Bruikbaar hybride-elektrisch vliegen komt dichterbij

Extra 330LE vestigt klimrecord
Siemens heeft de bestaande Walter Extra 300L voorzien van een 260kW – elektromotor en accu’s. De zo ontstane Extra 330LE dient als tweezits testvliegtuig.
Het blijkt tevens een prima stuntvliegtuig.  Op 25 november 2016 klom het in 262 seconden naar 3000 m hoogte, een record voor elektrische vliegtuigen. En dat in bijna volledige stilte.
Wie wil genieten van peptalk tot eigen glorie van Siemens, moet maar eens op www.siemens.com/press/en/feature/2015/corporate/2015-03-electromotor.php?content[]=Corp  gaan kijken.

Extra 330LE

Nu moet men alles, wat met elektrisch vliegen te maken heeft, nog relativeren. De extra 330LE houdt het op vol vermogen een dik kwartier vol. In die tijd kun je aardig wat stunts doen, maar het lost geen reëel bestaande transportbehoefte op. Dat komt omdat dit ding alleen op zijn accu’s vliegt.

Vliegende taxi’s
Siemens werkt samen met Airbus aan een vloot van volledig elektrische luchttaxi’s. Daarvan zou eind 2017 het eerste prototype beschikbaar zijn.

Duitsland heeft zo’n 500 grotere of kleinere vliegvelden. Een luchttaxi-onderneming op (hybride)elektrische basis voor vluchten tussen Duitse vliegvelden is voorstelbaar.

Duitse vliegvelden

Daarnaast zijn er plannen, die wat mij betreft in de categorie “wild” vallen, voor zelf-vliegende elektrische luchttaxi’s die voor lokale trajecten bedoeld zijn. Uber wil hier zijn vleugels uitslaan en Airbus heeft intern een bedrijfstak ‘Urban Air Mobility’ opgericht. Dit is de Uberfantasie. Het zijn eigenlijk vliegende elektrische auto’s.

Uber-fantasie over vliegende elektrische taxi’s

Spottend commentaar ligt voor de hand, maar ik schort mijn oordeel op. Bovenstaande fantasie zal sowieso nog wel even op zich laten wachten, dus er is geen haast bij het commentaar. Maar toch alvast of dit in plaats van of als toevoeging aan het autoverkeer zal gaan werken. Bespaart het energie of roept het een nieuwe energievraag op?
De mogelijkheden om op een aanvaardbare manier elektrische energie op te wekken zijn niet oneindig.

Hybride-elektrische vliegtuigen
De praktische kansen voor echte vliegtuigen die echte grote groepen mensen vervoeren over echte afstanden liggen bij hybride-elektrische propellervliegtuigen. De propeller wordt aangedreven door een elektromotor, die wordt gevoed door een accu (die je desgewenst bij de start naar binnen kunt schuiven), de accu wordt onder het vliegen bijgeladen door een benzinemotor of een brandstofcel, en die brandstofcel kan op van alles lopen, bijv. waterstof. Een waterstofvliegtuig op deze basis heeft al gevlogen (zie www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-19469/year-all/#/gallery/24473 ) en zie Eerste vlucht met praktisch bruikbaar waterstofvliegtuig . Als je daar doorschakelt, kon je in Duitse researchprogramma’s terecht die ook voor de automotive werken. Die gedachte is niet absurd.

Nicola One – truck (dec2016)

En voor het eens van een ander wil horen, kijk eens bij https://nikolamotor.com/ . Die beweren (het is allemaal erg nieuw, dus bij gebrek aan praktijkkennis sta ik niet voor de waarheid in) dat ze een hybride-elektrische truck gebouwd hebben die rijdt op waterstof. Die waterstof maken ze zelf met zonnevelden. Hele grote zonnevelden, dat wel (100MW per stuk).

Zonneveld tbv de Nicola truck

De truck heeft zes elektromotoren, die samen 750kW leveren. Hij kan op één volle tank zo’n 1000 mijl rijden.

Je zou zo zeggen, gooi die zes elektromotoren op de propellers, zet vleugels onder het ding, stop er wat aanvullende research in, en  het ding vliegt.
Ter vergelijking ( zie www.bjmgerard.nl/?p=751 ): een ouwe F27 (die Fokker hoogdekker) had een vermogen van 1500kW, en een Cessna Citation rond de 1000 a 1500kW. Je bent al een heel eind op weg met een Nicola-vermogen.
Dit is uiteraard lichtelijk simplistisch, maar in de kern lijkt mij hybride-elektrisch vliegen, eventueel met een brandstofcel die op (bio)methanol of -ethanol of gas loopt, zou moeten kunnen.

Fundamenteel bezwaar vanuit de consument zal zijn, dat dit schema alleen voor propellervliegtuigen werkt en die vliegen niet zo hard als straalverkeersvliegtuigen. Maar misschien moet die consument dat dan toch maar gaan pikken, vooralsnog voor bestemmingen (vanuit Nederland) als Ijsland, Dublin, Oslo en zo.

Siemens en Airbus denken dat ze in 2030 een hybride-elektrisch vliegtuig hebben dat 100 mensen over 1000 km kan vervoeren.

NASA
En, voor wie mij niet gelooft, de NASA zegt het ook. Die hebben voor hetzelfde doel het NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) opgezet (www.nasa.gov/feature/it-s-electric-nasa-glenn-engineers-test-next-revolution-aircraft ). Zoek maar eens op X 57 .

Dit is hun X-57:

NASA X-57 elektrisch testvliegtuig

Benieuwd trouwens of deze duurzame nieuwlichterij van Trump doorgezet mag worden.

Eindhoven Airport (en Schiphol)
Eindhoven en Brainport blaten er lustig op los over hun uitzonderlijke innovatieve vermogens, waar je in de eigen regio op duurzaamheidsgebied maar weinig van terugziet. Misschien moeten ze zich eens gaan revancheren door tegen Eindhoven Airport – directeur Joost Meijs (en zijn Schipholbazen) te zeggen dat het vliegveld alleen nog maar mag groeien met brandstofcel-vliegtuigen.
Zou Eindhoven voor de verandering eens iets positiefs voor de omwonenden doen.

