EC: niet CO2 – klimaateffecten vliegen dubbele van CO2 – effect (update)

Voorgeschiedenis
Het is onomstreden dat de luchtvaart een opwarmend effect op het klimaat heeft.
Zo lang men zich beperkt tot alleen maar de CO2 die vrijkomt bij de verbranding van kerosine, is dit effect recht toe, recht aan uit te rekenen en bedraagt momenteel 2,4% van het effect van alle door de mens uitgestoten CO2 .

Maar vliegtuigen vliegen op zo’n 10 km hoogte en daar is het rond de -40°C , is de lucht ijl en begint de ozonlaag, en daarom gelden daar andere klimaatmechanismes die niets met CO2 te maken hebben, maar wel met de luchtvaart.

Ook dat is op zich onomstreden, maar deze effecten waren lange tijd niet recht toe, recht aan uit te rekenen. In de volksmond gebruikt men vaak een factor 2 (de niet- CO2 – effecten zijn ongeveer even groot als de wel- CO2 – effecten), maar dat is met de erg natte vinger.
Maar er is vele jaren ijverig onderzoek verricht en dat heeft geholpen. De natte vinger is minder nat geworden, hoewel nog steeds niet droog.

Al in 2006 vroeg men namens de Europese Commissie af zich af of het Emission Trade System (ETS) aangevuld moest worden met een paragraaf die over stikstofoxides ging (NOx). Een onderzoek werd verordonneerd naar alle niet-CO2 – effecten van de luchtvaart en dat verscheen op 23 november 2020 .
Een crème de la crème-gezelschap aan onderzoekers en instellingen heeft er aan meegewerkt, vanuit Nederland bijvoorbeeld het KNMI en Jasper Faber en Lisanne van Wijngaarden van CE Delft, maar ook bijvoorbeeld David S. Lee van de (op dit gebied toonaangevende) Universiteit van Manchester.
Het is een meta-studie: een studie die bouwt op eerder verzamelde kennis van vele wetenschappers binnen en buiten de studiegroep.

Het is interessant om te zien hoe de wetenschap gevorderd is door twee exemplaren van dezelfde staat (van David Lee) te plaatsen, de ene uit 2009 en de andere uit 2020. De uitleg volgt verderop.

NIET-CO2 effecten op kruishoogte (Lee et al., 2009)
NIET-CO2 effecten op kruishoogte (Lee et al., 2020, tbv Europese Commissie)

De uitkomsten
Eerst de volksmond bedienen: die moet nu een factor 3 gaan gebruiken: de niet- CO2 – effecten zijn ongeveer het dubbele van de wel- CO2 – effecten, en versterken deze.

Daarbij horen echter een heleboel mitsen en maren, waarvoor verwezen wordt naar bovenstaande afbeelding dd 2020.
In deze afbeelding staat rood voor opwarmend en blauw voor afkoelend.

De oorspronkelijke vraag ‘wat doen stikstofoxides (NOx) met het klimaat op 10km hoogte?’ blijkt zeer complex. Men kan de atmosfeer sowieso het beste zien als een soort soep waarin zich een groot aantal, vaak ingewikkelde, chemische reacties afspelen.
NOx is niet in zichzelf een broeikasgas. Maar het is een mengsel van reactieve gassen die op 10km hoogte een uitwerking hebben op andere gassen, die wel broeikasgassen zijn, met name methaan (CH4) en ozon (O3 , ozon via twee tegengestelde mechanismes).
De som van de indirect door NOx bewerkte plussen en de minnen is in  de huidige atmosferische omstandigheden opwarmend (de net-NOx term, de ene grote term). Maar als de atmosfeer ooit schoner zou worden en minder methaan en andere koolwaterstoffen en minder koolmonoxide (CO) zou bevatten, zou de uitwerking van stikstofoxides ook afkoelend kunnen worden.
Men moet dus voorzichtig zijn met maatregelen, die gebaseerd zijn op NOx , zoals een heffing in het ETS.
In de studie blijft overigens onduidelijk wat dan het effect op de ozonlaag zelf is.

Het andere grote niet-CO2 – effect betreft wat heet ‘contrail cirrus in high-humidity regions’.
Contrails zijn de strepen die je ziet achter vliegtuigmotoren. Ze gaan cirrus heten als ze verwaaien.
Bij contrails en cirrus gaat het dus om water dat uit de motoren komt.
Daarnaast kan er ook van nature water aanwezig zijn op grote hoogte (dat er dus ook zou zijn als er geen vliegtuigen waren). De zichtbare effecten daarvan heten ‘cloud’.

Fossiele kerosine veroorzaakt bij verbranding waterdamp en CO2 , maar ook (omdat de verbranding nooit volledig is en de kerosine niet zuiver) roet (‘soot’), zwaveloxide (SO2 ), en halfverbrande producten . Deze fijnverdeelde deeltjes heten aerosolen.
De deeltjes reageren door (SO2 bijvoorbeeld tot sulfaten), klonteren, plakken aan elkaar vast en er treedt dus weer een soep aan reacties op.

Afbeelding uit Lee, 2009, Atmospheric Environment, Aviation and Global Climate Change in the 21st century

Roet heeft een direct opwarmend effect (want zwart) en sulfaten een direct koelend effect (want wit), maar beide directe effecten zijn klein.
Roet heeft ook een indirect effect. De waterdamp wil in de heersende omstandigheden zo snel mogelijk kristalliseren tot ijs en kiest daarvoor het liefste kernen om op neer te slaan. Roet is een goede kristallisatiekern. Zonder roet krijg je weinig ijskorreltjes, en die zijn groot (en vallen dus snel naar beneden), met roet krijg je veel ijskorreltjes die klein zijn en lang blijven hangen. Dus meer roet, meer contrails en meer cirrus.
Cirrus werkt overdag onduidelijk (kaatst zowel straling omhoog als straling omlaag terug), maar werkt ’s nachts verwarmend (dan is er geen neerkomende strlaing en werkt cirrus als een hoge deken). Het netto effect van cirrus is sterk opwarmend.

De grote onbekende in het verhaal is nog het effect van aerosolen op van nature aanwezige wolken. Daar zijn grote plus- en min-termen denkbaar, maar men weet het nog niet. David Lee heeft het in zijn 2020-plaatje open gelaten.

Zes uitwerkrichtingen (EC, 2020)

Maatregelen
Alles overwegende komt de studie tot zes mogelijke richtingen voor maatregelen (zie tabel).

De eerste twee komen neer op een heffing op de tijdens een vlucht geproduceerde NOx , de ene via de internationale juridische route (ICAO) en de andere via de Europese route (ETS).
Dit zou juridisch in theorie kunnen, maar is technisch lastig te berekenen, kampt met het eerder genoemde probleem dat NOx niet er definitie opwarmend werkt, en dat maatregelen die de NOx  omlaag brengen, vaak de CO2 omhoog brengen (heeft te maken met de constructie en afstelling van de motor).

De derde en vierde maatregel zijn aan elkaar verwant.
Aromatische verbindingen bestaan uit benzeen en daarvan afgeleide verbindingen. Bij de verbranding van benzeen en daarvan afgeleide verbindingen ontstaat onevenredig veel roet en minder roet is beter. Hiervoor bestaat een logische moleculaire verklaring en bovendien is dit, zowel op de grond als op 10km hoogte, experimenteel vastgesteld.
Het aromatenpercentage mag bij hedendaagse brandstof om technische redenen tot 8% dalen, maar zit als regel bij fossiele kerosine een stuk hoger (tot 25%).
De derde maatregel komt erop neer dat fossiele kerosine wordt nabewerkt met waterstof bij hoge  temperatuur en druk, waardoor ongewenste bestanddelen kapot gereduceerd worden. Bij de vierde maatregel maakt men biokerosine of Power to Liquid-kerosine, die vanzelf al aromaat-arm en meestal -vrij zijn, en die bovendien ook weinig of geen zwavel bevatten. Overigens is voor die fabricage meestal ook waterstof nodig.
In beide gevallen kan de zuivere brandstof probleemloos gemengd worden met fossiele brandstof, en dat zou dan verplicht gesteld moeten worden.
Beide maatregelen kunnen op relatief korte termijn worden uitgevoerd: de derde vanaf een termijn van vijf jaar of meer, de vierde zou ene trject vragen van 2 tot 8 jaar (vooral een organisatorisch en financieel probleem).
Beide maatregelen pakken voor de luchtkwaliteit van omwonenden op de grond ook gunstig uit.

Diagram bij het Schmidt-Appleman criterium uit 1940 over het ontstaan van contrails

De vijfde maatregel is in de zin van Air Traffic Management.
Contrails vormen zich alleen in specifieke omstandigheden. Bovenstaand diagram is het Schmidt-Appleman criterium uit 1940 , uiteraard vanwege de zichtbaarheid van militaire vliegtuigen. Zie www.bjmgerard.nl/?p=12449 .
Nieuwe inzichten suggereren (nog niet met hard bewijs) dat die gebieden betrekkelijk zeldzaam zijn, maar dat die wel verantwoordelijk zijn voor  een onevenredig groot aantal contrails. Die gebieden zijn tientallen tot honderden km breed zijn en honderden meters dik. Met andere woorden, vliegtuigen zouden er om heen kunnen vliegen, of overheen of onderdoor, min of meer zoals ze dat nu bij een onweersbuiencomplex ook doen.
Uiteraard kost dat meer brandstof en de vraag is of het op drukke routes mogeljk is.

