Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in National Geographic Magazine, editie 10, 2021.
Elke keer als ik met een luchtvaartexpert bespreek of volledig duurzame commerciële vluchten ooit een haalbare kaart zullen zijn, moet ik denken aan een feit en een cijfer. Dit is het feit: vrijwel alle ontwikkelingen die op de grond bijdragen aan een groene revolutie, zijn in de lucht voorlopig onbruikbaar. Zonnepanelen, windturbines, elektrische motoren, superaccu’s, waterstofcellen: allemaal leuk en aardig, maar je krijgt er geen honderden mensen mee de lucht in om ze duizenden kilometers door de dampkring te verplaatsen. En dan het cijfer: ruim tachtig procent van de wereldbevolking heeft nog nooit gevlogen.
Hoe feit en cijfer zich tot elkaar verhouden, vormt de kern van het probleem waar vliegmaatschappijen en fabrikanten mee kampen bij hun noodzakelijke opdracht om te verduurzamen. De luchtvaart kan heus wel vergroenen, maar niet zo snel en vergaand als het verkeer over land. De zwaartekracht laat zich niet zomaar opzijschuiven. Toch hebben de mate en snelheid waarin de sector vergroent grote gevolgen voor het imago ervan – en voor de winstcijfers. Milieuorganisaties hameren erop dat de luchtvaart een onaanvaardbare aanjager is van klimaatverandering, en steeds meer reizigers vragen zich af of vliegen nog wel moreel verantwoord is.
‘Er is geen ontkomen aan,’ zegt Jennifer Holmgren. Ze is directeur van LanzaTech, een innovatief bedrijf dat vliegtuigbrandstof haalt uit ongebruikelijke bronnen zoals afval, ter vervanging van de aloude kerosine. ‘We zijn het er allemaal over eens dat vliegtuigen niet op fossiele brandstof kunnen blijven rondvliegen. Maar het probleem is niet bij toverslag op te lossen.’
Dat neemt niet weg dat een klein deel van de luchtvaart veelbelovende tekenen van ontwikkeling vertoont op het gebied van duurzaamheid: de korte vluchten. Maatschappijen gespecialiseerd in pendelvluchten met kleine toestellen maken de weg vrij voor elektrisch vliegen.
Maar de eerste accu die een Boeing 747 van New York naar Amsterdam kan brengen, moet nog worden uitgevonden. Mijn favoriete rekenvoorbeeld komt van David Alexander, directeur van SAE International, een beroepsvereniging van transportingenieurs. Hij zegt dat je alleen al voor het opstijgen de capaciteit nodig hebt van zo’n 4,4 miljoen laptopbatterijen. En dan nog zou de jumbojet niet van de grond komen, want die batterijen wegen bij elkaar zeven keer zo veel als het complete vliegtuig. Vloeibare brandstof levert simpelweg veel meer energie dan de beste accu’s waarover we op dit moment beschikken.
Toch wordt de gemiddelde commerciële vlucht elk jaar groener, een ontwikkeling die bovendien al sinds het begin van het straaltijdperk aan de gang is. De huidige straalvliegtuigen zijn twee keer zo zuinig en vele malen schoner dan hun verre voorgangers. Maar dit lichtpuntje wordt ruimschoots overschaduwd door de toename van het vliegverkeer. Want de totale hoeveelheid CO2 die de lucht in wordt gestuwd, neemt alleen maar toe, met grote gevolgen voor het klimaat.
En zo komen we bij dat cijfer van ruim tachtig procent, een schatting van Boeing die in luchtvaartkringen geregeld wordt aangehaald. Voor de sector vertegenwoordigt het een gigantische potentiële markt, waarvan wordt verwacht dat die na de pandemie weer als vanouds jaarlijks met zo’n vijf procent zal groeien. Voor een groot deel van die ruim tachtig procent bieden betaalbare vluchten een mogelijkheid om de wereld te ontdekken die tot voor kort ondenkbaar was. Zelf vind ik vliegen fantastisch en kan ik eindeloos staren naar het landschap in de diepte, de wolken naast me en de sterren aan de hemel, dus wie ben ik om een ander die geneugten te misgunnen?
Tegelijkertijd warmt de aarde met elke vliegreis verder op. De commerciële luchtvaart is verantwoordelijk voor zo’n 2,5 procent van alle door de mens geproduceerde CO2-uitstoot, maar de werkelijke gevolgen zijn door het opwarmende effect van andere vervuilende stoffen die een vliegtuig uitstoot vermoedelijk nog veel groter – sommige experts stellen dat een schatting van vijf procent realistischer is.
