Vliegen we in de toekomst zonder vliegschaamte?

Tot nu toe werden vliegtuigen vooral efficiënter gemaakt door lichter bouwmateriaal te gebruiken of door betere motoren te bouwen. Dit is een hele andere innovatie. Roelof Vos, projectleider van de Flying-V en onderzoeker vluchtprestaties en voortstuwing, legt uit: “Het vliegtuig is twintig procent zuiniger om twee redenen: het is lichter en het is gestroomlijnder. Daardoor is er minder wrijvingsweerstand. Je hebt als het ware minder energie nodig om het vliegtuig door de lucht heen te drukken.”

Het project van de Flying-V is deel van een overkoepelend plan om de luchtvaart energiezuiniger te maken. Bij het NLR (Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum) wordt daar ook aan gewerkt. Martin Nagelsmit, programmamanager elektrisch vliegen, denkt dat die twintig procent brandstofreductie wel te halen is op basis van het ontwerp van de Flying-V. “Maar je moet hem uiteindelijk wel tegen een fatsoenlijke kostprijs kunnen maken,” zegt Nagelsmit. “Dat is misschien uiteindelijk de uitdaging. Maar qua concept denk ik dat ze die twintig procent vast en zeker kunnen halen.”

Elektrisch vliegen

Twintig procent brandstofreductie betekent ook twintig procent minder uitstoot van broeikasgassen. Toch is dat voor de Nederlandse toekomstplannen niet genoeg. De luchtvaartsector heeft een paar jaar geleden al afgesproken om 35 procent minder uitstoot te veroorzaken in 2030 ten opzichte van de voorspelde uitstoot in dat jaar. Als de Nederlandse luchtvaart op dezelfde voet doorgroeit als nu, zal het in 2030 voor ongeveer 17,5 miljard kilo CO₂ zorgen. Dat moet volgens het actieplan dus zes miljard kilo minder worden.

Nog iets recenter is aan de klimaattafel een ontwerpakkoord gemaakt waarin de luchtvaart vijftig procent minder CO₂ uit moet stoten in 2050, en helemaal emissieloos moet zijn in 2070. “Emissieloos betekent dus dat er helemaal niets meer uit het vliegtuig mag komen,” zegt Nagelsmit. “En dat kan eigenlijk alleen maar met elektrisch vliegen. Op een andere manier kan dat niet.”

Het zijn ambitieuze doelstellingen, want we kunnen onze huidige vliegtuigen niet zomaar ombouwen tot elektrische voertuigen. Een Airbus A320, een veelgebruikt vliegtuig, heeft volgens Nagelsmit al veertig megawatt nodig bij de start. Elektromotoren die krachtig genoeg zijn bestaan nu nog niet, en al helemaal niet met een acceptabel gewicht voor een vliegtuig. Accu’s zijn veel zwaarder dan kerosine in verhouding tot de hoeveelheid energie die erin zit: ze wegen vijftig keer zo veel.

Alsof dat nog niet genoeg complicaties zijn, is er nog een probleem: we hebben niet genoeg stroom om onze vliegtuigen te laten vliegen. “Als alles wat op Schiphol vertrekt elektrisch zou zijn, zou de Noordzee niet groot genoeg zijn voor de windmolens die je nodig hebt,” zegt Nagelsmit. “En je wil natuurlijk geen kolencentrales inzetten om de elektrische energie op te wekken. Dat is het paard achter de wagen spannen.”

Vliegen op waterstof

Is waterstof dan een goed alternatief? Waterstof kan op twee manieren gebruikt worden: in gasturbines zoals we nu kerosine verbranden, en in brandstofcellen om elektromotoren mee aan te drijven. Als waterstof verbrand wordt in gasturbines, die nu op vliegtuigen zitten, komt er naast waterdamp ook schadelijk stikstofoxide vrij (NO_x). Stikstofoxide vormt met andere stoffen ozon en draagt bij aan het broeikaseffect. Als waterstof gebruikt wordt in een brandstofcel komt er alleen waterdamp vrij. Toch is dat niet emissieloos. Ook al is het slechts een wolk, waterdamp telt ook als uitstoot. Op grote hoogte draagt ook waterdamp netto bij aan de opwarming van de aarde.

Toch is het gebruik van waterstof CO₂-loos, mits de energie om de waterstof te produceren duurzaam is opgewekt. Om de klimaatdoelen van 2030 en 2050 te halen, lijkt waterstof dus een goede oplossing. Daarom ging er onlangs bij het NLR een drone op waterstof de lucht in. De drone droeg zijn eigen brandstof, een tank met samengeperst waterstof. Maar een klein deel van het gewicht van die tank was daadwerkelijk de waterstof: zo’n vijf procent. De rest is het gewicht van de tank zelf. Een alternatief is om waterstof als vloeistof te vervoeren, maar daarvoor moet het gekoeld worden tot tweehonderdvijftig graden onder nul. “Het is dus nog niet zo heel gunstig,” zegt Nagelsmit. “Maar het is wel beter dan wat we nu met accu’s kunnen halen. Het idee is om dit op te schalen en het uiteindelijk voor grote vliegtuigen te gebruiken.”