De zesde maatregel is conceptueel simpel: gewoon geld. Als dat de externe kosten van de luchtvaart weerspiegelt, is het een heffing en geen belasting.

De Luchtvaartnota 2020 – 2050
Het kabinet noemt in de Luchtvaartnota 2020 – 2050 (blz 68-69) de niet-CO2-klimaatemissies, maar doet er niets mee. Men vindt dat ‘er over het ontstaan, het gedrag, en het klimaateffect van deze emissies wetenschappelijk nog veel onzekerheid is’ en dat ‘die emissies op termijn kunnen worden meegewogen in het klimaatbeleid voor de luchtvaart’. Een omrekenfactor zou niet mogelijk zijn. Maar de Rijksoverheid blijft zoeken.

Verder noemt de Luchtvaartnota een analyse van de niet-CO2-klimaateffecten  van de Europese Commissie die in 2020 uitkomt. Dat is dus precies de studie die in dit artikel besproken is. Die wel redelijke zekerheid geeft (op zijn minst genoeg voor het voorzorgbeginsel). Die wel een vermenigvuldigingsfactor noemt (namelijk 3), en die maatregelen voorstelt.

Die alleen de minister niet zo goed uitkomen. Geheel in lijn met de rest van de Luchtvaartnota 2020 – 2050 wordt alles wat de onbelemmerde groei van de luchtvaart blokkeert, in vage bewoordingen en met onduidelijke beloftes naar een onbepaalde toekomst geschoven.

De Luchtvaartnota deugt niet. De woorden zijn mooi en de praktijk is wazig.

Moleculaire mechanismen voor het ontstaan van roet uit aromatische verbindingen (Starik, 2008)

Update dd 03 december 2020

Naar aanleiding van het bovengenoemde onderzoek hebben 33 NGO’s (Niet-Gouvernementele Organisaties) een brief gestuurd naar de Europese Commisie, Parlement en Raad gestuurd. De sleutelpassage is “Now that air traffic’s non-CO2 impacts are officially acknowledged, immediate political action must follow to mitigate aviation’s total climate impact as soon as possible. The most effective way to do so is to ensure air travel is reduced and does not return to pre-COVID levels.”
Verder wijst de brief erop dat 1% van de wereldbevolking goed is voor 50% van de vliegtuigemissies.

De Werkgroep Toekomst Luchtvaart (WTL) en het Landelijk BurgerBeraad Luchtvaart (LBBL) , waarbij BVM2 aangesloten is, hebben de brief doorgestuurd naar de minister en de Tweede Kamer.

De tekst is hieronder te vinden:

Studie VS defensie: in optimale omstandigheden word je in een vliegtuig niet door aerosolen besmet met COVID-19 (maar…)

CNN besteedde op 16 oktober 2020 veel aandacht aan een studie van het Amerikaanse ministerie van Defensie, dat ventilatiesystemen van vliegtuigen efficiënt aerosolen afvangen, en dat daarmee de kans op besmetting door het Coronavirus gering is als dat virus in die aerosolen zit.

David Silcott, left, chief executive of S3i, goes over an airflow particle test for Navy Vice Adm. Dee Mewbourne, right, deputy commander, U.S. Transportation Command, on board a United Airlines 767 aircraft at Dulles International Airport, Va., Aug. 28, 2020. (DoD/ Stephenie Wade)

Ze hebben daartoe een Boeing 777-200 en 767-300 vliegtuigen vol sensoren gepropt en één namaak-hoestende pop die aerosolen verspreidde, en een rits poppen met en zonder mondkapje die andere passagiers moesten voorstellen. Die aerosoldruppeltjes fluoresceerden en zo konden ze door de sensoren gevolgd worden. Inderdaad werden die druppeltjes snel afgevangen.

Een rechtstreeks bronartikel  dd 04 sept 2020 (na de proef en vóór de publicatie) is te vinden op https://www.defense.gov/Explore/Features/Story/Article/2334105/transcom-aims-to-reduce-covid-19-exposure-on-aircraft/ . Een officiele publicatie dd 15 oktober 2020 over het onderzoek is te vinden op www.ustranscom.mil/cmd/panewsreader.cfm?ID=C0EC1D60-CB57-C6ED-90DEDA305CE7459D  . De data zelf van het onderzoek waren toen nog niet gepubliceerd. Het was dus zoiets als een ‘sneak preview’ en dat betekent als vanzelf dat de officiele resultaten nog niet peer reviewed gepubliceerd zijn (door vakgenoten beoordeeld).

Uiteraard is de vliegwereld blij.

De studie maakt echter een aantal belangrijke kanttekeningen die voor de waardering van het resultaat van belang zijn.

  • Dat het vliegtuig een HEPAfilter moet hebben en een hoog ventilatievoud (elke paar minuten wordt alle lucht vervangen)
  • Er was één geïnfecteerde quasi-passagier. Die kon op verschillende plaatsen gezet worden
  • De passagiers zaten stil, hielden hun mond en bleven op hun plaats
  • De bewering beperkt zich tot druppeltjes die al in de aerosolvorm zijn en die dus per definitie dezelfde snelheid hebben als de omringende lucht. Grotere druppels die als kleine kogels door de lucht vliegen worden niet meegenomen in de proef (liever gezegd, pas als ze door de wrijving aerosol zijn geworden).
    Overigens blijkt uit een recent onderzoek dat veruit de meeste besmette mensen niet via de aerosolroute besmet zijn ( zie www.nrc.nl/nieuws/2020/10/20/supershedder-kan-coronavirus-verspreiden-via-aerosol-a4016681 ). Het HEPA-filter beschermt dus tegen een bijzaak.
  • Besmette oppervlakten zijn niet in rekening gebracht
  • Het effect van de toiletten is niet onderzocht, een van de risicofactoren
  • Het risico is klein, maar niet nul “For both the 777 and 767 airframes, the calculations show about 54 flight hours are required for cumulative inhalation of an assumed infectious dose.” (aldus Transcom). De langste vlucht op dit moment gaat van Singapore naar Newark en duurt 18 uur.

CNN heeft een kritische bespreking aan het onderzoek gewijd op https://edition.cnn.com/travel/article/airplanes-ventilation-study-covid-19/index.html .
Voor wie de tekst liever aangereikt krijgt, zie

This visualization from Purdue University shows how tiny invisible droplets from a single cough can flow through the cabin of a Boeing 767 passenger jet. The model is based on the assumption that the 2003 SARS virus was airborne. (Qingyan Chen/Purdue University School of Mechanical Engineering)

Proefdraaien straalmotoren kan mogelijk stiller

Van Maastrichtse contacten binnen onze landelijke vliegveldkoepel LBBL kwam de vraag binnen of het proefdraaien van straalmotoren stiller kon als men bij het proefdraaien onder druk water in de uitlaatgassen spuit. Zij beweerden dat dat bij een F16 kon en leverden een foto bij.

Waterinspuiting in een proefdraaiende F16

Nu heeft Maastricht Aachen Airport (MAA) (zoals het met de nodige grootspraak heet) geen F16’s, maar wel een firma Samco die civiele motoren van Airbussen en Boeing 737’s wil laten proefdraaien. Dat vraagt om een nieuwe vergunning, want tot nu toe mag Samco alleen turboprops testen en geen turbofans (het type dat in straalverkeersvliegtuigen zit en trouwens ook in F16’s). Vanwege de nieuwe vergunning dus de vraag of die waterinjectie niet ook op de Airbusmotoren (enzovoort) kon. Nee, dat kon niet, zei Samco.
Daar moeten de omwonenden rond MAA maar eens goed over door sakkeren.

De vraag is ook voor Eindhoven interessant, waar veel meer gevlogen wordt dan op MAA en waar bovendien ook af en toe F16’s langs komen. En waar dus ook regelmatig wordt proefgedraaid.

Defensie zelf heeft een Youtubefilmpje uitgebracht op https://www.youtube.com/watch?v=J1GXdMFoGII , gemaakt op vliegbasis Leeuwarden. Daarin zegt Defensie zelf dat het met een F16 zou moeten kunnen, en dat het een paar dB zou moeten schelen. Onderstaande foto komt uit dat filmpje.

F16-uitlaat met installatie om water in te spuiten

De installatie is verplaatsbaar, ziet er niet erg high tech uit en evenmin buitensporig duur, en lijkt met niet al te veel moeite op maat te maken zijn ook voor andere straalmotoren dan van een F16. Met andere woorden:

  • Defensie moet maar eens verslag doen van de proef
  • Defensie wordt vriendelijk uitgenodigd de constructie ook op vliegbasis Eindhoven neer te zetten, als hij werkt. Overigens schijnt de nieuwe proefdraaiplaats nog niet gebruikt te worden
  • misschien is er een versie te vervaardigen voor de nieuwe tankvliegtuigen

Overigens spoot men vroeger, in de beginjaren van de straalmotor, ook wel water in in de motor van vliegende vliegtuigen. Eventjes, waar hoog vermogen nodig was zoals bij de start, want je kunt uiteraard geen complete tanks met water meenemen. De straalstroom gaat iets langzamer maar krijgt meer massa, en de turbinebladen worden even gekoeld (de bottleneck van straalmotoren).
De turbines zijn verbeterd en daarom is de techniek bij vliegende vliegtuigen in onbruik geraakt.
Bij opstellingen op de grond (zoals bij het proefdraaien) speelt het gewichtsargument geen rol.