Overzicht van alle artikelen over vliegen, milieu en duurzaamheid

Dd 11 mei 2017

Ik heb over de looptijd van deze site veel artikelen geschreven over diverse milieu- en energieaspecten van de luchtvaart, en in dat verband over luchtvaarttechniek.
Ik kan mij voorstellen dat het overzicht zoek is, ook al biedt het zoeksysteem enig soelaas. Maar ik ga toch een vastgeprikt hoofdstuk op deze site zetten waarin alles op dit gebied bij elkaar gezet wordt.

Baan vliegveld Eindhoven

Let wel dat ik meer geschreven heb over het vliegveld dan hier staat. Hieronder gaat alleen over natuurwetenschappelijke categorieën, niet over bijv. protestacties of openingstijden.

De titels staan chronologisch, met de oudste bovenaan. Een enkele keer kloppen de p= – nummers niet met de volgorde, maar dan is er een update geweest.

Ik gebruik drie categorieën Geluid; Toxische emissies; Energie en klimaat en motortechniek . Als een artikel bij twee categorieën hoort, zet ik het in beide.

Geluid

Toxische emissies

Energie en klimaat en motortechniek

Roet en zwavel uit straalmotoren: dat kan veel minder!

(Afbeelding te vinden op https://esd110.mit.edu/blog/black-carbon-emissions-aircraft )

De context
Tot de zorgen van de omwonenden van vliegvelden (zoals in mijn geval Eindhoven Airport) hoort het door vliegtuigen geproduceerde (ultra)fijn stof.

Straalverkeersvliegtuigen vliegen op kerosine, om precies te zijn op Jet A. Militaire straalvliegtuigen vliegen op het nauw verwante JP-8. Op Eindhoven Airport overheerst het aantal civiele vliegbewegingen.
Als men wil aansluiten bij wat bij het algemene publiek bekend is, kan men kerosine het beste vergelijken met rode diesel (zwavelhoudende dieselolie die tot voor kort verkocht mocht worden voor tractoren, boten etc). Alle diesel, die nu voor auto’s, boten, etc verkocht wordt is nagenoeg zwavelvrij gemaakt. Zo niet kerosine.

Vliegen hoort bij de menselijke activiteiten die het moeilijkst te verduurzamen zijn.
Pakweg tot 700 km kan de Hogesnelheidslijn (HSL) uitkomst bieden, en over pakweg tien jaar kan hybride-elektrisch vliegen met propellervliegtuigen uitkomst bieden voor lastig met de trein te bereiken locaties tot pakweg 1000km.
Voor langere afstanden zal het straalverkeersvliegtuig blijven bestaan en dat zal blijven vliegen op kerosine, of misschien op synthetische brandstof die voor kerosine kan doorgaan (al dan niet uit biomassa).
Op dit moment bestaat er nog nauwelijks synthetische vliegtuigbrandstof, en is het recept voor verduurzaming dus gewoon zuiniger, efficienter en minder, dus selectiever, vliegen.

Er zal dus in 2050 nog steeds gevlogen worden, heel wat meer dan nu, en dat zal voor een groot deel nog steeds met straalverkeersvliegtuigen gebeuren.
Dat roept de vraag op of de nadelen voor de leefomgeving, die die straalverkeersvliegtuigen met zich meebrengen, verkleind kunnen worden. In directe zin gaat het om geluid en luchtkwaliteit, in indirecte zin om waardedaling van woningen, gezondheidseffecten enz.
Daarnaast heeft vliegen (vooral de ongebreidelde groei) steeds zwaarder wegende nadelen voor het klimaat.

Ultrafijn stof-verdeling rond het vliegveld, 2020, alleen civiel. Bron gemeente Eindhoven.

Dit artikel gaat vooral over (ultra)fijn stof omdat dat de belangrijkste vliegtuiggebonden component van luchtvervuiling is, en omdat dat stof invloed heeft op het klimaat.

(Ultra)fijn stof  (in het Engels Particulate Matter PM, dus deeltjes) bestaat uit twee hoofdcomponenten: deeltjes die afkomstig zijn van zwavel in kerosine, en deeltjes die afkomstig zijn van onvolledige verbranding van diezelfde kerosine.

Zwavel en stikstof
Kerosine mag tot maximaal 3000ppm zwavel bevatten (0,3 gewichts%), maar zit in praktijk meestal tussen de 400 en de 800ppm. (Bij benzine en dieselolie voor auto’s is de limiet 10ppm). Die ontzwaveling kan plaats vinden met gevestigde standaardtechnieken. De brandstofprijs zou 1% omhoog gaan als kerosine ontzwaveld werd tot 15ppm.
De zwavel verbrandt tot SO2 en als dat buiten de motor in contact komt met water oxideert dat door tot SO3 , waardoor een oplossing van zwavelzuur ontstaan is.
Als dat zwavelzuur in contact komt met  ammoniak (dat vooral uit de in dit gebied overvloedig aanwezige veeteelt komt), ontstaan fijne kristalletjes ammoniumsulfaat (al dan niet met aanhangend water). Dit heet een secundary inorganic aerosol (SIA) en die maken deel uit van het (ultra)fijn stof.
Door de hoge temperaturen in de motor reageert een deel van de stikstof uit de lucht tot stikstofoxiden, die na wat omzwervingen op vergelijkbare wijze ammoniumnitraat  vormt, ook een SIA uit het (ultra)fijn stof.

Hoe giftig SIA’s precies zijn is omstreden. In isolatie niet of nauwelijks, in combinatie met andere giftige stoffen misschien wel. Tot nader order houdt de wetenschap het erop dat de gemiddelde giftigheid van SIA’s gelijk is aan die van het PM2.5, waarvan ze deel uitmaken.

Voor verdere info verwijs ik naar eerdere artikelen op deze site, zie Kun je zwavelvrije kerosine kopen? En Kun je zwavelvrije kerosine kopen ? (vervolg)  . Let wel  dat deze artikelen al weer ruim twee jaar oud zijn!

