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.
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.
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.
Reacties
Als je op dit artikel wil reageren, stuur dan een mailtje naar solar (at) lowtechmagazine (dot) com. Je gegevens worden niet voor andere doeleinden gebruikt. Blijf je liever anoniem, sluit dan je bericht af met een pseudoniem.
Reacties
Andreas
Goed artikel, op 2 (kleinere) nepargumenten na, die nl. ook voor kerosine gelden.
2)“De productie van de batterij kost ook energie (die het Engelse onderzoek niet mee in rekening brengt)”.
Patrick Debeuf
Lithium is het lichtste metaal dat beschikbaar is op aarde en in ons periodiek systeem der elementen, de vroegere ’tabel van Mendeliev'.
De energiedichtheid van zelfs de beste Li-batterijen is inderdaad veel lager dan bij kerosine of benzine.
Een brandstoftank gevuld met waterstof onder druk heeft wel een veel hogere energiedichtheid dan Li-batterijen, en heeft ook het voordeel dat deze tank ook meer en meer leeg geraakt naarmate er meer waterstof wordt verbruikt, en dus ook lichter wordt.
Jack Huyskens
Misschien is het gebruik van GRAFEEN zowel voor de bouw van vliegtuigen als voor het gebruik in batterijen een toekomstig alternatief.
Ichi
Ik las ergens dat het opstijgen de meeste uitstoot veroorzaakt bij gewoon vliegen. Omdat dit de meeste energie kost.
Je kunt een electrisch vliegtuig ook met een soort van katapult de lucht in brengen. Net als ze nu doen op vliegdekschepen. Dat scheelt al erg veel energie/ gewicht/ reikwijdte.
Met de kruissnelheid van het vliegtuig is vast ook nog wel wat optimalisatie mogelijk.
Joeri Vanvaerenbergh
De enige manier om vliegverkeer ecologisch te maken lijkt me het gebruik van zeppelins, al is ook dat niet ideaal… :-) (Veel trager, gevaar, enz…)
h.honnest
@ Dominique
Ik ben van harte bereid om nieuwe ideeen over dit onderwerp te horen, maar het is me helaas niet duidelijk wat ik uit de links die je noemt moet halen:
Op https://transportenvironment.org vind ik uitsluitend negatief getitelde artikelen t.a.v. biobrandstoffen… Graag een wat meer specifieke link naar het artikel dat je bedoelt.
https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2050_en is niet specifiek gericht op de onderwerpen luchtvaart en biobrandstoffen. Kun je ook hier wat specifiekere links geven? Het is anders zoeken naar een speld in een hooiberg…
https://ec.europa.eu/clima/sites/clima/files/docs/pages/com_2018_733_analysis_in_support_en_0.pdf gaat onder het kopje ‘Aviation and maritime sectors" alleen oppervlakkig in op de luchtvaart. Afgezien van een statement dat “de luchtvaart per jaar 2% efficiency verbetering moet tonen”. Hoe dan, wordt er niet bijverteld. Het lijkt dat ze het zelf ook nog niet weten, want “Its rulebook for offsetting is still under development.”
haan
Interessant artikel.
Wel 1 kanttekening bij “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”: ik vind het scheef om vanaf 1908 te kijken. Ik zou eerder naar de afgelopen 10 jaar kijken, dan ziet het rekensommetje er totaal anders uit.
En vergeet niet dat het niet ondenkbaar is dat er een totaal andere accu verzonnen wordt in de komende 30 jaar.
Dominique De Munck
@ h.honnest
De specifieke studie die het zonder biomassa doet linkte ik uiteraard eerder, alsook die voor de hele transportsector zie dus mijn eerste comment.
Ik ben naar de presentatie van deze rapporten van T&E geweest in Brussel en ik moet zeggen het legertje experts aanwezig kon er geen gaten in prikken.
Het grote nadeel van deze e-fuels zijn het gebrek aan efficiëntie, daarom dus met mate te gebruiken, zoals blijkt uit een eerdere studie (deze cijfers zijn echter niet meer actueel):
https://www.transportenvironment.org/press/e-fuels-too-inefficient-and-expensive-cars-and-trucks-may-be-part-aviations-climate-solution-%E2%80%93
Het document van EC geeft op p.126 de mogelijke brandstofmixen voor aviation maar is vooral interessant omdat het de officiële visie is en doorlinkt naar tal van andere studies zoals de Clean Energy Revolution van Greenpeace die aantonen dat hernieuwbare energie op grote schaal en dus ook e-fuels perfect haalbaar zijn.
https://www.greenpeace.org/archive-international/en/campaigns/climate-change/energyrevolution/
Groetjes
Dominique
Kris De Decker
@ janb
Klopt, ik heb dat artikel zelf geschreven :-)
Maar zelfs dan raken we nog lang niet in New York, bijvoorbeeld, en tegelijk maakt de lagere snelheid het voordeel ten opzicht van de trein kleiner.