Er is wetenschappelijk onderzoek gedaan naar waterinspuiting in de motor zelf (dus niet in de uitlaat), ook om andere doelen dan prestatieverbetering.
Het ene doel was geluidsreductie. Dat levert wel wat reductie op, maar bij turbofanmotoren niet schokkend.

Het andere doel was reductie van de hoeveelheid stikstofoxiden. De gedachte is dat waterinjectie de turbinebladen koelt, maar ook de vlam. Bij een lagere verbrandingstemperatuur krijg je inderdaad flink minder stikstofoxiden, maar ook veel meer on- en halfverbrande brandstof, en dat geeft spectaculaire strepen achter de motoren. Hieronder een KC-135 tankvliegtuig van Boeing, dat een ‘natte’ start maakt.

KC-135 tijdens een ‘natte’ start.

TNO-onderzoek naar e-fuels, technisch en politiek besproken

Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO) en de partners in het onderzoek
TNO is opgericht voor wat de naam zegt. Het is een publiekrechtelijke organisatie met een onafhankelijke positie, die zich doelgericht bezig houdt met innovaties, onderzoeken en data die direct kunnen worden toegepast door bedrijven en overheden.

Onlangs heeft TNO een rapport uitgebracht over synthetische brandstoffen op basis van waterstof en elektrische energie (e-fuels). Partners waren o.a. de havens van Amsterdam en Rotterdam, het Maritiem Kennis Centrum, het Lucht- en Ruimtevaart Laboratorium (NLR), de bedrijvenkoepel Deltalinqs in de Rotterdamse haven, de biogas upgrading specialist DMT, het Expertise en Innovatie Centrum Binnenvaart EICB, SmartPort (het wetenschappelijk bureau van de Rotterdamse haven, ENVIU (een adviesbureau op het gebied van maatschappelijk verantwoord ondernemen) en de VIV, een soort brancheorganisatie voor ‘niet voor de weg bestemde mobiele machines’.
Het onderzoek is te vinden op www.tno.nl/nl/over-tno/nieuws/2020/9/e-fuels-cruciaal-voor-verduurzaming-zwaar-transport/ .

Het onderwerp is van belang voor het koolstofvrij maken van het transport. Tot nu toe komt daar weinig van terecht. Nog sterker, de lozingen groeien.
Zoals TNO zegt, kan men streven naar minder CO2 – lozing in het transport door

  • per persoon minder te verplaatsen
  • per kilometer verplaatsing minder brandstof te gebruiken (efficiëntere machines)
  • per eenheid van brandstof minder koolstof in de lucht te brengen (liefst geen)

Het onderzoek van TNO gaat over het laatste. Het analyseert, en geeft een overzicht, van wat er kan en schetst de contouren voor een politiek-economisch programma om het zover te brengen. Dat laatste is een gigaprogramma, maar het past niet in de context van deze website. Ik beperk me tot het overzicht.

Behalve vanwege het rechtstreekse belang van de kwestie zelf, heb ik interesse in het onderwerp omdat ik aan de Open Universiteit afgestudeerd ben (met een groep) op een literatuurstudie over synthetische kerosine. De TNO-studie gaat over alle brandstoffen en niet alleen over kerosine, maar die andere brandstoffen interesseren me ook wel. En er is wel verschil tussen diesel en kerosine (al dan niet e-), maar dat is niet heel groot. Zie Bachelor Milieukunde aan de Open Universiteit gehaald .

Afpellen van wat er kan
Het makkelijkste is om de mogelijkheden, zoals TNO die ziet, stap voor stap af te pellen.

Het onderzoek gaat niet over batterijen, maar volledigheidshalve worden die even genoemd. Batterijen zijn goed voor licht verkeer en de korte afstand.

Wat als doel overblijft is zwaar vrachtverkeer voor de korte en de lange afstand, scheepvaart (binnenvaart en korte en lange afstand-scheepvaart, en luchtvaart.
Wat als middel overblijft is waterstof als puur element in een brandstofcel, waterstof in verbindingen met koolstof in een verbrandingsmotor en waterstof in verbinding met stikstof (en wel ammoniak, NH3 ), ook in een verbrandingsmotor. Lees hierna voor alle stofnamen de aanduiding “e-“ voor.
Het wordt nu een beetje heen en weer springen tussen doel en middel.

Pure waterstof (cryogeen of onder 700Bar, dus in gespecialiseerde en zware tanks) moet erg vaak getankt worden. Dit is echt zero emission en dat is vooral van belang in stedelijk gebied. Het is een nichebrandstof voor de korte afstanden, bijvoorbeeld distributietrucks in de stad of veerboten  en sleepboten in de haven.

Ammoniak op de weg is link. Het moet worden samengeperst en/of afgekoeld, maar een stuk minder dan waterstof. Het is erg giftig en men moet er niet aan denken dat een tank gaat lekken in een tunnel. Daarom is ammoniak eventueel een mogelijkheid voor de grote scheepvaart, vooral aantrekkelijk bij een hoge koolstofprijs.

Vliegtuigen slikken maar één ding, en dat is synthetische kerosine die even goed is (of zelf iets beter) als fossiele, en die dus in dezelfde straalmotor kan. Gemakshalve kan men het beste hierna kerosine (al dan niet synthetisch) opvatten als diesel met wat nabewerking.

Blijven over de verbindingen van waterstof, gekoppeld aan koolstof: methaan (een gas dat gekoeld en gecomprimeerd wordt tot LNG); methanol en diesel (beide vloeistof bij normale druk en temperatuur).

LNG is geen LPG. In beide gevallen staat de L voor Liquid en de G voor Gas, maar de koolstofketen in LNG is 1 C-atoom lang (het is aardgas), en in LPG een mengsel van 3 en 4 C-atomen (propaan en butaan). Daardoor is LPG minder vluchtig en handiger in de dagelijkse praktijk, vooral bij personenauto’s.
Het gebruik van LNG is bekend bij nieuwe vrachtauto’s en schepen en vraagt weinig of geen motoraanpassingen. Een aardige informatiebron is https://info.iveco.nl/blog/vrachtvervoer-lng-transport-heavy .

Met e-diesel kun je precies hetzelfde als met fossiele diesel (hij verbrandt alleen schoner).

Op zuivere bijgemengde methanol kan een auto rijden, maar dat vraagt om de oplossing van nogal wat aandachtspunten. Broertje ethanol (met twee C-atomen in plaats van één) werk handiger.
Methanol kan, naar men zegt, op termijn wel een goede brandstof voor de scheepvaart worden.

Natuurkunde en scheikunde
Voor alle genoemde e-fuels moet eerst waterstof gemaakt worden, en wil dat duurzaam zijn, dan moet dat door elektrolyse van water met duurzaam opgewekte stroom. Het concept is eenvoudig, maar de uitvoering op grote schaal is een klus. TNO rekent met een z.g. PEM-electrolyser die 64% rendement moet kunnen halen.

Als men met die waterstof ammoniak wil maken, moet die als tweede stap reageren met stikstof uit de lucht (Haber-Bosch, rendement 70%).

Als men koolstofhoudende verbindingen wil maken, moet men als tweede stap CO2 uit de lucht halen of CO en CO2 uit schoorsteengassen (van bijvoorbeeld Tata Steel). Uit de schoorsteen is puristisch minder mooi, maar wel makkelijker.
Vervolgens moet die CO en/of  CO2 in een of meer vervolgreacties met de waterstof reageren tot het gewenste product. Ik zal daar verder niet uitgebreid op ingaan.

Sabatier-reactie voor vorming van methaan uit CO2

Daarna komen er nog allerlei werkzaamheden als comprimeren, verplaatsen en afleveren.

Behalve de hier behandelde synthetische brandstoffen zijn er ook andere mogelijk. Het geheel wordt vaak weergegeven in een diagram met horizontaal de energie (MJ) per liter , en vertikaal de energie (MJ) per kilo. Links is alleen de brandstof, midden is de brandstof inclusief het gewicht van de tank  en rechts de brandstof inclusief het gewicht van de tank en ook de onpraktische vorm van gespecialiseerde tanks.

Voor vliegtuigen kan het niets lijden en daarom alleen gewone tanks met per kg en liter maximale energie, dus kerosine.
Boten zijn groot en drijven, dus kan het wat meer lijden en komt bijvoorbeeld methanol en LNG (= Methane cryogenic) in beeld. Enzovoort.

Maatschappelijke effecten

  • Het vreet stroom.
    Vanwege de rendementen ver onder de 100%, en omdat er meerdere rendementen achter elkaar staan, kost de wederopbouw van een molecuul als methanol veel meer energie dan het verbranden ervan ooit opleverde.
    Bij Business As Usual (TNO doet niet aan eigen scenario’s) zou het verbruik in de doelcategorie zwaar vrachtverkeer, boten en vliegtuigen uitkomen op 960PJ (waarvan het verbruik voor vliegtuigen en grensoverschrijdende scheepvaart buiten het nationale energiebudget staat. In 2019 tankte de luchtvaart 168PJ en de grensoverschrijdende scheepvaart 465PJ.).
    Om in het jaar 2050 960PJ energie in brandstof om te draaien , moet men in dat jaar ruim 2000PJ elektrische energie toevoeren (het rendement is dus minder dan 48%). De brandstof is dan in de vorm van methanol.

Ter vergelijking: het totale Nederlandse elektriciteitsbudget in 2019 bedroeg 436PJ .

