De toekomst van het vliegen - Drie energietoekomstscenario's (elektrisch, waterstof of gewoon minder?)

De toekomst van het vliegen - Drie energietoekomstscenario's (elektrisch, waterstof of gewoon minder?)

In mijn blog over detoekomst van energie deedik een zeer gewaagde uitspraak over de toekomst van de vlucht met 50% in 2030. Veel reacties op het artikel lieten me weten dat ik er waarschijnlijk naast zat - en dat zette me aan het denken. Bij mijn andere voorspellingen is er een redelijk duidelijk koolstofvrijmakingstraject, d.w.z. warmte gaat over op warmtepompen enauto's gaan over op elektrische batterijen (met wat waterstof voor vrachtvervoer). Luchtvervoer lijkt alleen niet zo duidelijk - op dit moment is er geen direct beschikbare en technisch bewezen optie voor luchtvervoer.

Elke minuut stijgen er ergens ter wereld 84 vluchten op en worden er meer dan 4miljard reizen per vliegtuig gemaakt. Jaarlijks wordt bijna 300miljoen ton vliegtuigbrandstof verbrand, wat goed is voor 2,7% van de mondiale CO2-uitstoot, en het wereldwijde luchtverkeer zal naar verwachting in de komende twee decennia verdubbelen! (Dus nogal een grote kloof met mijn voorspelling van een vermindering van 50%!) Dit is geen probleem dat zomaar weggaat!

De laatste tijd ben ik erg enthousiast over de opkomst van kleineelektrische vliegtuigen, zoals Alice. Met behulp vanbatterijtechnologie uit de auto-industrie zijn deze vliegtuigen in staat geweest om redelijke afstanden af te leggen op één lading - met een paar passagiers aan boord. Ook easyjet heeft een aantal gewaagde verklaringen afgelegd over elektrisch aangedreven grote vliegtuigen tegen het einde van het decennium. Deze innovatieve stappen zijn echter bij lange na niet voldoende om een lange (of zelfs korte) afstandsvlucht koolstofvrij te maken.

De fundamentele uitdaging bij het koolstofvrij maken van vluchten is de energiedichtheid van de opslag... De fysica van batterijen lijkt te werken voor kleinere toepassingen... maar niet noodzakelijk voor grotere vliegtuigen. Momenteel kunnen lithium-ijzer batterijen ongeveer 250Whr per kg opslaan, wat 30 keer minder dicht is dan vliegtuigbrandstof. Het gewicht van de batterijen beperkt dus uiteindelijk het vermogen van grotere vliegtuigen om zelfs maar van de grond te komen - laat staan een lading te vervoeren.Onderzoek heeft uitgewezen dat, willen vliegtuigen op batterijen kunnen vliegen, de energiedichtheid in de buurt van 800WHr/Kg zou moeten liggen, dus bijna het drievoudige van de beste technologie die momenteel beschikbaar is. Met het huidige tempo van technologische verbetering zal dit soort energiedichtheid niet beschikbaar zijn tot ver na 2050.

Zelfs als de verbeterde energiedichtheid zou kunnen worden bereikt, blijft er nog een enorme uitdaging over - die van het opladen van grote vliegtuigen op de grond. Om een en ander in de juiste context te plaatsen: een 747 heeft bij het opstijgen ongeveer 40 tot 50 MW aan energie nodig. Een 747 heeft momenteel een omlooptijd van 150 minuten en een 737 voor bijvoorbeeld Ryanair 27 minuten! De infrastructuur die nodig is om zo'n grote batterij zo snel te kunnen opladen, zou onvoorstelbaar zijn (laat staan het opladen van 1300 vluchten per dag op Heathrow!). Zelfs als de uitdaging van de energiedichtheid kan worden opgelost, is er nog een lange weg te gaan om het vliegtuig te kunnen opladen als het eenmaal op de grond staat!

Wat betekent het bovenstaande voor het luchtvervoer in het volgende decennium?

1. De ontwikkeling vanelektrische vliegtuigen met een kleinere uitstoot kan betekenen dat we een explosie zien van kleinere regionale luchthavens met airtaxi's zonder piloot. De kortere beschikbare afstanden zullen betekenen dat short hop luchtvaart een realiteit kan worden. Kleinere vliegtuigen zullen ook op lagere hoogtes kunnen vliegen om congestie te vermijden en aangezien het gewicht van doorslaggevend belang wordt voor de actieradius, wordt het zinvoller om de piloot weg te laten - wat autonoom vliegen versnelt om de economische voordelen te vergroten.

2. De vraag naar elektriciteit in vervoersknooppunten zal een steeds groter probleem worden. Met een toename van het aantal elektrische voertuigen zal de vraag naar lokale elektriciteitsinfrastructuur toenemen - de luchthaven Heathrow heeft bijvoorbeeld 51.000 parkeerplaatsen! Alleen al het opladen van zoveel voertuigen zal een enorme uitbreiding van de elektriciteitsvoorziening vergen. Uitgaande van langzame laders (3KW) en ongeveer 10% van de voertuigen opgeladen, zou je een 15MW-verbinding nodig hebben alleen al voor de voertuigen! - Laat staan als je ook gigantische vliegtuigen zou willen gaan opladen (met snelle omdraaitijden!). Met kleinere elektrische vliegtuigen zal het niet nodig zijn om gebruik te maken van gigantische hub-infrastructuur zoals nu - exploitanten zullen kunnen uitwijken naar goedkopere kleinere luchthavens waar gemakkelijker in oplaadvoorzieningen kan worden voorzien (met lokale zonne-energie bijvoorbeeld).

3. Voor grotere vliegtuigen kunnen alternatieve brandstoffen zoals waterstof met een hogere energiedensiteit zinvoller zijn dan elektrificatie. De ontwikkeling van regionalewaterstofcentra biedt wereldwijd kansen, maar tot op heden vliegt er nog niemand commercieel op waterstof, dus er is nog een lange weg te gaan.

De conclusie is dat met de huidige technologie de enige manier om de koolstofuitstoot te verminderen is om minder te vliegen. Er is gewoon geen duidelijk genoeg pad naar vliegen met minder of geen koolstof. Kleinere elektrische vliegtuigen kunnen bestaande routes aanvullen - maar zonder ingrijpende regelgeving zullen ze onze bestaande vloot die op koolwaterstof vliegt niet snel vervangen!