Langeafstandsvluchten zijn zwaarder en dragen kilo’s kerosine mee voor de hele reis. Door het gewicht van die brandstof heeft het vliegtuig meer energie nodig om in de lucht te blijven. Eigenlijk zouden langere vluchten tussendoor moeten landen en bijtanken om energiezuiniger te zijn. “Mensen denken dat de start en de klim heel veel energie kosten, maar vanaf een bepaalde afstand is een tussenlanding helemaal niet slecht. Je kunt bijvoorbeeld een vlucht van twaalf uur beter opsplitsen in twee vluchten van zes uur,” zegt Nagelsmit.

Operationele trucjes kunnen brandstofverbruik dus ook verminderen. Zo loopt er ook een onderzoek naar één Europees luchtruim. Nu is het luchtruim boven Europa een lappendeken. Een vliegtuig moet zich bij elke grens aanmelden bij de luchtverkeersleider van dat land, en krijgt aanwijzingen om hoger of lager, sneller of langzamer te vliegen om in het luchtruim te passen. Als het luchtruim op Europees niveau geregeld wordt, zal er een stuk minder omgevlogen worden. Nagelsmit schat dat één Europees luchtruim makkelijk voor tien procent minder uitstoot kan zorgen.

Met zijn dertigen in een elektrisch vliegtuigje

Op dit moment is er nog geen oplossing om een vliegtuig helemaal emissieloos te laten vliegen, zeker niet voor de lange afstanden. Voor de korte afstanden zouden we volgens Nagelsmit wel elektrisch kunnen vliegen, maar dan in kleinere vliegtuigjes. “We vliegen nu met honderdvijftig personen in één vliegtuig duizend kilometer, maar die afstand kunnen we ook afleggen in vijf vliegtuigjes met dertig personen. Dan kan het wel elektrisch, en emissieloos,” zegt hij. “Er zijn dan vijf keer zoveel vliegbewegingen – op Schiphol schrikken ze daarvan.” Het idee is dan ook niet om alles vanaf Schiphol te laten vliegen. “Ik denk we meer regionale vliegtuigvelden moeten gebruiken. Dan kan iedereen wat dichter bij huis vertrekken, en misschien kom je ook wel dichter bij je bestemming aan.”

Joris Melkert, universitair docent bij de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechnologie in Delft, vindt vliegen met kleinere elektrische vliegtuigjes op zich een goed idee. “Maar de vraag is of je daarmee aan de vraag kan voldoen. En of je niet gewoon beter rails aan kunt leggen. Als je nu een elektrische vlucht inzet van Amsterdam naar London is dat niet interessant, want daar rijdt al een hogesnelheidstrein. Maar naar Berlijn is dat er niet, dus daar liggen kansen.” Of we elektrisch gaan vliegen of in gaan zetten op railinfrastructuur, is wat Melkert betreft een economische afweging die de overheid moet gaan maken.

Voor de grotere vliegtuigen is elektrisch vliegen geen optie, vanwege het gewicht van de batterijen en de enorme hoeveelheid stroom die nodig is. In plaats daarvan zijn er hybride oplossingen nodig, zoals een gasturbine gecombineerd met elektromotoren. Vliegtuigen kunnen dan opstijgen met een boost van de elektromotoren, en eenmaal op hoogte vliegen op de gasturbines. “Dan kun je de gasturbines een stuk kleiner maken dan ze nu zijn, want bij de kruisvlucht heb je maar een derde van de kracht nodig die je bij de start nodig hebt,” zegt Nagelsmit. En kleinere gasturbines betekent weer minder luchtweerstand en een lager gewicht.

Ambitieus maar niet onmogelijk

Ook nieuwe vliegtuigconfiguraties zoals de Flying-V van de universiteit van Delft helpen bij de uitstootvermindering van langeafstandsvluchten. “Wat we beogen is dat we uiteindelijk klimaatneutraal kunnen vliegen met vliegtuigen,” zegt projectleider Vos. “Twintig procent is natuurlijk mooi, maar moeten vervolgens ook kijken naar nieuwe manieren van voortstuwing en misschien ook andere brandstoffen. De Flying-V heeft sowieso minder energie nodig, en dat is in principe complementair aan alles wat je nog doet op het gebied van brandstof of motoren.”

“Uiteindelijk moeten we vliegtuigen optimaliseren,” zegt Nagelsmit. “Als ze lichter zijn en minder weerstand hebben, kun je al tientallen procenten winnen bij langeafstandsvluchten. Met operationele maatregelingen zoals een tussenstop heb je ook weer tien procent binnen, en als je de rest met biobrandstof of synthetische kerosine doet, ben je al een heel eind.” Op die manier kan Nederland het doel van vijftig procent minder CO₂-uitstoot in 2050 misschien halen.

Melkert noemt de doelstellingen van de klimaattafel ambitieus maar niet onmogelijk. “We moeten het hebben van combinaties van oplossingen,” zegt hij. “Er zijn best methoden om de luchtvaart duurzaam te maken, maar het gaat wel een hele stevige inspanning vergen. En dat geldt overigens voor de hele economie.”