  • Het vreet ruimte.
    Genoemde 960PJ methanol zou, op basis van CO2direct uit de lucht, ongeveer 600 hectare vragen, 60% van de Tweede Maasvlakte (die op zich overigens een logische plaats zou zijn). Diesel en LNG zouden met wat minder ruimte toe kunnen.
  • Het wordt duurder. Bovenstaand plaatje geeft de kostprijs voor verschillende doelen en middelen. De kosten zijn inclusief bijkomende kosten als de distributie en houden rekening met het rendement van het aandrijfsysteem en aanpassing van het voertuig.
    Aangenomen wordt dat elektriciteit 3,0 cent/kWh kost; dat de CO2 belasting aan de e-fuel wordt toegerekend; en dat de reguliere productiekosten van de CO2 en de koolstofbelasting (bijvoorbeeld het ETS) samen €40 per ton kosten. Deze kengetallen lijken overigens veel op de huidige situatie.
    Gewone mensen zijn gewend om in €/liter af te rekenen en niet in €/GJ. Als je die omrekening voor diesel en voor vrachtauto’s uitvoert, kom je op ongeveer €1,08/liter. Kostprijs, exclusief belasting en winstmarge.

Bij 5,0 cent/kWh en €200/ton CO2 wordt de kostprijs van diesel ongeveer anderhalf keer zo hoog.

Je krijgt overigens interessante juridische en economische discussies over hoe het precies moet met die CO2-heffing.

  • Scheepvaart en luchtvaart worden schoner. Synthetische brandstoffen zijn zwavelvrij en roet-arm (bij ammoniak zelfs roetvrij).
    Bij auto’s is die winst er niet, omdat er al een nabehandeling is op de uitlaatgassen. Wel slibt het roetfilter minder snel dicht.
  • Het is volstrekt onhelder hoe Nederland in 2050 aan 2000PJ duurzame stroom moet komen, en hoe dat past binnen de vele andere functies die ook, direct of indirect, geëlektrificeerd moeten worden – om er maar eens een paar te noemen datacenters en Tata Steel  en andere sectoren in de chemische industrie.
    TNO rept in de kleine lettertjes voorzichtig twee maal van import van stroom, waterstof of e-fuel, maar dat wordt niet uitgewerkt. Op zich is dat een logische gedachte, want de huidige brandstof wordt ook geheel ingevoerd. Energie-autarkie voor Nederland is een illusie. Maar bovenstaande road map is toch echt voor Nederland, staat er bij, en niet voor Spanje of Marokko – om maar eens twee mogelijke importlanden van duurzame stroom te noemen. Vooralsnog lijkt het nog meer op een road map voor een luchtkasteel.

    Ten overvloede valt het grootste deel van de onderzochte sector niet eens onder het nationale energiebudget. Het zware vrachtverkeer wel, maar de scheepvaart- en vliegtuigbunkers zijn extraterritoriaal gedefinieerd. Nu ontstaat de figuur dat Nederland geen belasting mag heffen op de bunkers vanwege de extraterritorialiteit, maar dat Nederland wel een verduurzamingssysteem zou moeten optuigen dat concurreert met andere nationale doelen. Ik zie dat als een wezenlijke politieke structuurfout.

Bij TNO werken techneuten en dat kun je ze niet kwalijk nemen. Technisch gezien is dit best wel een aardig rapport. Maar het vraagt om een fundamenteel andere politieke onderbouwing.

Misschien moet dit land beginnen met de eerste aanbeveling van TNO: per persoon minder verplaatsen – minder vliegen bijvoorbeeld.

  • TNO toont en passant aan dat het SER-advies, zoals ik zei, veel te optimistisch is. (voor een bespreking daarvan zie www.bjmgerard.nl/?p=13163 ). Dat zijn SER-adviezen trouwens altijd – ik heb nog nooit een SER-afspraak op energiegebied gezien die zelfs maar in de verte op tijd zijn doel haalde.
    Het SER-advies meent dat je tegen 2030 al weer kunt stoppen met biokerosine omdat er dan een commercieel werkende e-fuel techniek is. Ik geloofde er toen geen moer en met de road map van TNO erbij nog minder.
Noor III Solar Tower of the Ouarzazate Power Station at dusk – Marc Lacoste Own work – Wikipedia. Als er import komt, is het waarschijnlijk uit dit type inrichtingen. Deze is in Marokko.

Biokerosine en groen gas uit rioolwater, mest en ander afval

De SciAm over de NREL
De Scientific American Online van 27 juli 2020 had een kort verhaal over research bij het Department of Energy, National Renewable Energy Laboratory (NREL), waar men biokerosine kon maken uit rioolwater, mest en ander dierlijk afval, en voedselresten.
Het triggerde mij omdat ik (met een groep) op het onderwerp synthetische kerosine ben afgestudeerd, en ik daarbinnen verantwoordelijk was voor het deelonderwerp biokerosine. Zie www.bjmgerard.nl/?p=8829

Dit soort onderzoek gebeurt op veel plaatsen in veel vormen. Het op de SciAm gebaseerde verhaal moet gezien worden als een voorbeeld dat specifiek geldig is voor de VS.

Bij de NREL ligt geen hapklare publicatie klaar over dit specifieke onderwerp uit 2020. Waarschijnlijk heeft de journalist een bezoek gebracht en gespreksinformatie gepubliceerd.

In dit type biomassakwesties spelen vaak meerdere strategische lijnen door elkaar heen. Defensie wil minder van buitenlandse olie afhankelijk zijn, gemeentelijke en andere autoriteiten en bedrijven willen van hun afval af en (in dit geval) vliegtuigmaatschappijen willen minder klimaatbelastende kerosine.

De SciAm-journalist (John Fialka) stelde dat de op deze wijze geproduceerde biokerosine 50% CO2 zou besparen. Dat getal is niet onderbouwd, maar het ligt, gezien de context, in een aannemelijke range. Bovendien resulteren zuurstofloze afbraakprocessen in onbewerkt organisch afval vaak in methaanontwikkeling, ook een krachtig broeikasgas. Een goedgeorganiseerde afvalverwerking kan de methaanontwikkeling verminderen.

Waste to Energy biofuel production potential for selected feedstocks in de US
Om de algemene beweringen van de SciAm wat in te kleuren, ben ik op zoek gegaan naar een geschikt artikel. Dat werd “Waste-to-Energy biofuel production potential for selected feedstocks in the conterminous United States” waar o.a. Anelia R. Milbrandt aan meegewerkt heeft, die het het NREL werkt. Het artikel is Open Access en te vinden op https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117313631 .

Het klimaat speelt in deze publicatie geen rol. Geen cijfers over bespaarde CO2 of methaan, en hoeveel waterstof er nodig was voor de beschreven productie.

Het legt zichzelf de gebruikelijke hierarchieën op in de omgang met afval en brengt daarna de regionale beschikbaarheid in kaart van diverse soorten organisch afval, die hier niet interessant is. Wel de uiteindelijke uitkomst, uitgedrukt in hoeveel % elke afvalsoort afzonderlijk, en alle samen, zouden hebben kunnen leveren van de kerosinevraag in 2016 in de VS (zonder Alaska en Hawai).

Bij elkaar zou men er in principe bijna een kwart van de vraag naar in de VS geleverde vliegtuigkerosine mee kunnen voldoen.
“In principe” omdat het artikel geen economische analyses brengt, en omdat je met sommige soorten afval ook bijvoorbeeld gas kunt maken.

In Europa en in Nederland
Ook in Nederland en Europa voorbeelden van zinvol gebruik van organisch afval.Onderstaand verhaal bestaat uit, kort beschreven, voorbeelden en is zeker niet volledig.

In de RED II – richtlijn van de EU vallen brandstoffen uit deze grondstoffen over de Advanced Fuels, zoals benoemd in Annex  IX A en B. Die tellen voor het duurzame brandstofverbruik dubbel mee.

Sky NRG wil in Delfzijl een fabriek bouwen met de categorie Used Cooking Oil and Animal Fat (UCOAF) als vertrekpunt, dus wat hierboven FOG is.
Neste Oil (met een raffinaderij in Rotterdam) zegt in zijn Sustianability Report 2019 dat het 80% van de grondstoffen uit ‘wastes and residues’ betrekt. Niet meteen duidelijk is wat er in die 20% zit – Neste Oil gebruikt in elk geval, naar eigen zeggen, gecertificeerde palmolie. Waarschijnlijk voor biodiesel – de productie voor de KLM is gebaseerd op UCOAF.

Ook rioolwaterzuiveringen in Nederland (RWZI) doen interessante dingen. Op www.atlasnatuurlijkkapitaal.nl/praktijkvoorbeelden/rwzi valt te lezen over groen gas-productie en groene chemie op bepaalde grondstoffen.
De RWZI van Tilburg bijvoorbeeld heeft zichzelf omgedoopt tot “De Energiefabriek” (zie www.efgf.nl/projecten/energiefabriek-tilburg ). Het rioolslib wordt onder hoge druk en temperatuur voorbewerkt in een CAMBI-installatie (harde celwanden kapot), waarna het beter vergist kan worden. De installatie bedruipt zichzelf energetisch en exporteert zelfs groen gas naar het net. Bovendien wordt fosfaat teruggewonnen.

De CAMBI-installatie van de RWZI van Tilburg

De STOWA (het wetenschappelijk bureau van de waterschappen) experimenteert met superkritische vergassing. Dat levert een hoop waterstof en methaan. Zie www.bjmgerard.nl/?p=7771 .
In theorie zou men van het groene gas biokerosine kunnen maken, maar in deze hoeveelheden loont dat niet.