Roet en andere onvolledige verbrandingsproducten
Dat vraagt helaas een beetje scheikunde.
Kerosine is een ingewikkeld mengsel dat uit honderden koolwaterstoffen bestaat en wat sporenelementen (waaronder dus zwavel).
Koolwaterstofmoleculen bestaan uit ketens aan elkaar geregen koolstofstomen, waarvan de overblijvende vrije plaatsen met waterstofatomen bezet zijn. Koolstofatomen kunnen met een enkele of een dubbele binding aan elkaar zitten.
Als het molecuul geen ringstructuur en geen dubbele binding heeft, heet het verzadigd (saturated). Butaan (van het butagas), nonaan (zie onder) of paraffine zijn voorbeelden.

Als het molecuul geen ringstructuur en één dubbele binding heeft, heet het een olefine. Onder als voorbeeld 1-noneen.

Dit is een voorbeeld van een olefine

Als het molecuul geen ringstructuur en meerdere dubbele bindingen heeft, heet het meervoudig onverzadigd (dezelfde aanduiding als op pakjes margarine).
Als het molecuul wel een ringstructuur heeft en meerdere dubbele bindingen, heet het ‘aromatisch’. De eenvoudigste aromatische verbinding is de benzeen-zeshoek.

Benzeen is de kleinste aromatische verbinding en bouwsteen voor grotere

Zitten er twee van die zeshoeken aan elkaar, dan heet het naphtaleen.

Zitten er drie of meer van die ringen aan elkaar, dan heet het een PAK (Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen).

Roet bestaat grotendeels uit koolstof (vaak vermengd met aanhangende rotzooi) en heet ook wel Black Carbon.
Daarnaast kan kerosine minder vergaand verbranden/ontleden tot stoffen die nog geen koolstof zijn en nog vloeibaar. Die noemt men vluchtige aerosolen. Die kunnen of vrij in de lucht komen of als laag op het roet gaan zitten.

Sorry, maar dit college was even nodig.

Kenmerken van gangbare en synthetische vliegtuigbrandstof

Deze tabel bevat de gegevens van ‘’een soort civiele en tamelijk zwavelrijke Jet A in kolom 2), één soort militaire JP-8 die overigens ongeloofwaardig weinig zwavel bevat, en één soort synthetische brandstof FT-SPK. Kolom 4 en 5 zijn mengsels van FT-SPK met er eerste twee.
D5453 geeft het totale zwavelgehalte in ppm.

FT staat voor Fischer-Tropsch en SPK Synthetic Paraffinic Kerosine. Dat is een gevestigde techniek om uit andere grondstoffen via koolmonoxide en waterstof synthetische brandstof te maken (in dit geval dus kerosine). Het uitgangsmateriaal is in dit artikel aardgas (de Gas-To-Liquid techniek GTL), of kolen.
Er is een informatieve Wikipediapagina https://nl.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropschbrandstoffen .
Bovenstaande tabel komt uit een presentatie dd juni 2016 door het Southwest Research Institute (SWRI) uit Texas aan de ETH in Zürich ( www.nanoparticles.ch/archive/2016_Khalek_PR.pdf ). Er staat niet bij wat in dit geval het uitgangsmateriaal van de FT is.

Een andere publicatie (Reductions in aircraft particulate emissions due to the use of Fischer–Tropsch fuels dd 2014) is saaier en minder toegankelijk voor de leek, maar informatiever. Die komt uit het tijdschrift Atmospheric Chemistry and Physics  (ACP) www.atmospheric-chemistry-and-physics.net/ . Zie voor het artikel zelf Reductions in aircraft particulate emissions due to the use of FT-fuels_acp-14-11-2014
Alle publicaties op dit gebied stellen dat het roetgehalte in uitlaatgassen van straalmotoren zeer sterk bepaald wordt door het aantal dubbele bindingen en het aantal ringen in de brandstof. In praktijk bij kerosine vooral het percentage aromaten, nog verder versimpeld hoeveel % benzeen er in de kerosine zit.

Wat het Zürichse staatje nu uitwijst, en wat ook de andere publicatie zegt, is er in synthetische brandstoffen zeer veel minder benzeen (en naphtaleen enz) zit, en dat er dus veel minder roet afkomt. Dat is in metingen te zien, bijv. onderstaande figuur uit de Zürichse presentatie van het SWRI:

Daarin slaat “Regulation” op een oude en lakse ICAO-norm die alleen over roet bij het opstijgen gaat. Het verschil tussen links en rechts geeft vooral het nut van deze norm weer, welk nut dus tamelijk klein is.

Hoe dan ook, het plaatje toont duidelijk dat veel aromaten leiden tot veel roet en vluchtige vervuiling, en dat nagenoeg geen aromaten leidt tot heel weinig idem. Vooral in de “idle” stand van de motoren (dus bijv. bij het proefdraaien of taxiën) zijn de verschillen groot.

Het artikel in ACP vindt vergelijkbare grote verschillen. Zuivere synthetische brandstof produceert ruim 4 tot 6 keer zo weinig roet als standaard JP-8 (de blend zit daar tussen in), en ook veel minder vluchtige aerosolen.
De zwavelemissies zijn bij synthetische brandstof nagenoeg afwezig.

Het effect van de vluchtige aerosolen op de lokale luchtkwaliteit in de omgeving is (volgens ACP) bij koud weer groter.

Klimaat
Het zwarte roet heeft een verwarmende invloed op het klimaat, de witte sulfaataerosolen een koelende invloed. Beide kunnen als condensatiekern gaan fungeren die helpen bij het vormen van wolken, waarvan de invloed dubbelzinnig is. Het totale effect is vooralsnog onduidelijk.

Het effect van het zwavelgehalte in de brandstof op de gevormde contrail

Behalve de FT-techniek loslaten op aardgas en kolen, zijn er ook andere technieken om aromaat- en zwavelarme biodiesel te maken. Het kan ook uit tweede generatie- biomassa (zie de eerder genoemde artikel over zwavelarme kerosine op deze site), al dan niet via een FT-route.

Er moet nog veel onderzoek plaatvinden. Het voert te ver om daar op deze plaats dieper op in te gaan.

Eerste vlucht met praktisch bruikbaar waterstofvliegtuig

Het Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) heeft het HY4 – vliegtuig ontwikkeld. Die heeft op 29 september 2016 voor het eerst gevlogen.
Voor het persbericht zie www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-19469/#/gallery/24480 .

