Battery used Battery charging

LOW←TECH MAGAZINE

De onmogelijkheid van het elektrische lijnvliegtuig

Ondanks de veel grotere batterij zou een elektrisch vliegtuig in praktijk niet verder raken dan een elektrische auto.

image

Foto: Wright Electric en Easyjet willen in 2027 elektrisch vliegen.

In 2016 werd op Schiphol 3,8 miljoen ton kerosine getankt, ruim 2,5 procent meer dan het jaar ervoor. Het brandstofverbruik van vliegtuigen is bijna even hoog als dat van personenauto’s (5 miljoen ton in 2016). Ook in Vlaanderen ligt het energieverbruik van het vliegverkeer erg hoog. Nu elektrische auto’s aan een opmars bezig zijn, wordt hier en daar ook gedroomd van elektrische vliegtuigen, waarmee we snel, ver én duurzaam kunnen reizen. Maar die vlieger gaat niet op –- of toch niet voor lang.

Actieradius

Een auto met verbrandingsmotor kan ongeveer duizend kilometer ver rijden zonder bij te tanken, terwijl een elektrische auto in praktijk maar honderd tot tweehonderd kilometer ver raakt. Dat is echter geen fundamenteel probleem, want de gemiddelde auto in Nederland rijdt hooguit dertig tot veertig kilometer per dag. Het grootste deel van het wagenpark zou dus elektrisch kunnen rijden. Bij elektrische vliegtuigen is die verhouding echter omgekeerd.

Het verschil in actieradius is bij vliegtuigen veel groter dan bij auto’s. In een elektrische auto wordt de lage energiedensiteit van batterijen deels gecompenseerd door de batterij veel groter te maken dan de brandstoftank. Hoewel een kilogram lithium-ion batterijen zestig keer minder energie bevat dan een kilogram fossiele brandstof, is de actieradius van een elektrische auto slechts vijf tot tien kleiner dan de actieradius van een auto met verbrandingsmotor.

Bij vliegtuigen kan deze strategie niet worden toegepast, want een volle brandstoftank is nu al goed voor 20-50% van het totale gewicht van een vliegtuig. Een veel grotere en zwaardere batterij installeren kan alleen als er passagiersruimte wordt opgeofferd –- maar dan zijn er meer vliegtuigen nodig om evenveel mensen te vervoeren.

image

Foto: De N3-X, een concept voor een elektrisch vliegtuig door NASA.

Een lijnvliegtuig met straalmotor heeft een actieradius tot ongeveer 15.000 km. Aangezien de batterij niet zwaarder kan zijn dan de brandstoftank, en zestig keer minder energie bevat, daalt de actieradius van een elektrisch lijnvliegtuig volgens deze maatstaf dus tot ongeveer 250 kilometer. Omdat een elektrische aandrijving dubbel zo efficiënt is als een straalmotor, kan de lagere energiedensiteit van de batterij deels worden gecompenseerd, maar ook dan halen we een bereik van slechts 500 kilometer.

Bovendien moet er ook reservebrandstof mee (15-50% afhankelijk van de afstand) en is er energie nodig voor allerlei subsystemen (besturing, navigatie, entertainment, ijsvrij maken van de vleugels, koelen van de batterij), waardoor de actieradius opnieuw daalt. Daarbij komt nog dat het gewicht van de batterij gedurende de hele vlucht gelijk blijft, terwijl de brandstoftank van een fossiel vliegtuig lichter wordt naarmate ze leeg raakt. De batterij van een elektrisch vliegtuig moet dus worden afgestemd op het maximale landingsgewicht, dat bij bestaande vliegtuigen 10-35% lager ligt dan het maximale gewicht bij het opstijgen.

Dat verschil maakt het mogelijk om lichtere en dus energie-efficiëntere vliegtuigen te bouwen, want romp en landingsgestel moeten niet zo sterk zijn. Een elektrisch vliegtuig heeft dit voordeel niet, zodat de actieradius opnieuw met 10-35% daalt. Uiteindelijk raakt een elektrisch vliegtuig dus niet verder dan een elektrische auto. als het al zo ver is.

Besparingspotentieel van elektrische vliegtuigen

Hoewel de meeste autoritten binnen de actieradius van de elektrische auto vallen, geldt dat zeker niet voor de doorsnee vliegtrip en de actieradius van een elektrisch vliegtuig. Een onderzoek in het Verenigd Koninkrijk, waar erg gedetaillerde vluchtgegevens worden bijgehouden, laat zien dat zelfs elektrische vliegtuigen met een actieradius van 1.000 km slechts 10% brandstof en CO2 zouden besparen. Deze besparing zou bij de huidige groei al na vier jaar worden uitgewist. Bovendien zijn dit afstanden die ook perfect met de trein kunnen worden afgelegd.

image

Voor een halvering van het brandstofverbruik is volgens het onderzoek een actieradius nodig van 6.000 km, voor een besparing van 90% wordt dat 10.000 km. Dit is niet realistisch, want het betekent dat de energiedensiteit van batterijen met een factor veertig zou moeten toenemen. Tussen 1908 en 2012 steeg de energiedensiteit van batterijen met een factor vijf, van ongeveer 30 watt-uur per kilogram naar 150 watt-uur per kilogram. Aan dit tempo zou het dus 800 jaar duren eer er een actieradius van 10.000 km zou kunnen worden bereikt.

De actieradius kan ook toenemen door een betere aerodynamica, zeker bij elektrische vliegtuigen omdat het vermogen over een groter aantal kleinere motoren kan worden verdeeld. Maar het is evenmin realistisch om een veertig keer betere aerodynamica te bekomen. Een beperkte actieradius is tot slot niet het enige probleem. De productie van de batterij kost ook energie (die het Engelse onderzoek niet mee in rekening brengt), het opladen van de batterij kost veel meer tijd of infrastructuur dan het voltanken van een brandstoftank, en een elektrisch vliegtuig is maar even duurzaam als de energiebron waarmee de stroom werd opgewekt.

Meer informatie: Electric dreams: the carbon mitigation potential of electric aviation in the UK air travel market.

91.61KB