Op welke termijn kan synthetische kerosine een oplossing zijn voor het verduurzamen van de luchtvaart?

Hoeveel waterstof is er nodig om 1 kilo synthetische kerosine te maken?

Kerosine is een mix van zogenaamde koolwaterstoffen. Dat zijn moleculen die uit een reeks van koolstofatomen bestaan met daar waterstofatomen aan toegevoegd. Er is dus niet één kerosine-molecuul. Gemiddeld bestaan deze moleculen echter ongeveer uit 12 koolstofatomen en 26 waterstofatomen (C₁₂H₂₆) (Figuur 1). Voor elk koolstofatoom heb je dus 26 ÷ 12 = 2,17 waterstofatomen nodig. Een koolstofatoom is ongeveer 12 keer zo zwaar als een waterstofatoom. De verhouding in gewicht tussen het waterstof en de koolstof in kerosine is dus 2,17 staat tot 12. Eén kilogram kerosine bevat daarom rond de 2,17 ÷ (12 + 2,17) = 0,153 kilogram waterstof. Om 1 kg kerosine te maken heb je dus 153 gram waterstof nodig.

Figuur 1: De gemiddelde molecuul in kerosine (C₁₂H₂₆) bestaat uit 12 koolstofatomen (zwart) en 26 waterstofatomen (wit) (bron)

Voor echt duurzame synthetische kerosine gebruik je natuurlijk duurzaam gemaakte waterstof, bijvoorbeeld gemaakt door elektrolyse met behulp van duurzaam opgewekte elektriciteit. De koolstofatomen kun je uit CO₂ halen die je uit de lucht filtert, bijvoorbeeld door middel van Direct Air Capture. Dit proces kost echter veel energie die je dan natuurlijk ook weer duurzaam moet hebben opgewekt.

Hoeveel (groene) energie is nodig om deze (groene) waterstof te verkrijgen?

De energiedichtheid van waterstof is 120 Megajoule (MJ) per kilogram. Dat betekent dus dat 1 kilogram kerosine 0,153 kg * 120 MJ/kg = 18,36 MJ aan energie bevat in de vorm van waterstof. Het maken van waterstof is niet 100% efficiënt. De efficiëntie van de productie hangt af van welk proces je hiervoor gebruikt. Niet duurzame processen zoals steam reforming van methaan hebben een efficiëntie van rond de 70-75%. Voor duurzaam gemaakte waterstof ligt dat net boven de 50% [1]. Als we even voor het gemak een efficiëntie van 50% aannemen dan is er 36,7 MJ aan energie nodig om genoeg waterstof te produceren voor 1 kilogram kerosine.

In hoeverre moeten deze processen verbeterd worden om tot een realistische 'duurzame' oplossing voor de luchtvaart te komen?

Het proces om synthetische kerosine te maken is technisch bewezen. Het proces om een synthetische brandstof te maken bestaat namelijk al bijna 100 jaar. De Duitsers hebben in de Tweede Wereldoorlog het proces al gebruikt om synthetische vliegtuigbrandstof te maken met behulp van kolen. De Zuid-Afrikaanse firma Sasol doet het ook al heel lang op een behoorlijk grote schaal. Ook Shell maakt het al geruime tijd met behulp van aardgas in hun Pearl raffinaderij. De grote uitdaging wordt nu om dit te doen met een duurzame bron van koolstofatomen (bijvoorbeeld uit biomassa of CO₂ uit de lucht) en duurzaam gemaakte waterstof. Op dit vlak had Nederland in 2021 de primeur, maar daar moet bij gezegd worden dat dat maar om 500 liter kerosine ging [2]. In de loop van de tijd zal dit proces nog wel verbeterd worden, maar de belangrijkste uitdaging zit nu gewoon in de opschaling hiervan. Dit zal bepalen hoe snel dit een realistische oplossing wordt voor de luchtvaart. De belangrijkste belemmering zit nu in de kosten van de productie van duurzaam gemaakte synthetische kerosine.

Voor de vraag wanneer synthetische kerosine een oplossing is voor het verduurzamen van de luchtvaart maakt het waarschijnlijk niet zo heel veel uit in hoeverre de processen nog verbeterd zullen worden. Het antwoord is meer te vinden in hoe snel de productie opgeschaald gaat worden. Daarbij is het belangrijk te beseffen dat het hele proces om duurzame synthetische kerosine te maken veel groene energie gaat kosten. Op dit moment is er nog weinig groene energie. Dus eigenlijk gaat het niet zozeer om of je wel of geen kerosine kunt maken en ook niet zozeer of je voldoende snel kunt opschalen maar meer om de vraag wie die schaarse duurzame energie en duurzaam opgewekte waterstof mogen gebruiken. Wie krijgt er voorrang en wie gaat dat bepalen?

Dit zal onder andere af hangen van hoe snel het verplicht gaat worden om deels duurzame kerosine te gebruiken (bijmengverplichting) en hoe streng dat gecontroleerd zal worden. Zonder een verplichting zal men, vanwege de kosten, gebruik blijven maken van fossiele kerosine. Dit heeft weer te maken met de hele kleine hoeveelheid winst die luchtvaartmaatschappijen per ticket verdienen. Dit is dan weer het gevolg van de opkomst van de goedkope luchtvaartmaatschappijen. Die hebben luchtvaart toegankelijk gemaakt voor heel veel mensen omdat ze de kosten van een ticket sterk wisten te reduceren. Dit kwam onder andere doordat ze meer vluchten verkochten en minder luxe service aan de klanten leverden.

Het is hierbij belangrijk te beseffen dat luchtvaart een internationale “tak van sport” is. Aanpassingen in de regelgeving, zoals een bijmengverplichting, moet je dus op z’n minst Europees en het liefst wereldwijd regelen. Doe je dat alleen in Nederland dan creëer je een ongelijk speelveld en zullen passagiers mogelijk gaan uitwijken naar het buitenland. Inmiddels heeft de Europese Unie in het kader van het “Fit for 55” programma ook al Europese bijmengverplichtingen voor duurzame kerosine opgeschreven [3].

Praktisch gezien kunnen we verwachten dat er eind van dit decennium en in heel Europa bijmengverplichtingen zullen zijn. Dat zal dan nog voor een groot deel gerealiseerd worden met biokerosine. In de jaren ’30 zal dat steeds meer synthetische kerosine gaan worden [4].