Het waterstofvliegtuig HY4 (DLR)
Het waterstofvliegtuig HY4 (DLR)

Kenmerken
De HY4 vliegt op waterstof. Het gas wordt toegevoerd aan een brandstofcel, die er elektrische energie mee opwekt waarop de propeller draait. Verder bevat het aandrijfsysteem een Lithiumbatterij, die de piekbelasting bij het stijgen en landen levert, en uiteraard een gastank. Het is dus een hybride systeem.

Het vliegtuig weegt maximaal 1500kg. De 80kW – motor geeft het vliegtuig een kruissnelheid van 145km/uur en een topsnelheid van 200km/uur. Afhankelijk van de omstandigheden heeft de machine een vliegbereik van 750 tot 1500 km.
Het ding ziet er een beetje uit als twee aan elkaar gemonteerde zweefvliegtuigen. Dat is niet onbegrijpelijk, omdat veel van dit soort research start met zweefvliegtuigen als uitgangpunt. In elk van de twee rompen kunnen twee passagiers zitten.
Het persbericht vermeldt niet op welke wijze de waterstof wordt op-
geslagen. In de gegeven omstandigheden is het het meest logisch, dat dat in een sterk samengeperste gasvorm is (een paar honderd atmosfeer), net als in auto’s.

Het inwendige van de HY4
Het inwendige van de HY4

Voordelen en beperkingen van die voordelen
De techniek heeft één overduidelijk en een potentieel milieuvoordeel.
Overduidelijk is dat het vliegtuig bijna muisstil is. Het stijgt op met een elektromotor op een batterij.
Potentieel kan de techniek zero emission en duurzaam zijn, als de waterstof uit de elektrolyse van water komt, en als die elektrolyse plaats vindt met wind- of zonnestroom. Het is niet ondenkbaar dat het ooit zo ver komt.

Het is ook verstandig, zoals meestal in duurzame energiezaken, om je niet meteen rijk te rekenen. Iedereen rekent aan zijn eigen toko (de vliegsector is daar ijzersterk in), maar het probleem komt als alle toko’s bij elkaar worden opgeteld.
Een eenvoudige beschouwing ziet er als volgt uit. Het netto vermogen (op topsnelheid) van de HY4  is 80kW, de efficiency van de motor en de brandstofcel samen ca 40%, dus gaat er 200kW uit de waterstoftank de brandstofcel in. Het comprimeren heeft 6% verlies gekost, dus je moet rekenen alsof het vliegveld 212kW levert.
Het rendement van de elektrolyse is ca 80%, dus moet er 265kW stroom de elektrolyse ingaan en bij het gangbare rendement van zonnepanelen is daar 1500m2 zonnepaneel voor nodig waar de zon in ideale omstandigheden recht op schijnt. Omdat dat in werkelijkheid niet zo is, heb je grofweg 10* zoveel nodig.
Dus: als de vlucht bijvoorbeeld 5 uur duurt, moet de gemiddelde opbrengst van anderhalve hectare zonnepaneel gedurende 5 uur er aan worden toegerekend.
Dat kan wat minder worden als het rendement van zonnepanelen toeneemt, maar duidelijk is dat  de energievraag van de luchtvaart niet meteen opgelost is.

Voor welk economisch model geschikt?
Het persbericht van DLR noemt als mogelijke toepassing de inzet als elektrische luchttaxi. Een blik op de kaart met Duitse vliegvelden leert, dat dat op zich technisch niet zo raar gedacht is.
Financieel kan het ongetwijfeld nog niet uit, maar dat is eigenlijk nog de minste zorg.

Duitse vliegvelden
Duitse vliegvelden

Tegelijk leert deze blik ook dat dit een niche is. Ook de DLR verwacht in zijn persbericht, dat de gangbare wijze van vliegen die met straalverkeersvliegtuigen blijft. Maar voor de omgeving van drukke vliegvelden kan het geluids- en emissievrij maken van de kleine luchtvaart enige verlichting in de ellende brengen.

Parachutisten springen op Texel
En nog een niche: het parachutisten vliegen en rondvluchten op Texel. Ik ben daar eens op vakantie geweest en ik heb me kapot geërgerd aan die bromvlieg die de hele dag in de lucht hing.
Dat lijkt me een mooie niche om zo snel mogelijk te vervangen door een waterstofvliegtuig.

Zie verder:
Nieuwe elektromotor van Siemens voor vliegtuigen kansrijk?

Siemens-vliegtuig vliegt hybride elektrisch – update

Het elektrische vliegtuig van ir. Gologan (en van anderen)

Een vliegtuig op zonnepanelen kan, maar is geen oplossing – updat 26 juli 2016

Update: De Solar Impulse is weer terug waar hij begon, in Abu Dhabi. Op 26 juli 2016 zette hij zijn wielen weer aan de grond.

De Solar Impuls 2 is weer terug in Abu Dhabi op 26 juli 2016
De Solar Impuls 2 is weer terug in Abu Dhabi op 26 juli 2016

Op de foto de piloten Piccard en Borschberg.
Ze hebben 40.000 km achter de kiezen in ongeveer 800 uur zuivere vliegtijd. De reis heeft veel langer geduurd (van 9 maart 2015 tot 26 juli 2016), maar dat kwam vanwege storingen en vanwege slecht weer. de Solar Impuls 2 is een extreem mooi weer-vliegtuig.
Piccard meent “I’m sure that within the next 10 years we’ll see electric airplanes carrying 50 passengers on short- to medium-haul flights,”. Ik geloof er niets van, tenzij hij erbij zegt dat hij hybride elektrische vliegtuigen bedoelt. Dan zou hij gelijk kunnen hebben.

Niettemin een geweldige prestatie, die nog meer voor duurzame energie als voor duurzaam vliegen van belang is.

De Scientific American van 9 maart 2015 geeft een mooi verhaal met mooie foto’s over de Solar Impulse 2 die alleen op zonne-energie vliegt. Het vliegtuig is op 8 maart 2015 gestart in Abu Dhabi voor een tocht rond de wereld met als eerste stop Oman, waar het vliegtuig vanwege het weer een paar uur rondjes moest draaien  voor het kon landen.
Het vliegtuig is een prachtig voorbeeld van wat je met zonne-energie kunt (je kùnt ermee vliegen) maar ook wat je er niet mee kunt (namelijk er praktisch mee vliegen).

