In samenwerking met Pictet Asset Management
Luchtvervoer draagt in aanzienlijke mate bij tot de uitstoot van broeikasgassen. Maar er zijn stappen ondernomen om het schoon te maken.
Stel je voor dat je in bijna stilte vliegt, zonder je zorgen te hoeven maken over je koolstofvoetafdruk omdat je vliegtuig wordt aangedreven door een accu. Fantasie? Misschien niet.
Als elektromotoren erin slagen de fossiele krachtcentrales die momenteel vliegtuigen aandrijven, aan te vullen of zelfs te vervangen, zal schone luchtvaart geen onbereikbaar doel zijn. Maar hoe hoopvol branche-experts ook zijn, ze zijn zich ook terdege bewust van de uitdagingen. Accu’s zijn nog steeds te volumineus en te licht om de bestaande motoren te vervangen, behalve voor korte vluchten. En waterstoftechnologie, zoals brandstofcellen, staat nog in de kinderschoenen.
Het is duidelijk dat verandering noodzakelijk is. Het luchtvervoer is goed voor ongeveer 1 miljard ton koolstofdioxide-equivalent per jaar, iets minder dan 2 procent van de totale wereldwijde uitstoot.1 Aangezien het aantal vliegtuigen tegen 2050 naar verwachting zal stijgen van ongeveer 600.000 nu tot een miljoen, is het duidelijk dat de sector iets moet doen om schoon te worden en de VN-klimaatdoelstellingen te halen.
“Hier liggen geweldige kansen”, zegt André Borschberg, medeoprichter van het Solar Impulse-project (de eerste zonnevlucht rond de wereld) en medeoprichter van de start-up H55 (elektrische aandrijving). “Verbrandingsmotoren zijn inefficiënt. Meer dan de helft van de niet voor de aandrijving gebruikte brandstof gaat verloren. En de motoren vergen veel onderhoud. Elektromotoren zijn daarentegen bijna 100 procent efficiënt, hebben weinig onderhoud nodig en maken verschillende configuraties mogelijk met oplossingen met meerdere motoren.”
Een belangrijk probleem bij de transitie is gewicht. De energie in vliegtuigbrandstof bedraagt 12.000 wattuur per kilogram tegenover 250 wattuur voor lithiumbatterijen. Gelukkig zijn er enkele factoren die in het voordeel zijn van elektrische motoren. Conventionele verbrandingsmotoren zijn bijvoorbeeld slechts een derde zo efficiënt als elektrische motoren bij het omzetten van energie in vermogen. Als de efficiëntie wordt meegerekend, daalt de verhouding van de energiedichtheid dus aanzienlijk. Als de toekomstige ontwikkeling van accu’s wordt meegerekend, kan het verschil worden teruggebracht tot 3 tot 1, volgens Matheu Parr, customer director bij Rolls Royce Electrical, de elektrische dochteronderneming van de vliegtuigmotorenbouwer. En ze zijn goedkoper: de energiekosten voor door een accu aangedreven vliegtuigen waren volgens BloombergNEF in 2022 lager dan de vliegtuigbrandstofprijzen per kilowattuur.
Ondertussen is de energiedichtheid van accu’s niet de enige uitdaging voor de elektrificatie van de vliegtuigindustrie. Elektrische vliegtuigen hebben snelle oplaadtijden nodig. Dat zet druk op het elektriciteitsnet. Voor het beheer van de piekbelasting zijn civieltechnische apparaten of bufferaccu’s ter plaatse nodig. Vliegtuigaccu’s zullen ook een hoog vervangingspercentage hebben om te kunnen voldoen aan zeer strenge veiligheidseisen. Deze vervangen accu’s kunnen echter op de grond worden gebruikt voor energieopslag.
Hybridisatie
Volledig elektrisch aangedreven vluchten zijn slechts één oplossing. Een andere oplossing zijn hybride elektromotoren. Die hebben het potentieel om het energieverbruik met 30 procent te verlagen voor vliegtuigen met maximaal 50 zitplaatsen.
In de komende 20 jaar zullen elektrische vliegtuigen in eerste instantie bedoeld zijn voor korte vluchten, gevolgd door hybride vliegtuigen en ten slotte door grotere vliegtuigen, voorspelt Borschberg. Door te beginnen met kleine elektrische vliegtuigen kunnen kritische gegevens worden verzameld en kunnen ingenieurs de ervaring opdoen die waarschijnlijk waardevol zal blijken bij de ontwikkeling van grotere elektrische vliegtuigen.
Nog een andere oplossing is waterstof. Het kan worden verbrand voor verbrandingsmotoren of worden gebruikt in brandstofcellen, wat ook een aanvulling kan zijn op bestaande motoren. Er moet aan beide oplossingen worden gewerkt, maar als de technische hindernissen kunnen worden overwonnen, zijn ze zeer aantrekkelijk.
Het gebruik van vloeibare waterstof is bijzonder moeilijk, niet in het minst om de opslagtemperaturen laag genoeg te krijgen, zegt Parr. Maar als dat kan worden opgelost, kan waterstof worden gebruikt bij verbranding, zoals bij vliegtuigbrandstof, of in een brandstofcel om elektriciteit te produceren. Verbranding is energiedicht maar complex. Brandstofcellen zijn schoner, maar hebben nog niet de energiedichtheid die vliegtuigen nodig hebben. Rolls Royce bekijkt beide oplossingen, waarbij ze zich voor de laatste vooral richten op kleinere vliegtuigen.
Hoewel waterstof nog steeds slechts een droom is, hebben elektromotoren al de weg naar de luchtvaart gevonden. Borschberg werkt bijvoorbeeld aan projecten waarbij vliegtuigen die worden gebruikt om piloten te trainen, elektrisch worden aangedreven. Canadese zeevliegtuigen, gebruikt voor forensenvluchten in Vancouver tot 30 minuten, schakelen ook over op elektrisch.
Vliegtuigen hoeven niet volledig elektrisch te worden om positieve resultaten te behalen. Zo kunnen hybride oplossingen het rendement van gasturbines met ongeveer 2 tot 4 procent verbeteren. Dat lijkt misschien niet veel, maar de 15 procent die de afgelopen 30 jaar in gasturbines werd gerealiseerd, heeft een enorm verschil gemaakt voor de industrie”, zegt Parr.
De overstap naar volledig schoon vliegen zal nog een tijdje op zich laten wachten. Maar het gaat duidelijk de goede kant op.