Dominique De Munch
Hier is nog een globaal model waar twee jaar aan gewerkt is door gerenomeerde experten van drie instellingen en uitgegeven door Springer. Ook hier weer: synthetische brandstoffen voor vliegtuigen, en treinen voor de kortere afstanden.
https://www.leonardodicaprio.org/one-earth-climate-model/
https://oneearth.uts.edu.au
Stijn
@Stormbeest
Correct! Elektrisch een schroefje doen draaien, dat zal wel lukken op grote hoogte hoor. Dit, mede met het immense gewicht aan batterijen maken van dat hele zaakje pure fictie.
Je hebt hier mensen die met technologieën afkomen die in de eerste honderd jaar nog niet realiseerbaar zijn.
In 1956 werd al voorspeld (‘Peak Oil’) dat in 1970 de olie op zou zijn. En veel landen in de wereld zijn nog niet eens begonnen met hun immense voorraad aan te spreken (bv. Israël).
Vrachtwagens blijven dan ook mooi op diesel rijden en vliegtuigen blijven vliegen op bijna-diesel, kerosine.
Het CO2 verhaal is nooit op kosten van de ‘groten der aarde’. Want hoe je je verplaatsbare energie ook zal produceren, CO2 zal er altijd zijn. Tenzij elektriciteit zomaar uit de lucht te halen valt…
Thomas L
Wat zou de analyse zijn indien we uitgaan van het tanken van waterstof welke onder grote druk opgeslagen wordt tijdens de vlucht en gaandeweg wordt omgezet in elektrische energie via één of meerdere fuelcells. Het probleem van de continue zware ballast lijkt van de baan. De energieomzetting kan efficiënter dan in een jet engine en er zouden geen edelmetalen moeten ontgonnen worden.
Mattias
I.v.m. de huidige kerosinevliegtuigen stelt Alexander De Croo [1] dat dit maar voor 2 procent van de uitstoot staat. Hij erkent dat de ongebreidelde groei in de luchtvaart niet houdbaar is, maar hij pleit voor maatregelen die impact hebben. Klassiek personenvervoer, de industrie en verwarming stoten relatief veel meer uit.
Ik weet wel niet of hij enkel de CO2-uitstoot bedoelt en of hij rekening houdt met de randeffecten van de luchtvaart, die ook hun uitstoot hebben. De bron van die 2%-bewering weet ik dus ook niet.
[1] https://www.vrt.be/vrtnws/nl/2019/01/25/alexander-de-croo-open-vld-voor-klimaatbeleid-focussen-op-se/
Nbx
Waarom niet waterstof? Of het veelbelovende mierenzuur? Onmogelijk om over te gaan op accu’s lijkt me, gezien de enorme benodigde productie, en al het (chemisch) afval als die dingen ‘op’ zijn..
Johan
En dan te bedenken dat vliegtuigen op atoomkracht effectief gevlogen hebben.
alleen enkel praktisch als onbemande bom (de massa van het lood om de piloot te beschermen was een nadeel) en zonder secundaire kring waarmee je al vliegend het overvlogen gebied radioactief maakte …
Misschien op kernfusie dan ?
Of trekvogels africhten om ons voort te trekken … heeft iemand dat al geprobeerd ?
Een rail gun om een tuig voldoende snelheid te geven om ballistisch te gaan is zo zot nog niet, alleen moeten de lanceerbanen een serieus stuk langer worden.
Natuurlijk allemaal niet echt low tech.
Stormbeest
Thomas D, het klopt op zich wel wat je schrijft. Maar de verbrandingsgassen worden óók uit de motor gestoten en dragen zo ook bij aan de stuwkracht. Je kan diezelfde rotor inderdaad ook elektrisch aandrijven, maar aangezien er dus geen bijkomende gassen zijn, enkel lucht van buitenaf, zal een elektrisch aangedreven straalmotor minder stuwkracht kunnen leveren dan een even grote op kerosine die op hetzelfde toerental draait. Zeker op tien kilometer hoogte, waar de lucht al drie à vier keer ijler is dan op zeeniveau.
Theo Koster
Waarom ingewikkeld doen als het makkelijk kan? Gewoon stoppen met vliegen. Te beginnen met vakantievluchten. In plaats van met de schijn van een perpetuum mobile, oneindig veel oplossingen te dragen die evenveel nieuwe (milieu)problemen scheppen. Ik begrijp het depressieve vasthouden van hebben en houden niet, terwijl toch evident is dat ons huidige leef en consumeerniveau niet te verduurzamen is.
janb
Wat ik mis is dat electrische vliegtuigen worden aangedreven door propellers, zo-ie-zo een stuk efficienter dan jet-motoren. Nadeel: maximale snelheid wordt dan ca 700 km/h ipv 1000km/h van jet-aangedreven vliegtuigen.
Propellers gaf de lockheed Constallation uit de jaren 50 een zelfde brandstofverbruik/stoel als de A380 van nu.
Thomas D
@ Stormbeest, niet geheel correct. Bij passagiersvliegtuigen worden de onstane gassen op een kleine rotor geblazen die dmv een as verbonden is met de voorste grote rotorbladen. Het zijn die rotorbladen die de luchtstroom naar achteren opwekken waardoor het vliegtuig voorwaarts vliegt. Diezelfde rotor elektrisch aandrijven zou dus hetzelfde effect kunnen hebben.