De Solar Impulse 2 in de hangar
De Solar Impulse 2 in de hangar

Het vliegtuig weegt 2300 kg, waarvan ruim een kwart opgaat aan vier lithium polymeer-batterijen. Het vermogen komt van 17248 monokristallijne ultradunne (135 micrometer) siliciumzonnecellen met een totale oppervlakte van 269,5 m2 en een rendement van 23%, die samen goed zijn voor 340 kWh/dag. De spanwijdte is 72 m, meer dan van een Boeing 747.

Spanwijdte-vergelijking met een Boeing 747
Spanwijdte-vergelijking met een Boeing 747

De topsnelheid is 140 km/uur. Er past één piloot in, die de beschikking heeft over 3,8m3 leefruimte met een geïmproviseerde toiletvoorziening.
Behalve in accu’s, slaat het vliegtuig overdag ook energie op als zwaarte-energie. Het vliegtuig klimt overdag naar 8500 m hoogte (de cockpit is onverwarmd en heeft geen overdruk!) en daalt ‘s nachts als een zweefvliegtuig naar 1500 m.

Wie de tocht om de wereld wil volgen kan naar http://www.solarimpulse.com/ gaan. Wie meer over de techniek wil weten kan het beste kijken op http://globalrevolution.org/en/our-story/#.VQOOtY5qJ7k

De Solar Impulse 2 in Abu Dhabi
De Solar Impulse 2 in Abu Dhabi

Het is prachtige techniek en een prima voorbeeld wat zonne-energie kan. Tegelijk is het een bewijs dat vliegen, hoezeer men dat ook zou wensen, niet duurzaam te krijgen is. Het is niet mogelijk om op deze basis een praktisch vliegtuig te bouwen.
Men kan zich geen vliegtuig voorstellen dat 100 echte mensen, met vracht, in een drukcabine in enkele uren betrouwbaar (en dus niet al te weer-afhankelijk) 3000 km weg brengt zonder gebruik van kerosine – zij het fossiel, zij het duurzaam. Dat is een van de redenen waarom ik er in deze kolommen steeds voor pleit om niet tot een te snelle en absolute afwijzing van biobrandstof te komen.

Hopelijk wordt er in 2050 een stuk selectiever gevlogen. Maar kerosine zal ook dan nodig blijken.

NHTV-lector zegt dat de techniek de luchtvaart niet duurzaam gaat maken

Ik heb in deze kolommen al verschillende artikelen gewijd aan het thema luchtvaart en klimaat, allemaal met de inhoud dat die twee niet met uitsluitend technologische middelen te verenigen zijn. De groei van het vliegen is zo explosief dat een haalbare verbetering per individueel vliegtuig vele malen ongedaan gemaakt wordt door het groeiende aantal vliegtuigen. Bovendien gaat een vliegtuig lang mee, waardoor nieuwe techniek slechts langzaam doorstroomt.
Er zijn talloze fake-verhalen uit luchtvaartkringen over elektrisch vliegen, biomassa, revolutionaire vliegtuigontwerpen en nieuwe motoren, zoals de counter rotating open rotor (waar steeds bij staat dat het ding een typhusherrie maakt). Die laatste is overigens niet zo nieuw als hij gepresenteerd wordt, want Wikipedia toont hem al op een Spitfire.

Counter rotating open rotor op een Spitfire
Counter rotating open rotor op een Spitfire

Zie bijvoorbeeld:
Schiphol geen doel, maar middel – brief aan Den Haag over Duurzaam Openbaar Vervoer
Ook het vliegen moet aan klimaateisen gaan voldoen! (bijgewerkt)
Het elektrische vliegtuig van ir. Gologan (en van anderen)

Nieuw is (althans in deze kolommen, want de man schrijft al heel lang over duurzaam toerisme) dat lector Paul Peeters van de Nederlandse Hogeschool voor Toerisme en Verkeer schrijft dat een duurzame luchtvaart niet mogelijk is en dat de luchtvaartwereld allerlei fratsen uithaalt om het tegendeel te suggereren.
Peeters heeft een HBO-opleiding vliegtuigbouw en heeft meegewerkt aan de Fokker50 en Fokker100. Enige kennis van de branche kan hem dus niet ontzegd worden.

Hieronder het begin van het persbericht van de NHTV over het onderzoek van Peeters. persbericht_NHTV_onduurzaam vliegen_mrt2016

De volledige tekst van het persbericht is te lezen op NHTV_persbericht_07-03-2016_Mythes-duurzaamheid-in-luchtvaart_Peeters

Ik kom nog nader op dit onderwerp terug.

 

Ook het vliegen moet aan klimaateisen gaan voldoen! (bijgewerkt)

De vliegwereld kent twee officiële mammoeten die bepalen hoe snel (liever gezegd, hoe traag) de vooruitgang is op milieugebied (geluid, toxische stoffen en klimaat). Dat zijn de IATA (die is van de maatschappijen zelf) en de ICAO (die is van de United Nations).
De IATA heeft zijn logische belangen (de luchtvaart moet alles mogen), de ICAO staat in principe los van de sector, maar in praktijk niet. De vooruitgang, die de ICAO toestaat, is traag traag traag.
vliegtuig_3
De ICAO heeft een commissie die zich met de milieuaspecten van het vliegen bezighoudt, de CAEP (Committee on Aviation Environmental Protection). Mocht u zelf willen kijken, kijk dan op http://www.icao.int/environmental-protection/pages/CAEP.aspx . IN die CAEP zitten 23 landen, waaronder Nederland.

Die CAEP heeft binnenkort, dus kort na de Klimaatconferentie in Parijs, zijn 10de vergadering. Daar moeten standaarden worden vastgesteld voor de komende paar jaar.