Ook de omgang met restanten door COSUN Beet Company (vroeger de Suiker Unie) is befaamd (en als voorbeeld gebruikt in het recente SER-advies). Zie www.cosunbeetcompany.nl .

Biomassa afkraken
Er lopen veel mensen rond die kritiekloos alle ‘biomassa’ afkraken. Meestal is dat onzin en vaak is het schadelijke onzin. Daar worden we het voorlopig niet over eens.
Maar de schade zou al beduidend minder zijn als men biomassa niet als containerbegrip zou hanteren, maar het op zou splitsen naar zijn, zeer uiteenlopende, componenten die allemaal hun eigen verhaal hebben. Dan hoeft men tenminste niet het soort afvalbehandelingstechnieke af te kraken zoals hierboven beschreven.

DHL plant een “perfecte vlucht” van Leipzig naar New York, maar de winst valt tegen.

In De Ingenieur van 1 juli 2020 wordt een verhaal gepresenteerd, dat een trotse prestatie van Deutsche Post DHL uitdraagt. Het oorspronkelijke verhaal komt van de website van deze onderneming en is (in het Duits) te vinden op https://www.dpdhl.com/de/presse/pressemitteilungen/2020/dhl-plant-perfekten-flug-von-leipzig-nach-new-york-city.html .

De inzet was om met zo weinig mogelijk brandstof van Leipzig naar New York te vliegen. Een soort positieve recordjacht, waarbij men geprobeerd zegt te hebben om met zo weinig mogelijk milieuproblemen voor de omgeving te vliegen.

De testvlucht wordt uitgevoerd onder reële omstandigheden met een vrachtvliegtuig dat geladen is zoals gebruikelijk in de dagelijkse praktijk, te weten 60 ton.

De A330-200F is ontworpen om bijzonder efficiënt om te gaan met hulpbronnen en dus vooral om minder kerosine te verbruiken en de CO2-uitstoot te verminderen.

Vliegtuigmaatschappijen brallen er meestal op los, maar ik vond dit wel sport.
Hierna volg ik het (machine-vertaalde) verhaal van de website van Deutsche Post DHL . Op het eind kom ik nog even terug om de uitkomst in context te plaatsen.


Leipzig,New York –
DHL Express voert een speciale testvlucht uit in de nacht van dinsdag op woensdag 01 juli 2020. Het doel: Op de vlucht van de DHL-hub in Leipzig naar JFK International Airport in New York City moet de A330-200F bijzonder zuinig vliegen en zo het brandstofverbruik en de CO2-uitstoot verminderen. Dit wordt onder andere mogelijk gemaakt door het op dit moment relatief lege luchtruim als gevolg van het verminderde luchtverkeer door de effecten van Covid-19.
De DHL-luchtvaartmaatschappij European Air Transport GmbH, die de vlucht uitvoerde, heeft meer dan 50 mogelijkheden geïdentificeerd om in een “perfecte vlucht” brandstof te besparen en zo ook CO2-uitstoot. Deze variëren van een speciale wasbeurt van de motoren om de aerodynamica te verbeteren, een geoptimaliseerde route met behulp van moderne vluchtplanningssystemen en de optimale vertrekroute (continue klim naar kruishoogte vanaf Leipzig/Halle, grotendeels horizontale vluchtfasen), tot de ideale aanvliegprocedure in New York City, waar het vliegtuig met een minimum aan motorvermogen kan afdalen.

A330-200F van DP DHL

“Het is onze dagelijkse missie om mensen met elkaar in contact te brengen en hun leven te verbeteren”, zegt Alberto Nobis, CEO van DHL Express Europe. “Daarom zijn we wereldwijd in 220 landen en gebieden aanwezig om de zendingen van onze klanten zo snel mogelijk naar het gewenste land van bestemming te vervoeren.
We zijn ons ook bewust van onze verantwoordelijkheid ten opzichte van het milieu en proberen op alle mogelijke punten in onze logistieke keten innovatieve en milieuvriendelijke technologieën te gebruiken of steeds efficiënter te worden op de routes tussen onze klanten. Optimale routes en minder kerosineconsumptie kunnen en zullen ons helpen om steeds groener te worden”.

De “perfecte vlucht” wordt uitgevoerd onder reële omstandigheden met een vrachtvliegtuig dat zoals gebruikelijk in de dagelijkse gang van zaken wordt geladen (ca. 60 ton vracht).
De start op de DHL-hub in Leipzig/Halle is gepland voor woensdagochtend 1 juli 2020 om 3:15 uur (vermoedelijk). De geplande landing in New York City is gepland voor 12:05 uur (Midden-Europese zomertijd) op dezelfde dag.
Het zwaartepunt van de maatregel ligt bij een optimale vluchtroute, die DHL Express met de steun van alle luchtverkeersleidingsautoriteiten en ondersteunende instanties langs de Atlantische route van de A330, die deze vlucht ook nauwlettend zal begeleiden, heeft weten uit te werken. Naast de Duitse luchtverkeersleiding zijn dat Eurocontrol, NATS (National Air Traffic Services, Verenigd Koninkrijk), IAA (Irish Aviation Authority), Shanwick Oceanic Control, NavCanada, ISAVIA (IJsland), IATA (International Air Transport Association), de FAA (Federal Aviation Administration) en PANYNJ (Port Authority of New York and New Jersey). In totaal zullen 13 deelnemende instellingen tijdens de vlucht de optimale koers en hoogte toewijzen en het weer, de wind en het overige luchtverkeer in de gaten houden. De deskundigen schatten dat er minstens 1.000 kg kerosine zal worden bespaard, wat overeenkomt met een vermindering van de CO2-uitstoot van 3.150 kg.

Roy Hughes, Executive Vice President DHL Network Operations Europe, zei: “We zijn blij dat we zoveel partners aan boord van deze vlucht hebben. Samen hebben we ons zorgvuldig voorbereid op dit project en kijken we uit naar de uitvoering en de resultaten ervan. Onze ‘perfecte vlucht’ kan er mede voor zorgen dat vluchtverbindingen steeds efficiënter kunnen worden uitgevoerd met zo min mogelijk brandstof en CO2-uitstoot. Op deze manier kunnen we belangrijke inzichten verwerven voor de luchtvaartindustrie en stap voor stap bijdragen aan de klimaatdoelstelling van de DP DHL Group van ‘zero emissions’.

Deze maatregel is een van de vele die de DP DHL-groep doorvoert om de logistiek en de luchtvaart zo milieuvriendelijk mogelijk te maken. Met maatregelen als de huidige vlootvernieuwing (o.a. de A330-200F) en de aanschaf van 14 nieuwe Boeing 777F-vliegtuigen die tot 18 procent minder CO2 uitstoten, alsmede de bouw van een milieuvriendelijk logistiek centrum op de luchthaven van Keulen/Bonn in 2019 heeft het bedrijf de afgelopen jaren fors geïnvesteerd in de modernisering van het luchtvrachtvervoer. Daarnaast gebruikt DPDHL op verschillende plaatsen ook groene alternatieven voor conventionele brandstoffen. In het kader van haar lidmaatschap van aireg e.V. en de Global Alliance Powerfuels gaat het bedrijf door met de ontwikkeling van duurzame brandstoffen zoals bio- of e-kerosine. In het bestelverkeer maakt het gebruik van elektrische voertuigen al een aanzienlijk deel van het wagenpark uit.


Dan nu wat kritisch commentaar (nou ben ik zelf weer aan het woord).

Op de eerste plaats stellen we vast dat het hier om een nachtvlucht ging, die om kwart over drie ‘s nachts startte. Niet geheel milieuvriendelijk.
Op de tweede plaats is het luchtruim leger dan normaal, waardoor er meer vrijheid was om een route te kiezen dan normaal, en waardoor allerlei instanties ruim de tijd hadden om dit experiment te begeleiden.
Op de derde plaats is de ‘minstens 1000kg besparing’ vooraf voorspeld. Ik heb nog niet gehoord hoeveel het achteraf echt was.
Maar op de vierde plaats tenslotte: is de voorspelde ‘minstens 1000 kg’ veel? Het artikel laat onvermeld hoeveel brandstof gedurende de expeditie wel verbruikt is. Dat moet je weten om die voorspelde 1000kg te kunnen plaatsen.

Zoals wel vaker geeft Wikipedia nuttige informatie ( op https://nl.wikipedia.org/wiki/Airbus_A330 ).
Een standaard A330-200F kan maximaal 97,5 m3 Jet A-1 meenemen à 800kg/m3, dus 78000 kg.
Wikipedia geeft voor dit standaard-vliegtuig aan dat het bij volledige belasting met 70 ton vracht een kruissnelheid heeft van 871 km/uur en een reikwijdte van 7400km. Op deze basis kan het vliegtuig 8,5 uur in de lucht blijven. Nu was de vracht 60 ton en geen 70 ton, maar op het totale vliegtuig scheelt dat niet gruwelijk veel.
Het testvliegtuig bleef met 60 ton vracht 8 uur en 50 minuten in de lucht , dus dat een standaard-A330-200F 78000 kg voor diezelfde tijd zou meenemen, is een redelijke slag in de lucht.
De besparing ‘1000 kg’ moet dus, op deze wijze redenerend, afgezet worden tegen om en nabij 78000 kg .

