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:

Leave a Reply

Your email address will not be published.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.