De luchtvaart is nu goed voor 3,5% van de mondiale broeikasgasemissies en zelfs 5%, als men ook het effect op wolkvorming meetelt. De verwachting is dat de broeikasgasemissies (in absolute zin) in 2050 enkele malen groter geworden zijn, terwijl (als het goed is) de rest van de economie vele malen minder loost. De relatieve verhouding gaat dus sky high.
De luchtvaart belooft van alles, maar de feiten zijn dat de efficiency van vliegtuigen de laatste jaren nauwelijks meer stijgt, maar dat het aantal vliegbewegingen exponentieel groeit.
Of historical trends in fuel burn for new jet aircraft 1960-2008
Of deze:

De ontwikkeling van de brandstofefficiency van vliegtuigen, uitgedrukt per type
De ontwikkeling van de brandstofefficiency van vliegtuigen, uitgedrukt per type

Ook de mogelijkheden van biomassa en andere vormen van synthetische kerosine worden veel te optimistisch weergegeven. Ze zijn niet nul, maar lang zo groot als de sector rondtoetert. Zie bijvoorbeeld mijn eerdere artikel Kun je zwavelvrije kerosine kopen?  en vooral het vervolg daarop Kun je zwavelvrije kerosine kopen ? (vervolg)

Op de Parijse Klimaatconferentie wist de luchtvaart (net als de scheepvaart) geheel buiten schot te blijven. Het is een sterke lobby!
Als men er een expert over aan het woord wil zien, kijk op http://www.transportenvironment.org/newsroom/blog/paris-engine-aviation-innovation

Daarom is van belang wat de sector nu zelf gaat besluiten. Met andere woorden, hoe de CAEP de nieuwe standaarden gaat vaststellen. En dat kan nog alle kanten op.
Het gaat om drie cruciale besluitvormingsgebieden:
a) of de standaard alleen voor nieuwe types (NT) ingaat of ook gaat gelden voor types die al in productie zijn (InP)
b) op welke datum de standaarden ingaan
c) hoe streng ze zijn. Dat wordt aangeduid met een code die in officiële kringen van SO6 t/m SO9 loopt, en die volgens de ICSA (een NGO, dus geen regeringsinstelling) ook wel tot SO10 zou kunnen lopen (hoger getal = strenger). Zie http://www.icsa-aviation.org/home .
De EU-inzet voor nieuwe types start met SO7, de VS (en mogelijk Canada) wil SO9. Aan de andere kant willen landen als Brazilië en Rusland veel lagere SO’s.
De EU-inzet voor types die in productie zijn (dus InP) start met SO6, de VS (en mogelijk Canada) wil SO8 of SO9 . Omdat vliegtuigen decennia lang meegaan, is met name de InP – keuze bepalend voor de klimaatuitkomst.
De slechtste keuzecombinatie komt in praktijk neer op niets doen. De bulk van wat nu vliegt is technologie uit 1980.
De EU-delegatie in de CAEP heeft dus een slappe inzet.

Daarom hebben een aantal internationale milieuorganisaties (waaronder Transport & Environment) een brief aan de Europese Commissie gestuurd met de eis dat de EU in de CAEP-vergadering voor SO9 moet gaan, zowel NT als InP.

In Nederland is de actie opgepakt door Natuur&Milieu, (mijn) Milieudefensie, Greenpeace en (mijn) Werkgroep Toekomst Luchtvaart. Die hebben de internationale brief aan staatssecretaris Dijksma gestuurd, met een Nederlandse aanbiedingsbrief erbij.
Uiteraard ben ik het hier geheel mee eens.

Wie de brief lezen wil (maar voor de internationale brief moet je wel een diehard zijn), zie –> brief aan Dijksma plus brief aan Europese Commissie

Het gaat dus uiteindelijk om deze prognose:

De data, die de ICAO gebruikt voor "technological and operational inprovements" zijn op het optimistische scenario gebaseerd
De data, die de ICAO gebruikt voor “technological and operational inprovements” zijn op het optimistische scenario gebaseerd

Voor de rest van de wereld zou de CO2 – productie t.o.v. 1990 moeten dalen….

Het elektrische vliegtuig van ir. Gologan (en van anderen)

De Electra One Solar boven de Alpen
De Electra One Solar boven de Alpen

Ik lag dus op vrijdag 22 januari ziek op de bank TV te kijken (wat ik in gezonde toestand meestal niet doe), zie ik eerst De Heer (zie vorig artikel) en dan op ARTE het elektrische vliegtuig van dr. Ir. Calin Gologan. Er werd veel lof over gesproken.

Nu ben ik als secretaris van het Platform de 10 Geboden voor Eindhoven Airport altijd geïnteresseerd in technische ontwikkelingen die het leven van omwonenden van vliegvelden aangenamer maken. Gologan heeft dat als een van zijn doelen expliciet geformuleerd en de man verdient dus al bij voorbaat sympathie. Maar, werkt het ook? Het antwoord blijkt enerzijds-anderzijds.

Dr. Gologan
Gologan heeft een eigen bureau, PC-Aero GmbH, dat adviezen geeft en ontwerpen maakt t.b.v. luchtvaartgeïnteresseerden. Hij is een vakman. Na enig vallen en opstaan (een showvlucht voor sponsors eindigde voor Venetie in zee, maar zonder noodlottige gevolgen) heeft bij eerst de Electra One gebouwd (die op uitsluitend accu’s vloog), en daarna de Electra One Solar (die op accu’s en – in gunstige omstandigheden voor 30% – op zonnecellen vloog. Er staan hogere ambities op stapel, zoals een tweezitter.

Enerzijds heeft Gologan een mooi en (voor zover ik dat beoordelen kan) goed vliegtuig gebouwd. Zijn piloot is er op 25 juni 2015 mee van Unterwössen in Duitsland over de Gross Glockner naar Lienz in Tirol gevlogen, en een week later van Lienz naar Zell am See (en toen was het bepaald geen goed weer).
Anderzijds weegt de eenzitsversie van het vliegtuig (met accu’s) 180kg en mag er maar 100 kg lading mee (de piloot inbegrepen). Dan vliegt het met een kruissnelheid van 140km/uur maximaal 500km (aldus de specificaties van PC_Aero zelf). De op stapel staande tweezitter kan 200kg meenemen en vliegt 80km/uur (maar wel veel verder).
Je kunt er dus wel mee vliegen, maar de vraag is wat je daar precies aan hebt.