De kortste route van Leipzig naar New York is 6380km, maar vliegtuigen vliegen meestal niet de kortste route. Ook hier is sprake van route-aanpassingen. Mogelijk vanwege Corona minder dan anders. Het testvliegtuig heeft dus meer gevlogen dan 6380km, maar hoeveel meer, dat valt niet te zeggen.
Als je een slag slaat en je prikt de route op 6700km, zit je dus op 10% minder dan de maximum vluchtafstand van 7400km, en dan zou een standaardvliegtuig iets minder meegenomen hebben dan 78000 kg, bijvoorbeeld 70000kg.
Het testvliegtuig heeft dan iets langzamer gevlogen dan kruissnelheid.

Als je niet teveel eisen stelt aan de nauwkeurigheid, leiden alle samenwerkende toeters en bellen van DP DHL dus tot ongeveer 1,3 a 1,5% brandstofbesparing.
Niet schokkend.

Regering start ontwerp-Actieprogramma Hybride Elektrisch vliegen op

Op 5 maart 2020 stuurde minister Cora van Nieuwenhuizen een brief aan de Tweede Kamer met de aankondiging van het “ontwerp-Actieprogramma Hybride Elektrisch vliegen”, kortweg AHEV. De brief, het ontwerp-AHEV en een samenvatting daarvan zijn te vinden op https://ontwerp-Actieprogramma Hybride Elektrisch vliegen .

Een hybride-elektrisch vliegtuig vliegt op een of meer propellers, die worden aangedreven door een elektromotor die weer wordt aangedreven door een accu. Die accu kan gedimensioneerd worden op wat nodig is voor het opstijgen en landen en wat reserve. Onder het vliegen wordt de accu bijgeladen (vandaar het woord hybride) door of een benzinemotor of een brandstofcel.
Deze opzet heeft grote voordelen: bij start en landing loost de motor geen vergif meer en het helpt het klimaat (zelfs met een benzinemotor, want die hoeft geen piekbelasting meer te leveren en kan daarom kleiner zijn en efficienter werken). Men zegt dat de aandrijving, hoewel niet geruisloos, wel stiller is omdat je wel de propeller, maar niet de motor hoort. Hiervoor zijn echter nog geen harde cijfers bekend.
In bovenstaand diagram valt het onder de ‘radicale nieuwe technologieën’.
(Overigens kent de luchtvaart zich in bovenstaand diagram een uitzonderingspositie toe, want de rest van de samenleving moet in 2050 op ongeveer 0 zitten).

Met haar aankondiging geeft de minister uitvoering aan moties van de Tweede Kamer-leden Amhaouch (CDA), Paternotte (D66) en Dijkstra (VVD). De Kamer had er een miljoen voor vrijgemaakt en de ministeer gebruikt dat om dit a;s Nationaal Onderzoeksprogramma op te tuigen.

Het Ontwerp-Actieprogramma is geschreven in de overdreven wervende toonsoort die dit soort industriepolitieke kenmerkt. In elk geval moet er met woorden indruk gemaakt worden. We ambieren ons de tent uit en de stroomschema’s kronkelen als pythons over de pagina’s.

Linkse lijn de vliegvelden, middelste de General Aviation en de rechtse de grote commerciele luxhtvaart)

Men zou bijna uit het oog verliezen dat er vele verstandige zaken in het plan staan. Er horen dan ook grote namen bij als TU Delft, Nationaal Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR), TNO, het KNMI, GKN Aerospace-Fokker en DEAC (Dutch Electric Aviation Center).

De structuur is tripartite: overheid, kenniscentra en bedirjfsleven werken samen.

Op de vliegvelden Teuge en Rotterdam-den Haag Airport moeten kenniscentra komen.
Teuge, want vooralsnog is alles wat er nu elektrisch vliegt klein. Dat heet in de pythongrafiek “General Aviation” (de middelste python). Dat bestaat nu voor de helft uit les- en rondvluchten
De bovenste gaat over het volledig elektrificeren van vliegvelden, en de onderste over het echte werk, de grote verkeersvliegtuigen.

De opzet van het plan kan het beste worden samengevat door de ambities in een tijdtabel weer te geven. In de tekst wordt die verder uitgewerkt naar deel-projecten. Als voorbeeld van hoe een en ander in concrete projecten vorm krijgt een uitwerking van de commerciële luchtvaart tot 2030.

Projecten commerciële luchtvaart tot 2030

De roadmap voor de commerciële luchtvaart moet van 2020 tot 2025 kosten €323 miljoen.
De roadmap voor de General Aviation moet in dezelfde periode kosten €46 miljoen
De roadmap voor de grondgebonden operaties moet in deze periode kosten €7,5 miljoen.


De belangrijkste kritiek op de opzet is vooralsnog de schaarste aan duurzame stroom om de accu’s op te laden, en eventueel om waterstof te maken voor de brandstofcel of voor de synthetische kerosine. Diezelfde duurzame stroom moet ook allerlei andere maatschappelijke behoeften dekken. Hoe dat in de toekomst gaat uitpakken valt lastig in te schatten, maar Hybride Elektrisch Vliegen is vooralsnog eerder een oplossing om de bestaande luchtvaart te verduurzamen, dan om ongebreidelde groei toe te staan.

Zunum ZA10 hybride elektrisch vliegtuig, ontworpen als tienzitter voor afstanden tot 1000 km op regionale vliegvelden.
Zie ook Ook Boeing bezig met hybride-elektrisch vliegen en Faradair wil hybride-elektrische 18-zitter uitbrengen .

Zienswijze van BVM2 (en van anderen) over Luchtruimherziening beantwoord

BVM2 heeft zienswijze ingediend
Met de Luchtruimherziening wil men het luchtruim efficiënter indelen. Ook voor Eindhoven kan dat gevolgen hebben, o.a. in de vliegroutes.
Deze herziening is een formeel proces dat start met een Notitie Reikwijdte en Detailniveau. Die is nog abstract. Er staat vooral in wat er in de komende procedure wel en niet wordt meegenomen.
Hij is nog niet zo concreet dat de bocht bij Son en rechtdoor vliegen aan de Belgische grens er al in staat. Bij de uitwerking kunnen dat soort zaken er wel in komen.
Het is wel van belang om alvast gereageerd te hebben, ook al moet men daar geen wonderen van verwachten.

Bernard Gerard heeft daarom, mede namens BVM2, een zienswijze ingediend.
In het kort staan daar twee aandachtspunten in:

  1. De herziening wil meer capaciteit mogelijk maken, maar het Klimaatakkoord van Parijs staat dat niet toe. Het vliegen mag niet groeien en moet zelfs krimpen.
  2. Het klimaat zit slechts in de toetsingscriteria via de CO2 – emissies. Maar vliegen op 10 km hoogte leidt ook tot niet CO2 – effecten die van dezelfde orde van grootte zijn. Deze moeten dus in de berekeningen worden meegenomen.

De zienswijze van BVM2 is hieronder te vinden.


Een eerder artikel over deze zienswijze is te vinden op NRD Luchtruimherziening .

Het ministerie heeft inmiddels een Nota van Antwoord uitgebracht. Die is te vinden op www.luchtvaartindetoekomst.nl/herziening-luchtruim/default.aspx en daarbinnen onder de TAB Documenten . Er blijken 180 unieke zienswijzen binnengekomen te zijn.

Iedereen krijgt antwoord door hem of haar aan een aantal standaardargumenten te koppelen.

Argument a) wordt gekoppeld aan antwoord nr 30 en dat luidt:

30. Capaciteit
Indieners vragen zich af waarom de plannen alleen maar uitgaan van de groei van de luchtvaart. Indieners verzoeken om het aantal vliegbewegingen te reduceren en niet uit te gaan van groei van het aantal passagiers.

Antwoord
Eén van de doelen van het programma Luchtruimherziening is om de civiele en militaire capaciteit (militaire missie effectiviteit) in het luchtruim te verruimen. De verruimde capaciteit kan worden ingezet voor groei van het civiele verkeer maar ook voor meer betrouwbaarheid, voorspelbaarheid van het verkeer, geluidsbeperking, minder vertragingen en het opvangen van verstoringen (bijvoorbeeld slecht weer). Binnen het programma Luchtruimherziening wordt niet bepaald of capaciteit wordt vertaald in groei of krimp van het aantal vliegbewegingen, of wordt benut voor een of meer van de andere genoemde mogelijkheden. Hierover doet de Luchtvaartnota een uitspraak, waar vervolgens het programma Luchtruimherziening op aansluit. Alle varianten worden daarom vergeleken met dezelfde aantallen vluchten. Het programma gebruikt hierbij de onafhankelijke Europese voorspellingen van Eurocontrol over de jaarlijkse aantallen bewegingen in het Amsterdam FIR en per luchthaven.

De overheid maakt geen beleid waarin gestuurd wordt op het aantal passagiers, dat is altijd een resultante van het aantal vliegbewegingen en afhankelijk van vele andere factoren, zoals het type vliegtuig waar luchtvaartmaatschappijen Nederlandse luchthavens mee aandoen.

Contrails die vooral ‘s nachts het klimaat beïnvloeden

Argument b) wordt gekoppeld aan antwoordnr 70 en dat luidt:

70. Milieu en klimaat
Indieners hebben aangegeven dat de gevolgen voor het milieu in beeld moeten worden gebracht en niet alleen de mogelijkheden om het effect te beperken. Gevraagd is om ook uitstoot met een klimaateffect anders dan CO2, zoals waterdampuitstoot (aerosol), mee te nemen. Verder is gevraagd om de uitstoot van NOx en (ultra)fijnstof mee te nemen en om alle emissies tot aan de landsgrenzen op alle hoogtes mee te nemen. Voor stikstof is hierbij aangegeven om ook boven de 3.000 voet te kijken naar de uitstoot.

