Na de elektrische auto dromen experts ook van elektrisch vliegen. De publicatie van een gloednieuwe technologie die dat mogelijk moet maken, illustreert tegelijk hoe moeilijk dat is.
is wetenschapsredacteur voor de Volkskrant. Hij schrijft over sterrenkunde, natuurkunde en ruimtevaart.
‘We gaan ervan uit dat mensen denken dat dit een totaal gestoord idee is, anders zou ik toch een beetje teleurgesteld zijn’, zegt Yet-Ming Chiang, hoogleraar aan de beroemde technische universiteit MIT in de Verenigde Staten. Alleen ideeën die zo’n soort reactie oproepen, zullen uiteindelijk immers revolutionair blijken.
Aanleiding voor die bespiegeling vormt de technologie die hij en collega’s deze week beschreven in het vakblad Joule: een nieuw soort elektrische brandstofcel voor vliegtuigen waarvan de onderzoekers hopen dat deze inderdaad een revolutie zal ontketenen.
Zet de cijfers op een rij en de wens om na de personenauto en een aantal kleine hobbyvliegtuigen ook het grootschalige vliegvervoer elektrisch te maken, klinkt direct logisch. In totaal is de CO2-uitstoot en overige klimaatimpact van de luchtvaart volgens schattingen namelijk verantwoordelijk voor zo’n 4 procent van de menselijke bijdrage aan de opwarming van de aarde, grofweg tweemaal zoveel als een land als Brazilië en iets minder dan de Europese Unie (6 procent).
Alleen wil het met tot nog toe met dat elektrisch vliegen nog niet zo vlotten. Reden is dat de beste batterijen, zoals die uit elektrische auto’s, simpelweg te zwaar zijn.
Bij vliegtuigen is elke extra kilogram die je nodig hebt er een te veel. Voor korte vluchten – tussen landen in de EU, bijvoorbeeld, of binnenlandse vluchten in de VS – hanteren kenners daarom een minimumgrens die batterijen moeten behalen: ze moeten grofweg 1.000 ‘watt-uur’ aan energie kunnen leveren per kilogram batterij.
Batterijen in een elektrische auto halen dat niet. Maak ze groot genoeg om een binnenlandse vlucht van energie te voorzien en ze zijn effectief te zwaar om nog mee te kunnen nemen. ‘Laat staan dat je er intercontinentale vluchten mee kunt uitvoeren’, zegt luchtvaartingenieur Joris Melkert van de TU Delft. ‘Dat blijft voorlopig nog wel een utopie.’
Vandaar dat experts zoeken naar alternatieven zoals het ‘totaal gestoorde’ idee van de onderzoekers van MIT. Zij stellen namelijk voor de batterij te vervangen door een brandstofcel, die elektriciteit opwekt door brandstof te verbruiken.
In dit geval is die brandstof ‘vloeibaar natriummetaal’. Iets dat goedkoop is, in groten getale op aarde beschikbaar is en je ook nog gemakkelijk kunt maken en vervoeren, aldus de onderzoekers. En het belangrijkste? Zo’n brandstofcel is een stuk efficiënter dan de lithiumbatterijen die nu gebruikt worden. Sterker nog: uit evenveel kilogram brandstofcel haal je grofweg driemaal zoveel energie als uit de beste huidige batterij.
‘Beloftevol’, oordeelt Melkert. Maar, zegt hij ook: er speelt meer mee dan alleen die kilogrammen. ‘Wat minimaal net zo belangrijk is, is hoeveel volume het inneemt.’
Melkert verwijst daarbij naar die andere beloftevolle toekomsttechnologie voor de luchtvaart: vliegen met waterstof als brandstof. ‘In waterstof zit per kilogram zelfs driemaal meer energie dan in kerosine’, zegt hij.
Maar kijk je naar volume, dan wordt het een ander verhaal. Voor diezelfde hoeveelheid energie heb je namelijk grofweg vier keer zoveel ruimte nodig. Dat is lastig: door dat grotere volume moet je het ontwerp van een vliegtuig aanpassen en kun je minder passagiers meenemen. ‘Desondanks is het op termijn, vanwege de CO2-uitstoot van vliegen op kerosine, zeker dat een deel van de luchtvaart voor een alternatief als waterstof gaat kiezen’, zegt Melkert.
Het elektrisch vliegen op een brandstofcel, zoals de onderzoekers van MIT voorstellen, schiet vooral op dat vlak nog tekort. ‘Met deze nieuwe technologie heb je nog meer volume nodig dan met waterstof’, zegt hij. En dat is een probleem als deze vorm van elektrisch vliegen zich moet ontpoppen tot een volwassen en volwaardig alternatief van kerosine en, later, waterstof.
Daar komt nog bij, zegt Melkert, dat de batterij ook gebruikmaakt van vochtige lucht in de brandstofcel. ‘Lastig, want op de hoogte van een vliegtuig is de lucht kurkdroog.’ Hetzelfde geldt bijvoorbeeld in de woestijn – even landen bij een binnenlandse vlucht in de woestijn van Arizona is dan een uitdaging. De oplossing is om ook nog eens water mee te nemen om de lucht vochtig te maken. ‘Dat begint qua gewicht dan alleen wel aan te tikken’, zegt hij.
Het illustreert het probleem waarmee wetenschappers kampen wanneer ze zoeken naar alternatieven voor kerosine: de fossiele brandstof blijkt qua verhouding van energie, gewicht en volume erg moeilijk te verslaan.
Veel zal daarom afhangen van andere ontwikkelingen in de energietransitie, denkt Melkert. ‘Bepalend is welke technologie wint aan snelheid en aan schaalgrootte door ontwikkelingen bij andere soorten vervoer’, zegt Melkert. ‘Uiteindelijk is dat bij dit soort technologie toch altijd de kernvraag: wat kun je voldoende snel opschalen en qua kosten aantrekkelijk houden?’ Het eindoordeel volgt daarom vermoedelijk niet in het lab, maar in de portemonnee.
Luister hieronder naar onze wetenschapspodcast Ondertussen in de kosmos. Kijk voor al onze podcasts op volkskrant.nl/podcasts.
Alles over wetenschap vindt u hier.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant