Synthetische kerosine veroorzaakt minder strepen in de lucht – en daarmee minder klimaatopwarming

Het onderzoeksvliegtuig van de DLR, een omgebouwde A320

Het vermoeden, of de zekerheid, bestaat al langer dat de volgende keten van uitspraken geldt:

  • Synthetische kerosine (bio- of elektro-uit CO2 ) bevat minder aromatische koolwaterstoffen (benzeen en daarvan afgeleide verbindingen) dan gangbare jet fuel Jet A1
  • Minder aromatische koolwaterstoffen geeft bij verbranding minder roet
  • Op 10 km hoogte fungeren roetdeeltjes als groeikern voor ijskristallen
  • Daardoor ontstaan strepen (‘contrails’)
  • Die contrails hebben een krachtig opwarmend effect (beduidend meer als CO2, mogelijk twee maal zo groot)
  • Minder groeikernen, bij evenveel water uit de uitlaat, leidt tot minder, maar grotere ijskristallen
  • Die vallen sneller naar beneden naar warmere luchtlagen, waardoor de contrails sneller wegtrekken
  • En dus is het opwarmend effect van synthetische kerosine op kruishoogte kleiner dan van fossiele kerosine

De geleerden zijn het redelijk eens over de hoofdlijnen van dit verhaal, maar sommige stappen berusten op computermodellen of moeizame proeven in klimaatkamers. Met name de wisselwerking tussen roet en ijs was (tot nu toe) niet feitelijk in situ gemeten.

Daar voorziet een recente studie in van het Deutsches Luft- und Raumfahrtlaboratorium (DLR)  in.
Het is (open access) te vinden op https://www.nature.com/articles/s43247-021-00174-y alwaar onderstaande afbeelding te vinden zijn.
Bovenstaande foto (rechten DLR) komt van https://www.nasa.gov/press-release/nasa-dlr-study-finds-sustainable-aviation-fuel-can-reduce-contrails . Daar staat ook een redelijk leesbare samenvatting.

Het DLR heeft een omgebouwde A320 waarmee geëxperimenteerd kan worden (bovenstaande foto) .
De NASA heeft een omgebouwde DC8 waarmee allerlei metingen gedaan kunnen worden.

De laatste ging op wisselende afstanden (5 tot 40km) achter de eerste aanvliegen en probeerde in de ‘plume’ te vliegen, en daarmee soms ook in de contrail (contrails worden alleen onder bepaalde atmosferische omstandigheden gevormd, dus dat lukt niet altijd. Het is geen sinecure om dat goed te doen, maar men kon om de seconde meten dus het ging vaak genoeg wel goed.
Er zijn twee meetvluchten geweest.

Brandstoftabel

De brandstoffen Ref1 t/m Ref4 zijn fossiel met uiteenlopende specificaties.
Naphtaleen is twee benzeenringen ana elkaar, dus de eenvoudigste polycyclische aromaat.
De rechtermotor van de A320 werd gevoed met Ref2 – brandstof. Die diende ter vergelijking.
Voor de linkermotor waren drie mengsels geprepareerd, bestaande uit een van de fossiele kerosines Ref1, Ref3 of Ref4, en biokerosine HEFA-SPK (uit afvalvet en -olie) en FT-SPK (Fischer-Tropsch uit  kolen). Zuivere Ref3 was ook de bedoeling geweest, maar dat is deels mislukt omdat op dat moment de atmosfeer geen strepen wilde maken.

Op dit moment mag bio-synthetische kerosine tot 50% worden bijgemengd omdat de rubber pakkingen in straalmotoren op dit moment nog een minimumpoercentage van ruim 8% aan aromatische koolwaterstoffen eisen.
Het zwavelgehalte is bij zuivere bio- of synthetische kerosine sowieso nagenoeg nul, en om dat zo te houden zijn Ref3 en Ref4, naar de maatstaven van fossiele kerosine, uiterst zwavelarm. Dit is gedaan omdat er een grote soep aan vluchtige stoffen uit vliegtuiguitlaten komt, waaronder zwavelverbindingen, en om ervoor te zorgen dat die soep de onderzoeksvraag niet verstoort die vooral over roet gaat.
Roet (‘soot’) is ‘non-volatile’.

Je krijgt er uiteindelijk dit soort diagrammen uit:

Metingenoverzicht

Blijkt dat de synthetische kerosinemengsels een stuk minder roet en een stuk minder ijskristallen vormen dan de fossiele Ref2.

Men kan verschillende grootheden  tegen elkaar afzetten (vertikaal  per kg brandstof) en dat geeft onderstaande afhankelijkheden (let wel: de vier of vijf gekleurde hokjes bovenin, met afkorting, zijn de legenda). De vertikale intervallen door een blokje heen geven de foutmarge en de afzonderlijke metingen aan.

Meer waterstof en minder naphtaleen (hier als vertegenwoordiger van de Polycyclische aromatengroep opgevoerd) geven dus minder roet en minder ijskristallen.

Als men de roetdeeltjes en de ijsdeeltjes (beide per kg brandstof0 tegen elkaar afzet, geeft dat het onderstaande. Het lijkt grofweg een evenredigheid, dus mocht het mogelijk worden roetloze brandstof te maken (wat niet denkbeeldig is), dan zijn er geen strepen meer.

Overigens: roet en de soep aan vluchtige stoffen in de uitlaatgassen zijn relevant voor de luchtkwaliteit rond een vliegveld, maar daarover gaat dit verhaal niet.

Elders op deze site is al eerder over het onderwerp geschreven,
zie Aerosolen door vliegen versterken klimaatopwarming, anders dan algemene beeld
zie Bijgemengde biokerosine halveert de deeltjesuitstoot
zie EC: niet CO2 – klimaateffecten vliegen dubbele van CO2 – effect (update)
zie Het gestolen licht

Leave a Reply

Your email address will not be published.

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