De E-Genius van de Universiteit van Stuttgart
Gologan is niet de enige die een elektrisch vliegtuig gebouwd heeft. De Universiteit van Stuttgart heeft bijvoorbeeld de E-Genius gebouwd, welk ontwerp door de universiteit zelf een “motorsegler” genoemd wordt. Ook dat ding heeft boven de Alpen gevlogen. Het is een tweezitter die tot 200kg kan meenemen en 140-200 km/uur kruissnelheid vliegt.

De E-Genius van de Universiteit van Stuttgart
De E-Genius van de Universiteit van Stuttgart

De specificaties van de E-Genius lijken eigenlijk best wel veel op die van de toekomstige tweezits-versie van de Elektra Ons Solar. Dat is geen toeval, want het zijn beide in essentie goede zweefvliegtuigen met een elektromotor, die geheel of grotendeels gevoed wordt uit een accu. Het glijgetal van beide is 34 (ter vergelijking: het glijgetal van groot verkeersvliegtuig wordt meestal op 15 a 20 geschat, van een Cessna ergens rond de 7 en van een albatros is 22 a 23).

De E-Fan van Airbus
In Stuttgart zijn ze begonnen met waar nog een andere mededinger, Airbus, al vanaf het begin af aan naar toe werkt, namelijk een hybride vliegtuig. De elektromotoren worden aangevuld met een fossiele brandstof-motor, die onder het vliegen de accu’s bijlaadt. Je kunt het verge-
lijken met een range extender in een elektrische auto of met een hybride auto. Voordeel is dat je aan minder beperkingen gebonden zit.

De E-fan 1 van Airbus
De E-fan 1 van Airbus

Met de Airbus E-fan zijn ze onlangs over het Kanaal gevlogen. Het nog puur een onderzoeksvliegtuig. De site van Airbus is vooral scheutig met propaganda, maar Wikipedia geeft dat het ding volledig op accu’s vliegt, een kruissnelheid heeft van 160km/h en een glijgetal van 16.
Het vervolg-project E-Fan 4.0 moet dieselelektrische vierzitter worden en in 2019 zijn eerste vlucht maken. In 2030 zou (naar men zegt) er een regionaal vliegtuig zijn voor 70 tot 90 passagiers dat elektrisch opstijgt en dan dieselelektrisch vliegt.

Heb je er als omwonende van Schiphol en Eindhoven Airport wat aan?
Dit verhaal, met respect voor de technische prestaties, is terughoudend geschreven waar het om de praktische bruikbaarheid gaat voor de omgeving van een groot vliegveld, waar veel mensen onder praktische omstandigheden op vakantie of zakenreis gaan in vliegtuigen die als regel 900km/uur vliegen.
Ik zie nog niet dat dit verhaal in 2020, als zowel rond Schiphol als rond vliegveld Eindhoven het regime verandert, een rol gaat spelen.
Of hybride vliegtuigen een rol spelen in 2030, zal sterk van de omstandigheden afhangen, zoals de koolstofprijs, de strengheid van de luchtvaartregulering, of er een goede directe treinverbinding naar een bestemming gaat. Misschien is het iets voor een verbinding als Amsterdam of Eindhoven – Heathrow of Glasgow of Dublin of Oslo of in die geest. Koffiedik kijken.

Ik heb de mening dat puur elektrisch vliegen niet veel nut lijkt te gaan krijgen, maar dieselelektrisch misschien wel, eerder neergelegd in Siemens-vliegtuig vliegt hybride elektrisch

Het kan sowieso geen kwaad aan te sturen op een zo scherp en
duurzaam mogelijke regulering.

Provincie werkt mee aan UFS-onderzoek rond vliegveld Eindhoven, dringt aan op ontzwaveling van kerosine

Persbericht                                                    Eindhoven, 2 januari 2016

Provincie werkt mee aan ultrafijn stof onderzoek rond vliegveld Eindhoven, en dringt aan op ontzwaveling van kerosine

Het College van Gedeputeerde Staten van Noord-Brabant (GS) is bereid om mee te werken aan onderzoek naar ultrafijn stof (UFS) rond vliegveld Eindhoven. Dat blijkt uit het antwoord op eerdere, door de SP gestelde, vragen.
Immers, zo redeneren GS, bij Schiphol leveren de vliegtuigen een UFS-
bijdrage die te vergelijken valt met die van wegverkeer in binnen-
stedelijk gebied. De situatie rond vliegveld Eindhoven kan slechts door nader onderzoek worden vastgesteld. GS zullen daarom het ministerie van I&M vragen om Eindhoven te betrekken bij het toekomstige vervolgonderzoek van het RIVM. Verder wijzen GS op de beschikbaarheid van het Eindhovense AiREAS-systeem.
GS bekijken later of dit extra geld mag kosten.

UFS-contouren rond Schiphol met (op schaal) de regio Eindhoven ingetekend. In gedachten ligt hier de Eindhovense baan op de Kaagbaan.
UFS-contouren rond Schiphol met (op schaal) de regio Eindhoven ingetekend. In gedachten ligt hier de Eindhovense baan (groene streep) op de Kaagbaan.

Ultrafijn stof ontstaat onder andere omdat kerosine zwavel bevat. Het is een soort rode diesel. Deze vervuiling zou met technische middelen eenvoudig en goedkoop op te lossen zijn, maar daartoe zijn internationale afspraken nodig.
GS zullen aan het Rijk laten weten de ontzwaveling van kerosine van groot belang voor leefbaarheid en milieu te vinden.

GS vinden het voorbarig om nu al scherpere technische toelatingseisen te stellen aan civiele vliegtuigen op Eindhoven Airport. Ze vinden nader onderzoek nodig of dat kan en zo ja, welke eisen. Defensie wordt uit-
genodigd mee te doen aan gesprekken over dit onderwerp.

GS verwijzen naar het nog op te richten uitvoeringsoverleg, zoals dat in het Aldersadvies vastgesteld is. De voorwaarden waaronder dit uitvoeringsoverleg zal gaan functioneren, worden nu vastgesteld.
Dit alles verklaren GS (dd 15 december 2015) in antwoord op vragen van de SP (dd 27 november 2015) over de productie van ultrafijn stof (UFS) door de civiele en militaire straalmotoren op vliegveld Eindhoven. Eigen analyses van de SP, gebaseerd op het in september jl gepubliceerde RIVM-onderzoek bij Schiphol, hadden aannemelijk gemaakt dat het vliegverkeer in dicht op de baan gelegen woongebieden als Wintelre, Zand-Oerle, Veldhoven-de Kelen en Eindhoven-Zandrijk tot fors hogere UFS-concentraties moest leiden.
Andere onderzoeken naar de luchtvervuiling door het vliegen komen tot vergelijkbare uitspraken.

