Groene luchtvaart

Groene luchtvaart

Voor het eerst hiergepubliceerd

Degenen die mij kennen, weten van mijn levenslange liefde voor de luchtvaart. Ik wilde testpiloot worden, nog voor ik astronaut wilde worden, maar uiteindelijk ben ik in de energiesector beland. Mijn doctoraal proefschrift combineerde mijn twee interesses, aangezien het ging over het gebruik van waterstof als vliegtuigbrandstof, een idee dat eind jaren zeventig sterk werd gepromoot door Lockheed en anderen, met een voorstel om Tristars te bouwen die op waterstof zouden vliegen tussen de VS, Europa en het Midden-Oosten. (Dit document staat nu hier online). Ik ben zelf een paar jaar geleden gestopt met vliegen en mis het nog steeds. Zoals iedereen weet is de luchtvaart een groot probleem in termen van uitstoot, met 500 miljoen ton CO2 per jaar die naar verwachting tegen 2050 verdrievoudigd zal zijn, en ik heb soms moeite om de wens om de uitstoot en de milieu-impact te minimaliseren te rijmen met de behoefte en de wens om te reizen, vooral met de hoeveelheid vliegreizen die ik de laatste vijf jaar heb gemaakt.

Om te beginnen denk ik niet dat we ooit het fundamentele menselijke verlangen om te reizen kunnen (of zouden moeten proberen) te onderdrukken. Ik denk eigenlijk dat dit een weerspiegeling is van de exploratiedrang, zonder welke wij nog steeds de boombewonende primaten zouden zijn of zelfs de in de oceaan levende zoogdieren waarvan wij afstammen. Evenzo zouden wij de exploratie van de ruimte niet moeten beperken, in feite zouden wij meer moeten doen, het is gewoon een fundamentele menselijke drang. Gegeven dat, plus alle conventionele economische tendensen (i.toenemende welvaart leidt tot meer reizen), zullen we een groei van het luchtverkeer blijven zien met een grotere impact op het milieu - als we de technologie niet veranderen. De vraag is hoe we de technologie kunnen veranderen en hoe snel we dat kunnen doen, vooral in de veiligheidsgedreven cultuur en de regelgevende omgeving van de luchtvaart.

Een decennium geleden lag de nadruk op biobrandstoffen en werd veel kapitaal geïnvesteerd in de productie van biobrandstoffen en het testen ervan in vliegtuigen. Veiligheid is natuurlijk van cruciaal belang in de luchtvaart en ik heb altijd gezegd dat ik liever niet zou vliegen in een vliegtuig dat op biobrandstoffen loopt gedurende de eerste vijf jaar van zijn gebruik (hetzelfde zou gelden voor elektrische vliegtuigen) - hoewel dat anders zou zijn geweest als ik testpiloot was geworden! Het is duidelijk dat bio- en synthetische brandstoffen een belangrijke rol zullen spelen, maar de ultieme droom is elektrische energie. Zelfs een decennium geleden was het idee van elektrische vliegtuigen nog science fiction, maar sindsdien heeft de vooruitgang in batterijtechnologie, in combinatie met het werk van ondernemers en grotere bedrijven, de droom van elektrische luchtvaart veel dichterbij doen komen.

Een recent artikel in AirSpaceMag.com beschreef enkele van de ontwikkelingen, waaronder het regionale forenzenvliegtuig voor negen passagiers van Eviation dat in 2019 zou moeten vliegen (en dat de vreemde naam Alice heeft). Het zou geen verrassing moeten zijn, aangezien we hetzelfde hebben gezien bij elektrische auto's, maar de keuze voor elektrische voortstuwing leidt tot aanzienlijke veranderingen in de manier waarop de rest van het vliegtuig is ontworpen, zowel wat betreft structuur als lay-out. Veel van de structuur van vliegtuigen is ontworpen om de spanningen van relatief zware, trillende motoren op te vangen. Elektromotoren zijn lichter, maar natuurlijk is er het enorme gewicht van de batterijen, die 60% van het totale gewicht van de Alices zullen uitmaken. Ter vergelijking: brandstof maakt ca. 48% uit van het gewicht van een volgeladen Boeing 747. De actieradius van de Alice wordt geschat op 650 mijl bij 275 km/u.

Interessant genoeg zijn de geraamde exploitatiekosten laag genoeg om de kosten voor de passagiers met 30-60% te verminderen in vergelijking met een conventioneel vliegtuig, waarbij wordt bespaard op brandstof en onderhoud. Bonny Simi, President van JetBlue Technology Ventures, wordt in het artikel geciteerd wanneer zij zegt dat op korte trips regionale turboprops een Available Seat Mile (ASM) kostprijs hebben van $0.Grotere capaciteit, lange afstand jets hebben ASMs in het bereik van $ 0,08 tot $ 0,12 als ze hoger vliegen waar jets efficiënter zijn en verhoudingsgewijs minder tijd wordt besteed aan opstijgen en klimmen. Simi gaat verder met te zeggen "Prognoses voor elektrische vliegtuigen [vliegen] 300 tot 700 mijl schatten 10 tot 12 cent" ($ 0,10 tot $ 0,12 per ASM). Als een dergelijk kostenvoordeel daadwerkelijk kan worden gerealiseerd, is de economische drijfveer duidelijk.

Zoals iedereen weet verbetert de batterijtechnologie snel en dalen de kosten. Er is echter nog een lange weg te gaan voordat grotere vliegtuigen elektrisch kunnen worden. Het "magische getal" waarbij langeafstandsvluchten levensvatbaar kunnen worden, wordt genoemd bij 1.000 Wh/kg batterijgewicht, terwijl de bestaande batterijen tussen 270 en 300 Wh/kg wegen. De batterij in een Tesla S heeft een capaciteit van 85 kWh en weegt 540 kg - een specifieke energie van 157 Wh/kg. Het streefcijfer van 1.000 Wh/kg voor levensvatbare vliegtuigen lijkt geen rekening te houden met mogelijke verbeteringen op het gebied van luchtweerstandvermindering (en mogelijk verdere vooruitgang op het gebied van lichtgewichtconstructies). Professor Viswanathan van de Carnegie Mellon University beweert dat een batterij die 400-500 Wh/kg produceert een vliegtuig 200 tot 400 mijl zou kunnen voortbewegen op één enkele lading.

EasyJet heeft zich ten doel gesteld om binnen 10 jaar met elektrische routes te beginnen en Noorwegen heeft voorgesteld om alle vluchten korter dan 1,5 uur tegen 2040 volledig elektrisch te laten verlopen. EasyJet is een samenwerking aangegaan met Wright Electric, dat werkt aan een vliegtuig dat 120 mensen kan vervoeren op vluchten van 300 mijl of minder. Hoewel dit opwindende doelstellingen zijn, mogen we nooit vergeten dat er een hype-cyclus is en dat het veel tijd (en veel geld) kost om nieuwe vliegtuigen gecertificeerd te krijgen voor openbare vluchten. Er ligt een lange weg, en veel kapitaal, tussen aankondigingen en glossy websites en computergegenereerde beelden en een vliegend, gecertificeerd vliegtuig. Zoals ik in mijn doctoraalscriptie heb benadrukt, is het niet alleen het vliegtuig waarin moet worden geïnnoveerd en geïnvesteerd, ook de grondinfrastructuur zou aanzienlijk moeten veranderen. Toen Terminal 5 werd gebouwd, was deze ontworpen met grondstroomaansluitingen met een hogere capaciteit omdat de A-380 in gebruik werd genomen; stel je de extra stroomcapaciteit voor die op luchthavens nodig is voor het opladen van elektrische vliegtuigen, evenals de gevolgen voor de exploitatie vanwege de vereiste oplaadtijd.

Aan de grotere, lange-afstandszijde van het spectrum gaat de ontwikkeling in de richting van hybride toestellen. In 2008 introduceerde Boeing het concept SUGAR (Subsonic Ultra-Green Aircraft Research) Volt, dat nog niet is gebouwd. NASA werkt ook aan hybride concepten. In het Glenn Research Center ligt de nadruk op concepten die 150 mensen over lange afstanden kunnen vervoeren. Naast ontwerpen voor voortstuwingssystemen omvatten de concepten de zeer efficiënte "blended wing"-ontwerpen, een groot verschil met de buisontwerpen waarmee wij vertrouwd zijn. (Ik geloof dat het low-cost luchtvaartpionier Freddy Laker was die zei dat hij in de "aluminium buizen" business zat). Gemengde vleugelontwerpen kunnen 50% van het brandstofverbruik besparen en NASA is op weg om tegen 2021 een vliegend X-vliegtuig op grote schaal te financieren. In juli 2018 op de Farnborough Air Show kondigde de Britse minister van Zaken Greg Clark een O&O-drive van £ 343 miljoen aan van de overheid en de industrie, waaronder £ 58 miljoen voor elektrisch vliegen.

De luchtvaart is altijd ongelooflijk innovatief geweest. Drieëndertig jaar scheidden de Wright Flyer en de DC-3, het eerste echt effectieve vliegtuig voor luchtvervoer, zevenendertig jaar scheidden de DC-3 en de Boeing 747, die de kosten aanzienlijk verlaagde en de hausse in internationaal reizen mogelijk maakte, veertig jaar scheiden de Boeing 747 en de Boeing 787, die een c.50% lager brandstofverbruik heeft. Met al het onderzoek naar innovaties op het gebied van vliegtuigontwerp, motorontwerp, elektrische aandrijving en batterijen is het duidelijk dat vliegtuigen nog veel efficiënter en uiteindelijk veel schoner voor het milieu kunnen worden dan ze nu zijn. De wedloop tussen het terugdringen van de emissies door een hogere efficiëntie en nieuwe aandrijvingstechnologieën en de stijgende vraag naar luchtvervoer is geopend.

______

Blijf op de hoogte! Beste ideeën voor energie-efficiëntie en energietransitie...