Hoe realistisch is het idee dat de luchtvaart ooit emissieloos zal zijn?

Er zijn eigenlijk maar twee manieren waarop vliegtuigen worden voortgestuwd. De eerste is met propellermotoren en de tweede is met straalmotoren. Propellers zitten vast op een draaiende as. Hoe je die as laat draaien is voor dit verhaal niet essentieel zo lang die as maar draait, en voldoende koppel kan leveren. Dat kan met een zuigermotor, een turboprop-motor (eigenlijk een soort straalmotor) of een elektromotor.

Afbeelding door Rakicevic Nenad via Pexels

Zo’n elektromotor kun je laten draaien met behulp van accu’s. Als je dat doet heb je geen (lokale) emissies. Nu zit hem in wat dat allemaal weegt. Het gaat dan om de combinatie van de motor en de “energiedrager”. Die energiedrager is voor een verbrandingsmotor een vloeibare brandstof, bijvoorbeeld kerosine. Voor een elektromotor is dat een accu. Voor straalmotoren geldt dat ze niet met behulp van een accu een stuwstraal kunnen maken. Die laten we hier dus maar even buiten beschouwing. Daar zul je echt een brandstof voor nodig hebben en dus emissies genereren.

De gewichten van de verschillende typen motoren staat vast. Anders is dat voor de energiedragers. We moeten dan kijken naar de zogenaamde energiedichtheid. Dat is een getal dat vertelt hoeveel energie (in Joules of calorieën zo u wilt) er in een kilogram gestopt kunnen worden. Nu blijkt dat er in een kilo kerosine ongeveer 50 keer meer energie zit dan in een moderne accu.

Omdat je al dat gewicht van de grond moet optillen om te kunnen vliegen loopt dat al heel snel spaak. Je kunt nog wel voldoende energie in de vorm van accu’s meenemen om een klein vliegtuigje te laten vliegen. Voor grote passagiersvliegtuigen kun je dat echt vergeten. Je praat dan al heel snel over vele miljoenen kilo’s aan accu’s die je mee zou moeten nemen. Dat is niet realistisch.

Het sneeuwbaleffect

Dit is helaas niet alles. Er is nog een tweede effect dat meespeelt in de luchtvaart en dat is het zogenaamde “sneeuwbaleffect”. Dat werkt als volgt: Stel je vliegtuig is om de een of andere reden 1 kg zwaarder geworden. Dat kan bijvoorbeeld omdat je een zwaardere energiedrager mee wil nemen. Dan is dat niet meteen een probleem. Je moet er dan voor zorgen dat je vleugels 1 kg meer draagkracht genereren. Dat kunnen we als ingenieurs heel goed realiseren. Alleen is die draagkracht niet gratis. Daar betaal je een prijs voor in de vorm van luchtweerstand. Dus meer draagkracht betekent meer luchtweerstand. Die extra luchtweerstand moet je zien te overwinnen door motoren die meer trekkracht leveren. Dat betekent dat die motoren ietsje groter moeten zijn. Ze zullen ook meer brandstof nodig hebben. Het groter worden van de motoren en de extra brandstof betekent extra gewicht dat je zult moeten meenemen. En dan begint het spelletje weer van voor af aan: meer gewicht -> meer draagkracht -> meer luchtweerstand -> grotere motoren en meer brandstof -> meer gewicht, etc. Dit sneeuwbaleffect maakt het effect van een zwaardere accu extra groot.

Wat is dan wel mogelijk?

De conclusie is dus dat je met een klein propellervliegtuigje nog wel helemaal emissieloos kunt vliegen. Voor grote vliegtuigen is dat helaas echt een kansloze missie. Voor de grotere propellervliegtuigen, en ook straalverkeersvliegtuigen, zul je de oplossing voor verduurzaming meer moeten zoeken in duurzame brandstoffen, zoals ook besproken in een recent rapport over de haalbaarheid van het CO2-neutraal vliegen [1]. Denk dan aan biokerosine, synthetische kerosine, waterstof of het gebruik van brandstofcellen om onderweg elektriciteit op te wekken. Door slimme maatregelen te nemen, bijvoorbeeld het optimaliseren van de netwerken van luchtvaartmaatschappijen en routes door de lucht en het beprijzen van CO2, kunnen ook voor lange vluchten de emissies een beetje (~5%) worden verminderd.

Nu zou je ook nog kunnen kijken hoe ver we wel zouden kunnen komen met emissieloos vliegen. Op dit moment kun je al een volledig elektrisch vliegtuig voor twee personen kopen. Het praktisch gebruik is nu nog erg beperkt. Je kunt er minder dan 100 km mee vliegen voordat je weer moet bijladen. Stel nu eens dat we optimistisch de toekomst inkijken. Dan zul je waarschijnlijk zien dat zowel de capaciteit als het vliegbereik zullen gaan toenemen. Van twee naar vier naar zes of nog wel meer personen en van minder naar 100 km vliegbereik naar verschillende honderden kilometers. Op dat moment komen steden als Parijs, Londen, Brussel, Hamburg en Frankfurt binnen bereik.

Je zou dan ook kunnen denken aan een andere opzet van het luchtverkeer. Veel meer kleine vliegtuigjes in plaats van een grote. Om een beetje een idee te geven. Je zou dan een vlucht met een Boeing 737 of Airbus A320 met zo’n 180 personen aan boord moeten vervangen door 30 vliegtuigen met 6 personen aan boord. Technisch gezien is dat natuurlijk geen probleem. Maar dat heeft nogal wat praktische implicaties. Je zult dan veel meer vluchten krijgen. Hoewel kleinere vliegtuigen makkelijker gebruik kunnen maken van bestaande, kleinere luchthavens, zal je waarschijnlijk wel meer vliegvelden moeten aanleggen met veel meer start- en landingsbanen. Ik denk dat het niet moeilijk te voorspellen is dat de omwonenden van al die luchthavens hier niet op zitten te wachten. Een betere optie voor dit soort reisafstanden is dan toch de volledig elektrische (hogesnelheids)trein.