Antwoord
Op grond van de ingebrachte adviezen en zienswijzen worden de toetsingscriteria zoals beschreven in de Notitie Reikwijdte en Detailniveau (NRD) aangescherpt. Daardoor zullen in het plan-MER zoveel mogelijk de daadwerkelijke effecten in beeld gebracht worden, in plaats van de mogelijkheden die een variant of bouwsteen biedt voor een bepaald criterium. Hiermee worden de resultaten van het plan-MER meer specifiek en objectief.

Om de klimaatimpact van de luchtruimherziening te bepalen wordt de CO2-uitstoot berekend. Dit gebeurt door te kijken naar het motorgebruik van vliegtuigen tijdens de vlucht, dat wil zeggen: de verbranding van brandstoffen, met name kerosine. De luchtruimherziening is van invloed op de mate waarin rechtstreeks (zonder omvliegen) kan worden gevlogen en de mate waarin glijdend kan worden gedaald. De CO2-uitstoot draagt bij aan de opwarming van de aarde en is de belangrijkste bijdrage van de luchtvaart aan klimaatverandering. Deze bijdrage wordt wetenschappelijk goed begrepen en door naar de CO2-uitstoot te kijken kunnen varianten onderling goed worden vergeleken. Daarbij wordt de uitstoot op alle hoogtes tot aan de landsgrenzen meegenomen.

Naast het effect van de CO2-uitstoot beïnvloedt de luchtvaart het klimaat ook anders, onder andere door de uitstoot van NOx die leidt tot de vorming van ozon en de afbraak van methaan, door de uitstoot van roet en door vorming van contrailstrepen en cirrusbewolking. Deze bijdragen worden nog niet allemaal goed begrepen; er is nog geen wetenschappelijk consensus over de precieze verbanden met klimaatverandering. Wel is het zo dat deze geaggregeerde effecten min of meer recht evenredig zijn met het motorgebruik, net als de CO2-uitstoot. Om die reden wordt de CO2-uitstoot gezien als een goede maat om te bepalen of een variant beter of slechter scoort op klimaatimpact dan een andere variant.

Voor de bepaling van het effect op de luchtkwaliteit wordt de uitstoot van NOx en (ultra)fijnstof bepaald. In het plan-MER wordt ingegaan op het verband tussen de vlieghoogte en de uitstoot van NOx en (ultra)fijnstof. Daarbij wordt gebruik gemaakt van bestaande modellen. Het programma Luchtruimherziening voert daarnaast een voortoets uit om te bepalen of er een kans bestaat op negatieve effecten voor de wettelijke instandhoudingsdoelen van Natura 2000-gebieden. De stikstofdepositie in die gebieden maakt daar onderdeel van uit.

Beide antwoorden zijn ontwijkend.
Daar kun je nu niets aan doen. BVM2, en de landelijke koepel LBBL, volgen het vervolg van het proces.

Opwarmend effect van contrails overdag, ‘s nachts en beide samen

Stikstofadvies Remkes bemoeilijkt groei luchtvaart – geen onmiddellijke consequenties voor Eindhoven

Inleiding
Er is al veel geschreven over het stikstofrapport van Remkes over de luchtvaart. Dat wordt hier niet nog eens dunnetjes overgedaan.

Doel van dit artikel is om het advies in de Brabantse context  te plaatsen. Daarvoor moeten enkele zaken eerst worden uitgelegd.

Vanwaar het stikstofprobleem van de luchtvaart?
Stikstofoxides (NO en NO2) ontstaan bij elk verbrandingsproces dat bij hoge druk en temperatuur plaatsvindt, uit de zuurstof en stikstof die al in de atmosfeer zitten. Gegeven deze omstandigheden is daar weinig aan te doen, want een motor bij lagere druk en temperatuur laten werken verlaagt zijn rendement.
Bij een nieuwe dieselauto kan de hoeveelheid stikstofoxides drastisch door nabehandeling worden teruggedrongen door ureuminspuiting (AdBlue). Bij een straalmotor is dat niet mogelijk.
Ook de overgang op synthetische kerosine heeft, bij gelijkblijvende temperatuur en druk, geen effect (die overgang heeft wel effect op sommige andere vormen van luchtverontreiniging).

Het verschil tussen emissie, luchtvervuiling en depositie
Wat uit een motor komt heet emissie.
Wat in de neus komt heet immissie, in de volksmond luchtverontreiniging en in het jargon luchtkwaliteit.
Wat op of in de grond gaat heet depositie. De begrippen zijn niet identiek, maar hebben wel met elkaar te maken.

Dit onderscheid geldt voor alle bronnen van stokstofoxides, en dat zijn er heel veel. Binnen het totaal aan stikstofoxide-bronnen is de luchtvaart een kleine speler.

Voor alle drie geldt verschillende wetgeving.

De totale emissie van stoffen in Nederland wordt wettelijk begrensd door de National Emission Ceiling (NEC). Zie www.infomil.nl/onderwerpen/lucht-water/lucht/nec-stoffen/#Plafondsvoor2020 . In 2010 was de norm 260kton en de realiteit 276kton. In 2020 is de norm 202kton en de realiteit zou 184kton moeten zijn (wat ik nog moet zien).

Voor de luchtvervuiling geldt het NSL (Nationaal Samenwerkingsprogramma Luchtkwaliteit), dat aan NO2 de atmosferische concentratie 40µgr/m3 voorschrijft (dat is waar nu het Vestdijk-verhaal over gaat en waar de eerste afbeelding in dit artikel betrekking op heeft).
In het NSL zijn maatregelen opgenomen (bijv. elektrische bussen) om de lozing van stikstofoxides te beperken. Die input wordt via een rekenmodel omgezet in output. Die maatregelen resulteren inderdaad in een gemeten daling van de concentratie en de verwachting van een verdere daling. In het hierna volgende heet dat de autonome afname.
De maatregelen die de luchtkwaliteit verbeteren (wb stikstofoxides), verbeteren in deze categorie ook de depositie.

Voor de depositie geldt de Wet natuurbeheer (waarin een tijd lang de PAS opgenomen was), die bedoeld is om de grote overschrijding van de Kritische Depositiewaarden op Natura2000-gebieden te verkleinen en minstens niet te vergroten.
Die depositie is overal te hoog, maar alleen in Natura2000-gebieden is dat strafbaar (met dank aan de EU). Daar staat de situatie nu zo op scherp dat er gewoon helemaal niets meer bij mag (specifieke uitzonderingen daargelaten). De PAS was erop gericht de huidige geit en de toekomstige kool te sparen en daarop is de regeling afgeknapt. Bij een contemporaine kool en geit dat dat wellicht anders gelegen.

De Wet natuurbeheer werkt als toets in  situaties waarin om een toets gevraagd wordt, dus bij formele besluiten om vliegverkeer te doen groeien. Zo’n besluit is voorzien voor Schiphol en Lelystad, maar momenteel niet voor de andere vliegvelden in Nederland. Daarom concentreert Remkes zich op deze twee vliegvelden, evenals het commentaar.

Bij Eindhoven ligt er momenteel een formeel besluit om het aantal vliegbewegingen niet te doen groeien. Dat wil niet perse zeggen dat er niet meer stikstofoxides kunnen vrijkomen, namelijk als de vliegtuigen groter en zwaarder worden. Maar daar is geen besluit voor nodig (in de PAS zou het een autonome ontwikkeling geheten hebben).

Luchthavenbesluit 2014
De laatste keer dat er rond vliegveld Eindhoven een in dit kader relevant besluit genomen is, was bij het Luchthavenbesluit 2014 , gebaseerd op een MER dd juni 2013. Dat was vóór de PAS van kracht werd. Toen moest er een Passende Beoordeling gemaakt worden of de voorgenomen uitbreiding (in twee tranches) van 18000 naar 43000 vliegbewegingen tot een onaanvaardbare toename van de depositie zou leiden.
In bijlage B van die MER (waaruit de meeste afbeeldingen in dit artikel afkomstig zijn) werd geoordeeld dat de uitbreiding zo weinig toevoegde, dat het Natura2000-gebied niet onherstelbaar in gevaar kwam. BVM2 heeft daar toen wel geprobeerd een vinger achter te krijgen, maar dat lukte niet. Zie Eindhoven Airport en PAS

Lees dit als volgt.
Deze tabellen geven de geschatte deposities weer door het vliegverkeer op luchthaven Eindhovne (incl. het militaire), door het bijbehorende autoverkeer en door de grondoperaties.
De referentiesituatie is die van de Voorlopige Voorziening van de Raad van State en die gaat uit van een geluidzone die voor het militair luchtverkeer is berekend op het feitelijke gebruik in het jaar 2007 met een opslag van 5% en het gebruik van een squadron F-16 vliegtuigen gedurende zes maanden en voor het commerciele civiele luchtverkeer op het feitelijk gebruik in 2007 met een opslag van 12,5%.
De ene kolom geeft dus wat de depositie zou zijn als de referentiesituatie nog gold in 2014, en de andere idem in 2024. Het verschil is de veronderstelde autonome afname vanwege de maatregelen in o.a. het NSL.
De tweede tabel geeft aan wat het effect zou zijn van de voorgenomen uitbreiding van 18000 naar 43000 vliegbewegingen over 2019, als er geen autonome afname door het NSL zou zijn.

Om dit te plaatsen bovenstaande tabel.
De Kritische Depositie Waarde voor Kempenland-West hangt van het landschapstype af en staat in de 2de kolom, de feitelijke deposities in de derde kolom.

Vergunning nodig, ja of nee?
Vast staat dat Eindhoven Airport geen natuurvergunning heeft.
Johan Vollenbroek meent dat een dergelijke vergunning nodig is en eist van het ministerie van LNV handhaving van deze eisen middels reductie van het aantal vliegbewegingen tot het moment dat die vergunning, ten onrechte, niet aanwezig was – in concrete 11000 vliegbewegingen in december 2004.
De Minister meent dat de vergunning niet nodig is, omdat de MER laat zien dat er geen significante verslechtering is en de bescherming van soorten niet in het gedrang komt.
De tijd moet uitwijzen wie gelijk krijgt. BVM2 heeft een sympathie voor Vollenbroek.

Mocht een vergunning door LNV nodig zijn, dan is de volgende vraag wie die zou moeten ontvangen. Er zijn twee exploitanten op vliegbasis Eindhoven, te weten Defensie en civiel.

Remkes zegt in zijn rapport niets over het onderwerp ‘vergunningen’.

Biotopen binnen de 20Ke-contour

Hoog vliegen en laag vliegen
Bij de luchtvaart worden de emissies, concentraties en deposities van stikstofoxides tot nu toe berekend over de Landing and Take-Off (LTO)-cyclus, een formeel gedefinieerde reeks handelingen onder de 3000 voet (914m). Zo ook de schattingen in de MER 2013 .
Dat gebeurt omdat dan via een voorgeschreven rekenmodel de individuele bron (oorzaak) toegerekend kan worden aan een specifiek effect op tijd t en plaats x (gevolg). Als plaats x  in Natura2000-gebied ligt, kan dat strafbaar zijn.

Uiteraard stoot een straalmotor ook stikstofoxides uit boven de 914m hoogte, en uiteraard komt een deel daarvan op Natura2000-gebieden terecht. Maar het gebruikte model kan dat niet meer als een causaal verband uitrekenen.

Een verdienste van Remkes is dat hij dit probleem in kaart heeft laten brengen, dit mede omdat de Tweede Kamer erom gevraagd had. RIVM en TNO hebben andere modellen gebruikt, en op een grotere schaal gerekend, en komen er op uit dat de NOx – depositie, gemiddeld over heel Nederland van onder de 3000 voet 4,1Mol/ha*jaar is, en van boven de 3000 voet 8 tot 15Mol/ha*jaar is (Een Mol N is 14 gr.)

Men gaat er dan van uit dat de stikstofoxideverdeling boven de 3000 voet een tamelijk structuurloze wolk is die overal ongeveer hetzelfde is. Met andere woorden, op alle Natura2000gebieden slaat 8 tot 15Mol/ha*jaar meer neer dan tot nu toe uitgerekend wordt.

Gemiddeld over heel Nederland is de stikstofdepositie uit alle bronnen samen ongeveer 1600Mol/ha*jaar). Vandaar de conclusie van Remkes dat de luchtvaart, gemiddeld over heel Nederland, goed is voor ongeveer 1% van de stikstofdepositie.


(In deze afbeelding zit een fout die ook elders verschijnt. De aanduiding in Mol/ha*jaar is juist, maar de aanduiding kg N/ha*jaar niet. Dit moet zijn kg NO2/ha*jaar. De N-fractie hierbinnen is het 14/46ste deel. Omdat de gangbare aanduiding die in Mol is, heeft deze slordigheidsfout verder geen gevolgen.)

Schiphol en Lelystad, ‘evenwichtig’ en het afschuifsysteem
Voor Schiphol en Lelystad heeft het advies van Remkes wel gevolgen omdat

  • er een formeel besluit genomen moet worden dat met het stikstofargument aangevochten kan worden
  • in die hoek de LTO-depositie uiteraard groter is dan de landelijk gemiddelde 1% van alle stikstof
  • in de huidige omstandigheden ok een kleine toename al teveel is

 Zonder nadere maatregelen is de uitbreiding van Schiphol en de opening van Lelystad kansloos (de door BVM2 gewenste uitkomst). Maar de VVD-er Remkes wil dat eigenlijk niet.
Het advies bevat twee sluiproutes waar het kabinet en de luchtvaartsector wat aan hebben.

Op de eerste plaats gebruikt Remkes het woord ‘evenwichtig’ en niet het kwantitatief meer verplichtende woord ‘evenredig’. Dat biedt ruimte aan een subjectieve, zo men wil politieke, besluitvorming. De minister mag iets ‘redelijk’ vinden.

Op de tweede plaats kiest Remkes een erg ruime definitie van ‘luchtvaartsector’. Daaronder vallen niet alleen de eigenlijke vliegtuigoperaties, maar ook alles wat er in ruime zin logistiek en economisch mee samenhangt. Relevant is nu de passage uit het advies op het eind “Dit betekent dat groei ten opzichte van de huidige situatie alleen kan worden toegestaan, wanneer de huidige hoeveelheid aan NOx-emissies (gerelateerd aan de luchtvaartsector als geheel) wordt gereduceerd.”.
Daarmee wil Remkes een stikstofreductie te verschuiven van binnen naar buiten de sector, waarbij de vraag is hoe dat kwantitatief uitpakt. Gaat 100% van de bereikte NOx-reductie naar het vliegen? 80%? 50% ?

Maar op zichzelf heeft de ontvangende sector (bijvoorbeeld het personenvervoer) ook een verduurzamingstaakstelling. De ten behoeve van de vliegerij ingeboekte verduurzaming mag niet dubbel geteld worden, en dus wordt de verduurzamingstaakstelling van het overige personenvervoer zwaarder – er moeten evenveel elektrische auto’s zijn op een kleinere vloot.

Het vliegen wil zijn problemen afschuiven op andere sectoren. Daarover is op deze site al eerder geschreven, zie Hoe het PBL de luchtvaart Parijs binnen praat

Honderden klachten van grondpersoneel Schiphol over hart- en longproblemen door ultrafijn stof

Op de website van de FNV staat onderstaand bericht. Zie www.fnv.nl/nieuwsbericht/sectornieuws/schiphol/2019/12/honderden-reacties-schipholmedewerkers-meldpunt .

ACI-studie Ultrafine Particles at Airports, 2012

Ook BVM2 heeft al enkele keren aandacht besteed aan de effecten van luchtkwaliteit op en rond het Eindhovense vliegveld, overigens niet alleen vanwege ultrafijn stof, maar ook vanwege een stof als benzeen.

De twee regionale afdelingen van de FNV in de regio rond het vliegveld zijn ondersteuner van BVM2. BVM2 heeft al enkele keren met de FNV gesproken. Zie Gesprek met het FNV over de toekomst van het vliegen

BVM2 is niet zelf in staat een apart Eindhovens meldpunt op te zetten.
Grondpersoneel van Eindhoven Airport/Vliegbasis Eindhoven, dat zich zorgen maakt over zijn (/haar) gezondheid, kan het beste met het Schipholmeldpunt contact zoeken. Uiteindelijk is Eindhoven Airport van de Schiphol-groep.

Het meldpunt is te vinden op https://fnvschiphol.nl/ultrafijnstof , is ons vanuit FNV-kringen meegedeeld (zie het ingebrachte commentaar).
Medewerkers in Eindhoven zullen actief op de hoogte worden gesteld.

Overigens komen bij de verbranding van synthetische kerosine sommige soorten luchtvervuiling minder voor. Zie Luchtvervuiling rond vliegvelden en synthetische kerosine en Roet en zwavel uit straalmotoren: dat kan veel minder! en Bachelor Milieukunde aan de Open Universiteit gehaald .



Honderden reacties Schipholmedewerkers bij meldpunt ultrafijnstof

Door Casper Schrijver 16 december 2019

De FNV heeft een meldpunt geopend waarop Schipholmedewerkers hun zorgen en klachten over ultrafijnstof op de luchthaven kunnen melden. Daar zijn in een week tijd bijna 400 reacties op binnengekomen.

Joost van Doesburg, FNV-campagneleider Schiphol: ‘Dat geeft wel aan dat de mensen die dagelijks in de ultrafijnstof moeten werken zich ernstige zorgen maken over hun gezondheid.’

Gezondheidsproblemen

FNV maakt zich al langer ernstig zorgen over de gezondheid van de medewerkers van Schiphol die op het platform van de luchthaven werken. In juni bleek uit onderzoek van het RIVM dat de uitstoot van ultrafijnstof door de luchtvaart voor gezondheidsproblemen zorgt bij omwonenden. De gevolgen voor werknemers in de luchtvaart zijn echter nooit onderzocht.

Motie

Van Doesburg: ‘Dat moet snel veranderen. De Tweede Kamer heeft in oktober een motie aangenomen waarin de minister wordt opgeroepen ook de platformmedewerkers bij het RIVM-onderzoek te betrekken. De minister moet die motie nu snel gaan uitvoeren.’

Niet wachten

FNV roept Schiphol op ondertussen niet te wachten op het onderzoek. Van Doesburg: ‘Schiphol is wat ons betreft ook aan zet. Het moet nu maatregelen doorvoeren die de uitstoot van ultrafijnstof verlaagt. Samen met onze leden gaan we de strijd aan om dat voor elkaar te krijgen.’

Minder roet bij inzet van GTL-brandstof als kerosine (een vorm van synthetische kerosine)