Door de zware batterij komt een elektrisch vliegtuig niet ver

Een batterij is zo zwaar dat een vliegtuig er nauwelijks mee de lucht in komt, althans voor langere vluchten.

Elektrisch vliegen is daarom niet genoeg om de luchtvaart klimaatneutraal te krijgen.

Deel 4 van een serie over duurzaam vliegen.

Een ‘schitterende, nieuwe dageraad in de luchtvaart’ is aangebroken, het ‘elektrische tijdperk’ is begonnen met de ‘onvergetelijke eerste vlucht ter wereld’ van vliegtuig Alice. De Israëlische vliegtuigfabrikant Eviation kwam woorden tekort toen het gelukt was een toestel dat vliegt op batterijen de lucht in te krijgen. Dat gebeurde donderdag precies een maand geleden, vanaf een vliegveldje in Moses Lake, in het noordwesten van de Verenigde Staten.
Bijzonder was het zeker. De Alice is ruim 17 meter lang en 19 meter breed, groter dan ooit eerder geprobeerd is met een elektrisch vliegtuig, en moet negen passagiers kunnen vervoeren. Die zaten er tijdens de testvlucht nog niet in en het toestel bleef nauwelijks langer dan acht minuten in de lucht. Toch was het ‘baanbrekend’, een ‘mijlpaal’ zelfs, zei Eviation-topman Gregory Davis.
De gebeurtenis in Moses Lake staat niet op zichzelf. Er gaat bijna geen week voorbij of er is wel een vliegtuigfabrikant, een luchtvaartmaatschappij of een luchthaven die aankondigt iets nieuws te gaan doen op het gebied van elektrisch vliegen. Niet nu meteen, meestal, maar over vijf à tien jaar. Al met al werkt de luchtvaartindustrie aan de ontwikkeling van een kleine 25 elektrische toestellen, blijkt uit een inventarisatie van luchtvaartstrateeg Gerben Broekema.

Minder klimaatschade door luchtvaart?

Maar welke nieuwe dageraad is nu precies aangebroken? Wat valt er te verwachten van elektrisch vliegen op batterijen? En kunnen die nieuwe toestellen een bijdrage leveren aan het terugdringen van de klimaatschade door de luchtvaart?
Vooralsnog is vooral erg duidelijk wat elektrisch aangedreven vliegtuigen níet kunnen. Als die elektriciteit via een brandstofcel afkomstig is van waterstof, dan kan er meer (zij het waarschijnlijk pas over een paar decennia, en alleen als tegen die tijd genoeg waterstof beschikbaar is). Maar wat vliegtuigen op batterijen of accu’s kunnen, is heel beperkt: het is zo goed als uitgesloten dat die afstanden zullen kunnen overbruggen van meer dan een paar honderd kilometer. En zelfs die afstanden zijn nog toekomstmuziek.
“Wereldwijd wordt met name door allerlei start-ups verkondigd dat vliegen op batterijen een grote vlucht zal nemen, waarbij zelfs een vliegbereik van 1500 kilometer haalbaar is”, schreef Henri Werij, decaan van de faculteit lucht- en ruimtevaarttechniek aan de TU Delft, samen met twee andere hoogleraren in een notitie voor de Tweede Kamer. Maar geloof ze niet, was zijn boodschap. “Tenzij op batterijgebied doorbraken plaatsvinden, wat experts onwaarschijnlijk of zelfs onmogelijk achten.”

Hoeveel energie kan er in een kilo accu?

Want dat laatste is de cruciale factor: de batterij. Die is al snel te zwaar. Weliswaar is een elektromotor twee à drie keer zo efficiënt als een turbinemotor. Maar in een kilo kerosine kan vijftig keer zoveel energie worden opgeslagen als in een kilo accu. Er is dus een loodzware accu nodig voor de energie om een vliegtuig de lucht in te krijgen en te houden. Voor een vlucht van meer dan een paar honderd kilometer betekent dat: zo zwaar dat het toestel niet eens van de grond komt.
Ja, maar de batterijtechnologie ontwikkelt zich, luidt de tegenwerping uit de hoek van degenen die geloven in elektrisch vliegen. Inderdaad, krijgen zij als weerwoord van luchtvaartwetenschappers, maar dat heeft tot nu toe gemiddeld per jaar slechts 1 à 3 procent verbetering opgeleverd, dus dat schiet niet echt op.

Niet voor niets zet een maatschappij als EasyJet haar kaarten inmiddels op waterstof als methode om ooit klimaatneutraal te kunnen vliegen, en niet langer op batterijen. Toestellen met 190 tot 230 passagiers elektrisch laten vliegen door Europa, dat gaat nooit lukken, legde operationeel topman David Morgan afgelopen zomer uit in Het Parool. “Met 17 ton kerosine vliegen we van Londen naar Dubai. Met 17 ton batterijen halen we net Dover.”

Inbouwen van batterijen in bestaande vliegtuigen

Het Zweedse Heart Aerospace zegt orders binnen te hebben voor een toestel dat het in 2028 op de markt wil brengen en dat dertig passagiers over 200 kilometer kan vervoeren. De Nederlandse start-up Maeve beweert zelfs een vliegtuig te kunnen leveren voor 44 passagiers over 550 kilometer. Kan dat?

Leo Veldhuis, hoogleraar vliegtuigprestaties en voortstuwing in Delft, is geen man van al te boude beweringen. Hij heeft serieuze twijfels, maar zegt niet keihard ‘nee’. “Maar 2028 lijkt mij véél te dichtbij, dat gaat echt niet lukken. De doorlooptijd bij het ontwikkelen van een vliegtuig is sowieso al tien tot twaalf jaar.”
Fabrikanten zeggen tijd te winnen door zogeheten retrofit, het inbouwen van batterijen in bestaande vliegtuigen. Maar dat is niet zo eenvoudig als het lijkt. Want mét een batterij of accu heeft zo’n toestel heel andere gewichtsverhoudingen. “Het zogeheten operating empty weight, het gewicht van een toestel zonder passagiers en brandstof moet dan omlaag van, zeg, 50 procent van wat het weegt als het de lucht in gaat naar 40 procent”, legt Veldhuis uit. “Dat vergt een heel andere constructie, dat is echt een uitdaging.”
Als je verder wilt vliegen dan een paar honderd kilometer, dan is meer nodig dan een hogere energiedichtheid (en dus een lager gewicht) van batterijen, vervolgt Veldhuis. “Ook de aerodynamische prestaties van het vliegtuig zullen omhoog moeten, met heel slanke vleugels en een grote spanwijdte. Maar dat gaat niet goed samen met een andere vereiste, een lager constructiegewicht.”

Hybride vliegen

En hybride vliegen, op een combinatie van accu’s en kerosine als energiebron, biedt dat soelaas? Binnen de luchtvaart zijn er nogal wat mensen die beweren dat zo de klimaatschade van het vliegverkeer kan worden teruggedrongen, en Veldhuis spreekt hen niet tegen. Alleen, eenvoudig zal ook dit niet zijn.
“De vraag is: hoe breng je dat in de praktijk? Hoeveel haal je uit de batterij, hoeveel uit kerosine? Dat bepaalt hoe een vliegtuig eruit kan zien. Gebruik je die batterij bijvoorbeeld alleen als een boost bij het opstijgen en vlieg je verder op kerosine? Er is onder meer onderzoek naar vliegtuigontwerpen waarin gasturbines worden gecombineerd met elektromotoren die verdeeld zijn over het toestel. Dat heeft ook invloed op de vliegmechanica, het vlieggedrag wordt anders.”
Maar dit onderzoek is “nog lang niet uitgekristalliseerd”, vertelt Veldhuis. “Het duurt nog zeker een jaar of tien voor we een ontwerp hebben dat zich bewezen heeft, dat minder energie verbruikt en dus ook minder uitstoot veroorzaakt. En dan hangt het vervolgens ook van de hoeveelheid kerosine af die zo’n hybride model nodig heeft, hoe groot die uitstootreductie kan zijn.”

Een nieuwe markt voor de luchtvaart

Maar zover is het nog lang niet. Het enige elektrische toestel dat nu al in Nederland vliegt is de Pipistrel Velis. Die kan twee personen een uur lang in de lucht houden, met een bereik van 68 kilometer. Vertegenwoordigers van de regionale luchthavens in Eindhoven, Rotterdam, Groningen en Maastricht hebben er al mee rondgevlogen. Een proef, afgelopen zomer, met een hybride toestel van het Franse VoltAero moest tot nader order worden uitgesteld vanwege een vergunningskwestie.
De vier regionale vliegvelden geloven erin. Zij kondigden anderhalf jaar geleden lijnvluchten aan met elektrische vliegtuigen. Over een jaar of vijf moet er dagelijks gevlogen worden van bijvoorbeeld Rotterdam naar Groningen, om te beginnen met negen-zitters. En daar moet het niet bij blijven: er kan een netwerk ontstaan dat regionale vliegvelden tot ver in Europa met elkaar verbindt, over afstanden van 750 tot 1000 kilometer, zo nodig met tussenstops.
Zelfstandig luchtvaartstrateeg Broekema werkte destijds mee aan een haalbaarheidsstudie voor Power Up, zoals het initiatief van de regionale vliegvelden heet. Hij ergert zich aan alle scepsis over elektrisch vliegen. Zeker, de voorspellingen van fabrikanten blijken vaak net iets te rooskleurig, meldde hij eerder aan Trouw. “Maar een negen-zitter die van Groningen naar Brussel vliegt, moet technisch echt wel lukken rond 2030. En met een hybride toestel kun je ook grotere afstanden afleggen.”

Een nieuwe markt

De kritiek komt vooral van luchtvaartcritici en klimaatactivisten. Die zien de inspanningen op het gebied van vliegen op batterijen vooral als afleidingsmanoeuvre van de luchtvaartsector: met beloftes over elektrisch vliegen die, zeggen zij, nooit kunnen worden waargemaakt, probeert de sector ervoor te zorgen dat ze geen andere, echt ingrijpende maatregelen hoeft te nemen.
Dat is een eenzijdige kijk op de zaken, vindt Broekema. “Sceptici kijken alleen naar de bijdrage die elektrisch vliegen kan leveren aan het reduceren van de huidige luchtvaartemissies, en die is inderdaad zeer beperkt.” Maar bekijk het ook eens anders, vervolgt hij. Elektrisch vliegen vervangt geen vluchten die nu op kerosine worden uitgevoerd, want tussen al die regionale luchthavens wordt nu niet veel gevlogen. Er ontstaat een nieuwe markt voor de luchtvaart, en die komt vooral in plaats van reizen die nu per auto of per trein worden gemaakt.
“Dan wordt het een heel ander verhaal”, stelt Broekema. Reizen per trein is weliswaar vrij schoon, maar de aanleg van nieuw spoor is dat niet. “En de uitstoot van autoverkeer op kortere afstanden is groot, die van elektrisch vliegen wordt juist heel klein.”
Maar inderdaad, als het uitsluitend om de klimaatschade van de luchtvaart gaat, is het belangrijker om lange-afstandsvluchten aan te pakken. Korte vluchten (tot 500 kilometer) zorgen voor slechts 4 procent van alle CO2-uitstoot, meldde de Europese luchtverkeersleidersclub Eurocontrol vorig jaar. Vluchten van meer dan 4000 kilometer stoten daarentegen 52 procent van alle luchtvaart-CO2 uit. Zolang elektrisch vliegen alleen over korte afstanden kan, maakt dat het vliegen dus nauwelijks schoner. “Die conclusie deel ik”, zegt Broekema.

Bron: Trouw, 27 oktober 2022

In deze serie van Trouw verschenen 5 artikelen:

1. Bestaat duurzaam vliegen?
2. Milieuvriendelijke kerosine maken? Dat wordt nog een heidens karwei
3. Vliegtuigen op waterstof: ver voorbij de horizon
4. Door de zware batterij komt een elektrisch vliegtuig niet ver
5. Bomen planten om vluchten te compenseren? ‘Dat werkt misleidend’
6. Een wondermiddel voor duurzaam vliegen bestaat niet