelijker in en tussen materialen.’

Waterstof is sterk gekoeld als vloeistof aan boord, maar die kou maakt het lastig de verbranding op gang te brengen, zegt Langella. Wanneer waterstof echter eenmaal brandt, schiet de temperatuur snel omhoog.

Langella gelooft in de aanpak, maar is zich ook bewust van de uitdagingen. De vloeibare waterstof moet eerst gasvormig worden alvorens die in de verbrandingskamer kan worden geïnjecteerd. Maar dan volgt het grootste probleem van directe waterstofverbranding: de vorming van overvloedig veel stikstofoxiden (NOx). Deze stikstof-zuurstofverbindingen dragen dicht bij de grond bij aan luchtvervuiling. Hoog in de lucht versterken ze het broeikaseffect, via interacties met ozon en methaan.

Veel onderzoek richt zich dan ook op het terugdringen van de NOx-vorming, terwijl de verbranding toch stabiel verloopt.

[...]

 

Dit is niet het hele artikel.

 

MEER LEZEN OVER DE VERDUURZAMING VAN DE LUCHTVAART?

Lees het volledige artikel in het januarinummer van De Ingenieur. Koop hier de digitale versie voor € 9,50 of neem een abonnement!

 

 

Openingsfoto: een ingenieur van Rolls-Royce werkt aan de straalmotor waarmee het bedrijf in 2022 tests uitvoerde met het direct verbranden van waterstof. Foto Rolls-Royce

Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.