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.

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)