De toekomst van vliegverkeer: hoe wordt de luchtvaart fossielvrij?

De luchtvaart is verantwoordelijk voor circa 2,5 procent van de wereldwijde CO₂-uitstoot. En afgezien van een diepe dip in de curve tijdens de COVID-19-pandemie neemt de uitstoot toe. Samen met enkele andere sectoren, zoals de scheepvaart en de staalindustrie, wordt de luchtvaart gezien als een sector die zeer lastig CO₂-vrij te maken is. Er is echter een veelbelovende vooruitgang in technologie en er zijn nieuwe kaders voor regelgeving.

"Wat we nu zien, is dat fossielvrije elektriciteit een zeer belangrijke rol kan spelen bij het terugdringen van de CO₂-uitstoot, ook in de lastig te reduceren sectoren. We moeten ook deze sectoren CO₂-vrij maken, omdat een groot deel van de uitstoot daar vandaan komt", zegt Mikael Nordlander, Director Industry Decarbonisation bij Vattenfall.

Vier hoofdroutes

Er zijn vier hoofdroutes om een vlucht fossielvrij te maken: biobrandstoffen, batterijen, waterstof en elektrobrandstoffen.

Biobrandstoffen

De meest voor de hand liggende zijn biobrandstoffen. Het vermogen om de CO₂-uitstoot te verminderen varieert echter afhankelijk van de grondstof en de manier waarop die wordt geproduceerd. Daarom zetten Vattenfall en zijn partners van de First Movers Coalition zich in voor de ondersteuning van biobrandstoffen die de uitstoot van broeikasgassen met 85 procent of meer verminderen in vergelijking met fossiele kerosine.

Grondstoffen zoals stro of afgewerkt frituurvet die niet concurreren met de voedselproductie zijn de meest duurzame keuzes. Het probleem is dat biobrandstoffen deel kunnen uitmaken van een brandstofmengsel en een onderdeel van de oplossing zijn, maar dat we niet voldoende biomassa duurzaam kunnen produceren om fossiele brandstoffen te vervangen.

Batterijen

Een andere optie is elektrisch vliegen op batterijen. Het Zweedse eiland Gotland, met een luchthaven op zo’n 200 kilometer van de hoofdstad Stockholm, wil al in 2028 de eerste geplande elektrische vliegverbinding van het land hebben. Dat is ook het moment waarop het Zweedse Heart Aerospace zijn ES-30-vliegtuig met dertig zitplaatsen in de lucht wil hebben. Deze zou bij de eerste ingebruikname een volledig elektrische actieradius moeten hebben van 200 kilometer.

Dat is echter de belangrijkste beperking voor vliegtuigen op batterijen. Ze werken prima op lichte vluchten over korte afstanden, maar voor langere en zwaardere vluchten zijn andere energiebronnen nodig.

Waterstof en elektrobrandstoffen

Hier komen waterstof en elektrobrandstoffen in beeld. Ze zijn nog niet commercieel beschikbaar als vliegtuigbrandstof, maar worden gezien als de belangrijkste opties voor langeafstandsvluchten in de toekomst, mogelijk in combinatie met biobrandstoffen als het gaat om elektrobrandstoffen.

Er zijn verschillende manieren om waterstof te produceren en nog meer manieren om elektrobrandstoffen te produceren, maar in principe wordt fossielvrije waterstof geproduceerd door water te splitsen via elektrolyse met behulp van fossielvrije elektriciteit. De waterstof kan vervolgens worden gebruikt in gasturbines of door brandstofcellen de chemische energie weer te laten omzetten in elektriciteit.

Al in 1989 produceerde het Russische Tupolev het eerste waterstofvliegtuig dat op gasvormige waterstof liep. Waterstof kan echter ook worden afgekoeld tot zijn vloeibare vorm bij -253 °C of lager, zodat het minder ruimte inneemt.

Een van de grootste uitdagingen van waterstof is dat een nieuwe infrastructuur nodig is voor onder andere vliegtuigen, opslagfaciliteiten en tankstations. Vattenfall werkt met vliegtuigbouwer Airbus en partners aan een waterstofinfrastructuur op luchthavens in Zweden en Noorwegen.

Hoewel waterstof in verhouding tot zijn gewicht een hoge energiedichtheid heeft, is deze laag in vergelijking met het volume, ook in vloeibare vorm. Dit betekent dat dezelfde hoeveelheid energie meer ruimte inneemt dan andere brandstoffen. Airbus kijkt daarom bijvoorbeeld naar de opslag van waterstof in enorme vleugels als een optie.

Afgevangen koolstof of directe luchtafvang

Het ontwikkelen en op de markt brengen van een nieuw type vliegtuig duurt vrij lang en de verwachting is dat ons luchtruim de komende tien jaar nog niet door waterstofvliegtuigen zal worden doorkruist. Maar als waterstof wordt gecombineerd met afgevangen koolstof, krijg je vloeibare elektrobrandstoffen. De afgevangen koolstof kan bijvoorbeeld afkomstig zijn van een stadswarmte-installatie die draait op bijproducten uit de bosbouw zoals twijgen, toppen en takken, in plaats van dat het in de lucht terechtkomt. De koolstof die dan uit het vliegtuig vrijkomt, wordt na verloop van tijd weer opgevangen door nieuw groeiende bomen. Ook de CO₂ die bij het maken van biogas of ethanol wordt afgevangen, kan worden gebruikt.

Een andere optie is directe luchtafvang oftewel CO2 direct uit de lucht zuigen. Dan wordt de kringloop vrijwel gelijk gesloten. Maar hoe lager de concentratie CO2, hoe meer energie er nodig is om het te winnen en hoe hoger de kosten. Het CO2-niveau in de lucht ligt momenteel rond de 420 PPM, of 0,042 procent. Dat is hoger dan ooit en het blijft stijgen, maar het is nog steeds een zeer laag aandeel in vergelijking met de andere processen.

Het voordeel van elektrobrandstoffen is groot. Als je een goede formule hebt, kun je het mengen met biobrandstoffen uit fossiele, traditionele kerosine. Of zelfs alleen elektrobrandstoffen gebruiken, zonder veranderingen aan te brengen aan het vliegtuig of de infrastructuur. Net als bij waterstof kun je er ook meer van produceren wanneer hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon het meest produceren en de prijzen lager zijn.

Elektrobrandstoffen mogelijk rond 2030

"Ik denk dat we de eerste vliegtuigen op elektrobrandstoffen, althans als test, al rond 2030 zullen zien vliegen", zegt Mikael Nordlander.

Elektrobrandstoffen en andere fossielvrije alternatieven hebben onlangs ook een belangrijke impuls gekregen op het gebied van regelgeving, toen de EU vorig jaar het luchtvaartinitiatief RefuelEU goedkeurde. De verordening roept op tot een minimumaandeel aan ‘duurzame vliegtuigbrandstoffen’ (SAF), waaronder gecertificeerde biobrandstoffen vanaf 2025, en vanaf 2030 een minimumaandeel aan synthetische brandstoffen of elektrobrandstoffen. Beide aandelen nemen geleidelijk toe tot 2050. Brandstofleveranciers moeten in 2025 2 procent SAF verwerken, in 2030 6 procent en in 2050 70 procent. Vanaf 2030 moet 1,2 procent van de brandstoffen ook uit synthetische brandstoffen bestaan, oplopend tot 35 procent in 2050. De EU is ook bezig met de geleidelijke afschaffing van kosteloze emissierechten voor de luchtvaartsector in het EU-ETS (Europees emissiehandelssysteem) in 2026.

Al deze oplossingen kosten echter meer dan fossiele kerosine, en de brandstofkosten vertegenwoordigen zo’n 20 tot 30 procent van de totale uitgaven van luchtvaartmaatschappijen. “Als de kosten echter gelijkmatig worden verdeeld over alle passagiers, zoals onder de EU-regels met minimale bijmenging, hoeven de prijzen niet zo veel te stijgen en zullen ze na verloop van tijd dalen”, blikt Mikael Nordlander vooruit. “Maar bovenal worden fossiele brandstoffen, zoals het nu is, zwaar gesubsidieerd omdat ze niet betalen voor de schade die ze aanrichten. Er zijn studies die aantonen dat rond 2050 ongeveer een vijfde van de wereldeconomie zal worden vernietigd door klimaatschade als we doorgaan zoals nu. Fossiele brandstoffen betalen de rekening niet.”

Tekst: Daniel Dickson

Foto boven artikel: een Airbus-visie van een Blended Wing Body (BWB)-vliegtuig met een breed interieur dat opties biedt voor waterstofopslag en -distributie. Copyright: Airbus.