Tag: contrails

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

Het gestolen licht

De documentaire van Peter Bosman
Peter Bosman had een documentaire gemaakt over de schade (nauwkeurig gezegd één van de schadevormen) die het vliegen veroorzaakt. Die was bedoeld voor documentairefestivals, maar die gingen vanwege Corona niet door.
De documentaire gaat over strepen (contrails) en de daaruit voortkomende (induced-)cirrusbewolking. Door corona wordt er zeer veel minder gevlogen en dat zie inderdaad in de lucht.
Daarom heeft Bosman besloten om de documentaire kosteloos online te zetten. De nederlandstalige versie is te vinden op https://youtu.be/RAFZU-beDa0 . De afbeeldingen hierna zijn stills uit de documentaire.

Contrails zijn wel eens aanleiding voor wilde complotverhalen over duistere Illuminati die allerlei enge dingen met de mensheid zouden willlen, maar daar gaat deze documentaire niet over. Die bevat goede natuurkunde en scheikunde en laat relevante deskundigen aan het woord, waaronder Paul Peeters en weerman Reinier van den Berg.

Het KNMI houdt de boot af over contrails en cirrus. Het kent alleen ‘hoge sluierbewolking’ zonder een oorzaak te benoemen. Men zou dit een versluierend taalgebruik kunnen noemen.

De hemel tijdens en na de Eyjafjallajökull-uitbarsting

Contrails ontstaan bij specifieke combinaties van druk, temperatuur en relatieve luchtvochtigheid. Dit wordt beschreven in het Schmidt-Appleman criterium uit 1940. Militairen kennen dit criterium uiteraard en kunnen, als ze niet vanaf de grond gezien willen worden, proberen om, onder of over gebieden heen te vliegen waar die strepen kunnen ontstaan.


Het Schmidt-Applemancriterium

In de documentaire komt ook Vincent Dekker aan te woord, die wetenschapsjournalist was bij trouw en die zeer gedreven net zijn zonnepanelen bezig is. Het viel hem op dat als er veel strepen in de lucht zijn, hem dat wel een kwart kon schelen in de opbrengst van zijn zonnepanelen. Op 15 februari 2020 kwam hij zonder contrails aan 6,78kWh en bij hetzelfde weertype, op 16 februari, op 5,12kWh.
10% verlies op een kwaaie dag is een gangbaar getal.
Over alle PV-panelen in Nederland kan dat per dag oplopen tot €600.000 waarde van verminderde opbrengst.

Nu is dat een piek-effect. Gemiddeld is het uiteraard minder. Een geïnterviewde Oostenrijkse professor heeft er onderzoek naar gedaan en noemt een jaargemiddeld lichtverlies van 0,5 tot 1% verlies reëel, en daarmee tot 0,5 tot 1% gewasopbrengst, wat resulteert in €2500 tot €5000 per bedrijf per jaar.
Volgens Harald van der Meulen van Wageningen tikt dat over heel Europa aan tot ruwweg € 1 miljard per jaar opbrengstderving in de landbouw.

Klimaateffecten van contrails en induced cirrus
Bosman spreekt in zijn documentaire in het voorbijgaan over een opwarmend effect van contrails en cirrus, maar legt dat niet echt uit omdat het hoofdthema over verlies van zichtbaar licht op de grond gaat.

Hierna een toevoeging door mijzelf .
Het weerkaatsen van zichtbaar licht door contrails en cirrus (dus overdag) heeft op zich een koelend effect op de aarde. Toch is het netto effect van contrails en cirrus opwarmend, omdat ook de uitgaande infraroodstraling (IR) weerkaatst wordt (en dat gebeurt overdag en ’s nachts). Niet voor niets vriest het ’s winters het hardst in heldere nachten: de IR-straling vliegt ongehinderd door wolken de ruimte in.

Alle effecten samen leiden tot een specifiek klimaatpatroon. Dat o.a.uitgelegd staat in IMPACT OF AVIATION ON CLIMATE (Brasseur, 2016), waaruit de volgende afbeeldingen afkomstig zijn.  

(RF is een wetenschappelijke afkorting die in praktijk ongeveer evenredig is met een temperatuurverandering
NH = Northern Hemisphere, BC – Black Carbon (roet) – bedoeld wordt het directe effect, LC = Linear Contrail)

Ook vanuit klimaatperspectief is het van belang om contrails en cirrus mee te nemen.

16 februari vliegveld informatiebijeenkomst Knegsel

Bij de afbeelding.
In deze rits afbeeldingen (achtereenvolgens overdag, ’s nacht en samen) van het opwarmend effect door contrailvorming langs vliegroutes op het Noordelijk Halfrond. Contrails zijn die vliegtuigstrepen in de lucht. Die strepen kunnen eventueel uitgroeien tot hoge cirrusbewolking. Beide werken netto verwarmend.
Kerosine (en met name vervuilende conventionele kerosine) bevordert de contrailvorming op 10 a 12 km hoogte, omdat de roetdeeltjes als ijskernen fungeren.

Vliegen en het klimaat: Wat is er aan de hand ??          

Het Beraad Vlieghinder Moet Minder (BVM2) organiseert een nieuwe informatieve bijeenkomst in zaal De Leenhoef in Knegsel. Deze bijeenkomsten zijn inmiddels een traditie geworden.

Op 16 februari komen in elk geval de volgende onderwerpen aan de orde:

  • De Wereld Gezondheids Organisatie (WHO) heeft onlangs vastgesteld dat vliegtuiggeluid boven de 45 dB Lden medische risico’s oproept. De 45 dB Lden-contour rond Eindhoven Airport omspant een stuk meer ruimte dan de 20Ke – zone , die nu als ‘zachte’ ruimtelijke grens gehanteerd wordt. Enkele nieuw-geplande woonwijken liggen buiten de 20Ke-zone, maar op of binnen de 45dB Lden-zone.
    Bernard Gerard zal dit in beeld brengen.
  • Wim Scheffers en Klaas Kopinga bespreken hun ervaringen tot nu toe in de Proefcasus.
  • Pauze
  • Het hoofdthema wordt toegelicht door Cas van Kleef (Greenpeace) aan de hand van de inbreng van de Groene Elf in de consultatie ten behoeve van de Luchtvaartnota. In dit Position Paper eisen de Groene 11 dat de luchtvaart dezelfde reductie aan broeikasgassen moet realiseren dan de rest van de transportsector. Dat is veel meer dan de luchtvaart zichzelf tot doel gesteld heeft.
    De Groene 11 bestaat uit de provinciale Natuurfederaties, Natuurmonumenten, Greenpeace, Milieudefensie en nog een aantal andere milieu- en natuurorganisaties.
  • Uiteraard is er gelegenheid voor vragen en discussie.

De bijeenkomst vindt plaats:

Op zaterdag 16 februari 2019
Van 11.00 tot ca 13 uur
in Zaal de Leenhoef in Knegsel