Klimaatneutraal vliegen met emissievrije vliegtuigen van Airbus

Vliegen is vies. De uitlaatgassen wakkeren niet alleen het broeikaseffect aan, maar vergiftigen ook de omwonenden van luchthavens. Airbus beseft zich dit terdege en daarom presenteerde de vliegtuigbouwer onlangs de schetsen van drie emissievrije vliegtuigen. Klimaatneutraal vliegen komt telkens dichterbij.

Vliegtuigen zijn schoner dan ooit. In de jaren 60 en 70 braakten passagiersjets zwarte rookwolken uit zodra ze het luchtruim kozen. Sindsdien hebben de fabrikanten van vliegtuigmotoren er alles aan gedaan om hun producten schoner en zuiniger te maken. Een doorbraak was de zogenaamde ‘high bypass ratio turbofan’, een motor waarin de meeste stuwkracht wordt geleverd door een grote rotor voorin. Elke nieuwe motor die fabrikanten als Rolls-Royce, Pratt & Whitney en General Electric op de markt brengen, is een verbeterde en nog efficiëntere versie van dit principe.

Dat neemt niet weg dat ook de modernste motoren kerosine verstoken. Dat is een complex mengsel van koolwaterstoffen, waarvan sommigen nogal giftig zijn. Bij verbranding komen stikstofoxiden, zwaveloxiden, fijnstof en zware metalen vrij. Uit onderzoek blijkt dat het alleen al om die reden niet gezond is om in de buurt van een luchthaven te wonen.

En dan is er natuurlijk nog het klimaat. Vliegtuigen braken CO2 uit, en niet zo’n beetje ook. Want wie in een afgeladen Dreamliner van Amsterdam naar San Francisco vliegt, verstookt al gauw 400 liter kerosine – in zijn eentje. Volgens recent onderzoek draagt de luchtvaart voor 3,5 procent bij aan de uitstoot van broeikasgassen.

Alles draait om gewicht

Dat het roer om moet, beseffen de vliegtuigbouwers ook wel. Maar wat kunnen ze doen? Omdat in vliegtuigen alles om gewicht draait, zijn elektrische toestellen geen optie. Accu’s bevatten veel te weinig energie per gewichtseenheid. Er is ooit uitgerekend dat een elektrische versie van de Airbus A320 ongeveer 20 minuten in de lucht zou kunnen blijven. Elektrische aandrijving is dus voorlopig alleen weggelegd voor kleine toestellen die hele korte afstanden afleggen. De Europese vliegtuigfabrikant Airbus bouwt echter vooral toestellen die continenten en wereldzeeën doorkruisen. Hoe loodsen ze zulke kerosineslurpers een groene toekomst in?

Afgelopen najaar onthulde Airbus onder de naam ZEROe drie emissievrije conceptvliegtuigen voor de korte en middellange afstand. De afbeeldingen tonen een turboprop-toestel met een vliegbereik van zo’n 2.000 km en een turbofan-toestel met een bereik van ongeveer 4.000 km. Dat laatste toestel is vergelijkbaar met de huidige Airbus A320 en de Boeing 737.

“We zijn van plan een leidende rol te spelen in de belangrijkste transitie die deze industrie ooit gekend heeft,” aldus Airbus-baas Guillaume Faury. “Ik geloof sterk dat het gebruik van waterstof de klimaatimpact van de luchtvaart significant kan terugbrengen.”

Airbus wil kerosine op termijn dus vervangen door waterstof. Dat is op het eerste gezicht een uitstekend idee. Waterstof bevat veel energie per gewichtseenheid – ruim drie keer zo veel als kerosine. Het verbrandt inderdaad heel schoon. En er is genoeg ervaring mee: het wordt al sinds de jaren 60 gebruikt in de ruimtevaart.

Toch zijn veel luchtvaartdeskundigen sceptisch. De huidige generatie verkeersvliegtuigen is namelijk volledig om kerosine heen ontworpen. Neem de vleugels. Anders dan veel mensen denken bevatten die geen brandstoftanks, ze zijn zelf de brandstoftanks. Dat is mogelijk, omdat kerosine onder alle denkbare vliegomstandigheden een vloeistof blijft. Maar dat ligt anders bij waterstof. Bij normale temperaturen is dat een ijl gas. Om nuttig te zijn als vliegtuigbrandstof, dient het te worden afgekoeld tot een vloeistof. Maar omdat het kookpunt van vloeibare waterstof -253°C bedraagt, kan het spul onmogelijk gedurende een urenlange vlucht in een vliegtuigvleugel worden opgeslagen.

Niet de enige

De ZEROe-toestellen zijn daarom voorzien van een cilindervormige tank die zich achter de passagierscabine bevindt. Die tank heeft een flink formaat, omdat vloeibare waterstof zo’n 70 gram per liter weegt en dus erg veel ruimte inneemt. De tank dient ook enorm sterk te zijn, want naarmate de vloeibare waterstof opwarmt, neemt de druk in de tank sterk toe. Kortom, waterstof vereist een omvangrijke en zware tank die ten koste gaat van het laadvermogen van een vliegtuig.

Wat Airbus in zijn publiciteitsoffensief vergat te vermelden, is dat de Sovjet-Unie al decennia geleden met hetzelfde concept geëxperimenteerd heeft. De Tupolev Tu-155 koos in 1988 het luchtruim met een tank vol vloeibare waterstof aan boord. Maar al vroeg in het testprogramma besloten de Sovjets over te schakelen op vloeibaar methaan (het hoofdbestanddeel van aardgas). Dat bevat per gewichtseenheid veel minder energie, maar is met 470 gram per liter bijna zeven keer zo compact. Kortom: met een volle tank vlieg je dubbel zo ver. En met een kookpunt van 161°C is methaan ook nog eens een stuk hanteerbaarder. Tot slot is het goedkoop: het zit in enorme hoeveelheden onder de grond.

De ingenieurs van Airbus weten dit uiteraard ook allemaal. Waterstof is een marketingtool. Emissievrij is het allerminst, want alle waterstof wordt vooralsnog gemaakt van, jawel, methaan uit fossiele bronnen. Met CO2 als restproduct. De groene droom is dat waterstof in de toekomst met wind- en zonne-energie uit water wordt gewonnen. Dit proces is helaas nog dermate inefficiënt dat we wel enorm veel groene stroom over moeten hebben voordat daar iets van terecht gaat komen. En dan nog. Net zoals je methaan kunt omzetten in waterstof, kun je waterstof gebruiken om methaan te maken. Wanneer je waterstof wilt toepassen als vliegtuigbrandstof, bestaat er geen enkele reden om het in zijn pure, lastig te hanteren vorm te gebruiken.

Maar misschien het allergrootste voordeel van methaan is dat er al een wereldwijde infrastructuur voor aanwezig is. Van internationale pijpleidingen tot aan de laatste meters naar de combiketel, methaan weet zich diep genesteld in onze energie-infrastructuur. Ook verschijnen er steeds meer tankers vol vloeibaar aardgas op de oceanen. Ruimtevaartbedrijf SpaceX van Elon Musk stapt af van kerosine en ontwikkelt momenteel een reusachtige methaanraket. Ook de Europese ruimtevaartorganisatie ESA wil op termijn afstappen van waterstof, en ontwikkelt onder de naam Prometheus een methaanmotor.

De ZEROe-concepten zullen op den duur leiden tot vliegtuigen die niet op waterstof, maar op methaan vliegen. Evengoed veel beter dan kerosine.

Tekst: Ed Croonenberg

Geschreven door: Redactie PCM op

Category: Nieuws, Algemeen

Tags: