Een klimaatneutraal vliegtuig ontwerpen is knap lastig
De luchtvaart zit in zwaar weer als het aankomt op klimaatverandering. De uitstoot van de sector alleen kan binnen enkele decennia betekenen dat het klimaatakkoord van Parijs niet gehaald wordt. Een uitdaging voor ingenieurs: maak een klimaatneutraal vliegtuig. Maar dat blijkt nog knap lastig.
Dit artikel krijg je cadeau van OneWorld.
Word abonnee
Met een zekere regelmaat komen ze voorbij: met de computer gegenereerde plaatjes van nieuwe vliegtuigontwerpen die een revolutie in de luchtvaart beloven te zijn. Met een nieuwe, elektrische motor op een plek waar je normaal geen motor verwacht, belooft de begeleidende tekst ongekende energiebesparingen. Dit soort berichten worden gretig doorgestuurd onder reislustigen met een hart voor het klimaat: zou het dan toch mogelijk zijn? Kunnen we met een nieuw, innovatief vliegtuig blijven vliegen zonder het klimaat te verknallen?
Zo wonnen vier Duitse techniekstudenten vorige maand een prijs van de Amerikaanse lucht- en ruimtevaartorganisatie NASA voor hun vliegtuigontwerp dat tot 64 procent minder energie zou verbruiken dan huidige vliegtuigen. Een aanzienlijke reductie, die voornamelijk gerealiseerd moet worden door de motoren dichter op de romp van het vliegtuig te plaatsen waardoor het vliegtuig minder ‘drag’ – luchtweerstand – ondervindt. Daarnaast zit uit het raam kijken er niet meer in: de ramen zijn gesneuveld om gewicht te besparen. Gecombineerd met elektrisch aangedreven turbofans lijkt uw uitstootloze vakantievlucht in zicht te komen.
Het prijswinnende ontwerp van studenten van de Technische Universiteit van MünchenBeeld:Technische Universität München
'Engage ion drive'
Een stuk minder gelikt, maar zo mogelijk nog veel futuristischer is het ontwerp waarover ingenieurs van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) vorige week in het wetenschappelijk tijdschrift Nature publiceerden. Een vliegtuig dat vliegt op geïoniseerde lucht. Pardon? Geen propellers, geen turbofans of straalmotoren — überhaupt geen bewegende delen. Een vliegtuig zonder motor in de gebruikelijk zin van het woord. De aandrijving ontstaat door vooraan de vleugel een hoge elektrische lading te creëren en achteraan een heel lage. Elektronen aan de voorkant willen naar de achterkant, als een lawine van deeltjes, en botsen daarbij op luchtdeeltjes waarmee effectief een ‘windvlaag’ wordt geproduceerd. Klinkt dat nog een beetje vaag? Kijk dan onderstaand filmpje:
De stap van science fiction naar functionerend model is gemaakt, maar daarmee is alles gezegd.Bron: www.youtube.com
De Wright Flyer in 1903
Toegegeven: met een spanwijdte van vijf meter en een gewicht van een kleine 2,5 kilo is het testvliegtuigje nog niet zo indrukwekkend. Maar alle begin in de luchtvaart is klein. Hetzelfde kon immers gezegd worden over de Wright Flyer, die in 1903 de eerste gemotoriseerde vlucht in de geschiedenis maakte.
Gewichtig sneeuwbaleffect
“
Volledig elektrisch aangedreven passagiersvliegtuigen zijn voorlopig niet realistisch
Hoopgevende innovaties, maar op de korte termijn zullen ze geen oplossing bieden voor het klimaatprobleem. Met name het MIT-toestel biedt voorlopig geen praktische oplossingen: de aandrijving is nog lang niet schaalbaar naar iets dat sterk genoeg is om een groot vliegtuig te laten vliegen, laat staan dat het een serieuze lading kan vervoeren. Maar ook het Duitse ontwerp vrijwaart vliegen voorlopig nog niet van uitstoot, volgens Joris Melkert, luchtvaartingenieur aan de TU Delft. “Volledig elektrisch aangedreven passagiersvliegtuigen zijn voorlopig niet realistisch. Zelfs als het ontwerp de voorgestelde reductie van 64 procent weet te behalen. Dat komt omdat gewicht allesbepalend is als je kijkt naar de prestaties van een vliegtuig. Elektrische aandrijving zou zijn energie uit batterijen moeten halen, en die zijn simpelweg te zwaar om op grote schaal in te zetten.” Dit is een probleem dat bij elektrische auto’s al speelt. Een Tesla heeft bijvoorbeeld een batterijpakket van ruim 800 kilo, wat het een nogal zware auto maakt.
“Om te vliegen heb je veel meer energie nodig, en daarvoor heb je dus weer veel meer batterijen nodig. Maar die wegen extra, waardoor je nog meer energie nodig hebt en dus nog meer batterijen zou moeten toevoegen. Die weer meer wegen. Dat is het vervelende sneeuwbaleffect waar de luchtvaart mee te kampen heeft”, aldus Melkert.
Hobby en hybride
Zolang de energiedichtheid1 van batterijen nog ruim vijftig keer lager ligt dan die van kerosine, zijn volledig elektrisch aangedreven passagiersvliegtuigen nog een utopie.
“Dat ligt anders voor de plezierluchtvaart, wat we in jargon ‘general aviation’ noemen”, vertelt Melkert. “Er bestaan nu al kleine vliegtuigjes die elektrisch worden aangedreven, en die weliswaar iets minder ver komen dan hun met brandstof aangedreven broertjes, maar daar is het overkomelijk. Het verschil met grote passagiersvliegtuigen is simpelweg het gewicht.”
“
Er bestaan nu al kleine vliegtuigjes die elektrisch worden aangedreven. Ze komen iets minder ver dan op brandstof, maar het is overkomelijk
Voor passagiersvliegtuigen ziet Melkert vooral mogelijkheden in zogenaamde hybride aandrijving: vliegtuigen waarin kerosine wordt gebruikt om elektriciteit te genereren waarmee de elektrische motoren worden aangedreven. Dat klinkt omslachtig, maar kan een grotere efficiency tot stand brengen. “Elektrische motoren zijn altijd efficiënter dan brandstofmotoren, dus ze kunnen wel degelijk een goed idee zijn. Een samenwerkingsverband van Siemens, Airbus en Rolls-Royce is al jaren bezig met hybride aandrijving. Daarbij wordt vooral tijdens de start en op momenten dat er extra energie nodig is gebruik gemaakt van de batterijen. De rest van de vlucht wordt er op kerosine gevlogen. Het voordeel is dan vooral dat het vliegtuig kleinere motoren kan hebben, waardoor de vlucht over het geheel genomen flink efficiënter is.
Het enige technisch haalbare alternatief om de luchtvaart uitstootloos te maken is daarmee het maken van klimaatneutrale kerosine. Dat kan op twee manieren: met biobrandstoffen en met synthetische brandstoffen. Biobrandstoffen maken gebruik van organisch materiaal zoals gebruikt frituurvet (in feite plantaardige olie), speciaal geteelde gewassen of snoeiafval. “Het kan van alles zijn, maar het heeft twee nadelen: ten eerste leggen biobrandstoffen altijd een beslag op landgebruik en concurreren ze daarmee met voedselproductie. Ten tweede moet vliegtuigbrandstof logischerwijs aan extreem hoge eisen voldoen. Die kwaliteitsgarantie kan nu nog niet op grote schaal worden geleverd.”
Melkert ziet daarom meer in synthetische brandstoffen. Daarbij wordt CO2 juist als mogelijke energiebron gezien: via een elektrochemisch proces kan de CO2 uit de schoorsteen van een fabriek of zelfs uit de atmosfeer worden afgevangen en opgewerkt naar brandstoffen zoals methaan of ook kerosine. Maar ook die techniek is voorlopig nog niet op grote schaal beschikbaar.
Daarmee blijft de luchtvaartsector voorlopig een van de zorgenkindjes van de energietransitie.
energiedichtheid is een manier om aan te geven hoeveel bruikbare energie kan worden vastgelegd per kilo drager. Voor kerosine is die eigenlijk heel hoog. Batterijen blijven hopeloos achter. Wil je daar meer over weten, bekijk dan dit filmpje; je hoeft de natuurkundige formules niet per se te begrijpen!↩︎
Deze site maakt gebruik van cookies om u een optimale bezoekerservaring te bieden en onze site te verbeteren. AccepterenInstellingen
Cookiebeleid
Overzicht cookies op oneworld.nl
We verzamelen via cookies gegevens met het doel de technische werking van de website en uw gebruiksgemak te garanderen. De cookies (kleine tekstbestanden die bij het eerste bezoek aan deze website worden opgeslagen op uw computer, tablet of smartphone) zorgen ervoor dat de website naar behoren werkt en onthouden bijvoorbeeld uw voorkeursinstellingen. Ook kunnen wij hiermee onze website optimaliseren.
Hiervoor gebruiken wij cookies van Google Analytics, dat het sitegebruik geanonimiseerd registreert en hiervan gegevens opslaat. Met deze gegevens maken wij bezoekstatistieken, op basis waarvan we verbeteringen doorvoeren op onze website. Google Analytics verschaft deze geanonimiseerde data aan derden indien wettelijk verplicht, of als deze derden de data namens Google Analytics verwerken. Door gebruik te maken van deze website geeft u toestemming voor deze anonieme gegevensverwerking door Google Analytics.
Daarnaast gebruiken we functionele cookies van WordPress en WooCommerce. De cookies van WordPress zorgen ervoor dat de website beter kan worden gebruikt door bezoekers. Deze cookies zorgen er bijvoorbeeld voor dat u kunt zien of u bent ingelogd, ze houden ook bij welke individuele voorkeuren u hebt gekozen op uw profielpagina. De cookies van WooCommerce zijn van onze betaalde diensten (Vriendenabonnement, Vacaturebank, Partnernetwerk, Online agenda) en zorgen ervoor dat producten worden onthouden tijdens het aankoopproces. Elke aankoopsessie bij WooCommerce bevat een unieke code voor elke klant, zodat er kan worden achterhaald waar de productgegevens voor elke klant te vinden zijn.
Via deze cookiebalk krijgt u de mogelijkheid om de cookies te accepteren of de instellingen aan te passen. Onder 'Overige cookies' kunt u diverse cookies van externe diensten (zoals youtube, facebook, vimeo) uitzetten.
Een opt-out van Google Analytics op deze website kan via deze link.
Mocht u hierover vragen hebben, kunt u mailen naar: lezers@oneworld.nl
Op deze site gebruiken we functionele cookies van WordPress en WooCommerce. De cookies van WordPress zorgen ervoor dat de website beter kan worden gebruikt door bezoekers. Deze cookies zorgen er bijvoorbeeld voor dat u kunt zien of u bent ingelogd, ze houden ook bij welke individuele voorkeuren u hebt gekozen op uw profielpagina. De cookies van WooCommerce zijn van onze betaalde diensten (Vriendenabonnement, Vacaturebank, Partnernetwerk, Online agenda) en zorgen ervoor dat producten worden onthouden tijdens het aankoopproces. Elke aankoopsessie bij WooCommerce bevat een unieke code voor elke klant, zodat er kan worden achterhaald waar de productgegevens voor elke klant te vinden zijn. Deze cookies kunt u niet uitzetten.
In onze artikelen gebruiken wij content van diverse externe diensten. Het is mogelijk om de volgende cookies uit te schakelen. Hiermee wordt deze content niet langer getoond.
Naam cookie
Soort content
youtube_embed
Youtube player embed
vimeo_embed
Vimeo player embed
google_maps
Google maps embed
twitter_widget
Twitter social widget
soundcloud_embed
Soundcloud player embed
instagram_embed
Instagram embed
Daarnaast gebruiken we Google reCaptcha om de website te beschermen tegen bots. Ook dit kan hier uitgezet worden, maar formulieren die hiervan gebruik maken kunnen dan niet ingediend worden