Nadere inlichtingen bij Willemieke Arts, SP-woordvoerder mobiliteit, 040-2454879, warts@brabant.nl

Zie ook
Antwoord op vragen dd jan 2015
Tekst van de bijbehorende vragen dd nov 2015
De volledige tekst van het antwoord van GS dd dec 2015–>Beantwoording door GS van SP-vragen dd nov2015 over UFS en EhvA

SP_logo_nieuw_cmyk

Sterfteschattingen door luchtverontreiniging luchtvaart

Er is al veel onderzoek gedaan aan de milieu-effecten van de emissies van het vliegverkeer en de gevolgen daarvan voor de volksgezondheid. De nieuwste loot aan deze stam is een onderzoek “Global, regional and local health impacts of civil aviation emissions”. Dat is op 26 februari 2015 gepubliceerd in Environmental Research Letters. Het is een Open Access publicatie en u vindt hem hier –> Global, regional and local health impacts of civil aviation emissions_febr2015 .

Het is het eerste onderzoek dat uitspraken doet op alle schaalniveau’s: orde van grootte 1 km, 10, 1000 en 10000. Dat is van belang, want de wetmatigheden onder pakweg 3000ft hoogte (ongeveer 1 km) zijn anders dan op kruishoogte. Beide hebben belangrijke gezondheidseffecten.
De emissies van grote hoogte waaien ver weg en combineren o.a. met ammoniak uit de veeteelt, met pieken in India en China. De emissies van de LTO-fase (Landing and Take Off) zijn veel lokaler.

De studie doet uitspraken op beide niveaus. Daartoe wordt de omgeving van de bestudeerde 968 luchthavens in de wereld (goed voor 94% van het brandstofverbruik), waar mogelijk, met gedetailleerde modellen geanalyseerd en wordt de rest van de wereld op een grovere schaal ingedeeld. Dat leidt tot ingewikkelde rekenmodellen.
PM2-5 door luchtvaart
De verdachten zijn ozon en PM2.5 . Dat zijn alle deeltjes kleiner dan 2.5μm: druppeltjes zuur, roetachtige stoffen, kristalletjes ammoniumzouten etc. Beide categorieën zijn gevaarlijk. De aanname is dat binnen de categorie PM2.5 alle bestanddelen even gevaarlijk zijn.

Het eindresultaat van de studie valt te vangen in enkele slagzinnen:

Mondiaal kost de door het vliegen veroorzaakte luchtvervuiling jaarlijks 16000 mensen voortijdig het leven, 4000 door de LTO-fase en 12000 door vliegen op kruishoogte. Hetzelfde anders uitgedrukt: 5000 binnen 20km van de beschouwde vliegvelden en 11000 erbuiten.
Van die 16000 komt 87% van PM2.5 en 13% van ozon.
Bij een discountvoet van 2% richt de door de luchtvaart veroorzaakte luchtvervuiling jaarlijks voor $21 miljard schade aan. Dat is (bij die discountvoet) grofweg de helft van de via de klimaatroute veroorzaakte schade en ruim 10* zoveel als de door luchtvaartgeluid en vliegtuig-
ongevallen veroorzaakte schade. (De schade door geluid wordt overigens bepaald door de waardedaling van vastgoed en staat – met een grote onzekerheidsmarge – voor $1,6 miljard in de studie).
PM2-5 Europa
De studie doet ook uitspraken op schaal van werelddelen. Daarvan noem ik alleen Europa.
Vanwege de bevolkingsdichtheid en het grote aantal vliegvelden heeft de LTO-fase hier verhoudingsgewijze veel meer impact.
Van de 5000 mensen, die mondiaal voortijdig overlijden en die binnen 20km van een luchthaven leven, woont 38% in Europa (dus 1900).
Van de mondiale, door de emissies van de luchtvaart veroorzaakte, economische schade van $21 miljard draagt Europa zowat de helft (10 miljard).
milieuschadetabel_luchtvaart

In een straal van 20km rond Schiphol en Eindhoven Airport
De studie doet geen uitspraak over afzonderlijke vliegvelden. De hierna volgende rekenexercitie komt dus voor mijn eigen rekening en berust op simpele evenredigheden, die niet meer pretentie hebben dan tot een grove schatting te leiden.

Het aantal vluchten in Europa was in 2014 ongeveer 9,6 miljoen. Daarvan nam Schiphol er 0,44 miljoen voor zijn rekening, dus 4,6%. Dat percentage van de 1900 Europeanen, die jaarlijks voortijdig overlijden en binnen 20km van een vliegveld wonen, zou voor een cirkel met een straal van 20 km rond Schiphol op 87 uitkomen (met een flinke onzekerheidsmarge).
Omdat Eindhoven Airport ongeveer 1/11 deel van Schiphol is, moeten dat er in een straal van 20km rond Eindhoven Airport in 2014 ongeveer 8 geweest zijn. Alleen door het civiele vliegen – het militaire vliegen voegt er wat aan toe, maar waarschijnlijk minder.
aantal vluchten in Europa
Ik denk dat op de totale sterfte in een straal van 20 km rond het Eindhovense vliegveld die 8 geen groot getal is. De auto heeft heel wat meer gezondheidsschade op zijn geweten. Maar de emissies van de auto zullen op termijn dalen, terwijl die van het vliegen nog steeds exponentiëel stijgen.
Die acht zou wel ten dele te vermijden zijn als de trein een grotere rol in het internationale verkeer speelde, als mensen minder vaak op een verre vakantie gingen en als kerosine geen zwavel bevatte.

Daarnaast kunnen ziektes ontstaan of verergeren waaraan mensen niet vervroegd dood gaan, maar wel lijden. Die cijfers worden niet in deze studie meegenomen. Dat is ongetwijfeld een veelvoud van die 8.