Dat aandeel wordt alleen maar groter wanneer het luchtvervoer van vracht en passagiers blijft toenemen, terwijl het verkeer over land en andere activiteiten, zoals de bouw, steeds energiezuiniger worden. Het heeft geleid tot een beweging die mensen oproept om zo weinig mogelijk of zelfs helemaal niet meer te vliegen, aangespoord door vliegschaamte.
‘Relatief gezien is haast niets zo schadelijk voor de planeet als in een vliegtuig zitten,’ zegt astrofysicus Peter Kalmus, die als klimaatwetenschapper werkt voor NASA en sinds 2012 niet meer vliegt. ‘De meeste mensen zien nog niet in dat je helemaal niet hóéft te vliegen. En als je de omvang van het klimaatprobleem eenmaal onderkent, dan zou je ermee moeten stoppen.’
Inmiddels is de veelvliegende elite in het Verenigd Koninkrijk opgeschrikt door het voorstel om ‘airmiles en andere frequentflyer-voordelen die excessief vliegen in de hand werken in de ban te doen’. En Frankrijk kent sinds juli een verbod op alle binnenlandse vliegreizen die binnen 2,5 uur per trein kunnen worden afgelegd.
Maar de trein als alternatief voor het vliegtuig is een vlieger die niet opgaat: driekwart van alle vliegtuigbrandstof gaat op aan reizen van meer dan 1600 kilometer. En bij zulke afstanden kiezen de meeste mensen toch voor het vliegtuig.
In die zin is vliegschaamte net zo goed een kwestie van wel of niet reizen als van wel of niet vliegen. Volgens de branche zelf lost vliegschaamte dan ook niets op, maar vergroening van het vliegen des te meer.
'De luchtvaart is een belangrijk onderdeel van de wereldeconomie. Wij zien het als onze taak om de uitstoot van CO2 en andere stoffen terug te dringen, niet om mensen te beletten om te reizen,’ zegt Sean Newsum, verantwoordelijk voor het duurzaamheidsbeleid van Boeing.
Van alle mogelijke wegen naar de groene verlossing van de luchtvaart loopt de kortste misschien wel via een grindpad door de bossen van de staat Georgia, in het zuidoosten van de VS. Daar staat de Freedom Pines Biorefinery, een reusachtig complex van pijpen, pompen, buizen, tanks en stalen balken. Hier ontmoet ik Curt Studebaker, een jonge scheikundig ingenieur die allerlei soorten afval omtovert tot vliegtuigbrandstof. ‘Het mooie is: als je het goed doet, krijg je zelfs betere brandstof dan Jet A,’ zegt hij, doelend op de standaardkerosine in de luchtvaart.
Studebakers fabriek is onderdeel van Lanza-Tech, een bedrijf dat een waanzinnig procedé heeft uitgedokterd voor de productie van ethanol. Men neme CO2-rijke afvalgassen van een Chinese staalfabriek, voege er snel etende microben afkomstig uit de ingewanden van een konijn aan toe, en late het geheel gisten als een vat bier. Het mengsel dat daaruit ontstaat, wordt hier in Georgia geraffineerd.
Het eindresultaat is SAF: sustainable aviation fuel, oftewel duurzame vliegtuigbrandstof. In 2018 wist een Boeing van Virgin Atlantic op een mengsel van LanzaTechs vinding en Jet A van Florida naar Londen te vliegen.
Hoewel SAF vooralsnog alleen gemixt met kerosine wordt gebruikt, wordt het alom beschouwd als de eerste grote stap naar het verkleinen van de CO2-voetafdruk van de luchtvaart. De reden daarvan is simpel: de huidige toestellen van het type sigaar-met-vleugels gaan nog wel twintig tot dertig jaar mee en daarop hebben luchtvaartmaatschappijen hun verdienmodel gebouwd. Dus ook al wordt er nu al gewerkt aan generaties vaartuigen die er totaal anders zullen uitzien en misschien wel worden aangedreven door heel andere energiebronnen, de duizenden toestellen van nu blijven voorlopig in de lucht – op vloeibare brandstof.
Die vliegtuigen zullen best nog wat energie-zuiniger worden, bijvoorbeeld door efficiëntere motoren of verbeteringen aan de vleugels, zoals winglets, sharklets of scimitars, opstaande verlengstukken van de vleugel die de luchtweerstand verminderen. Maar de effectiefste manier om ze schoner te krijgen, is door ze te laten vliegen op andere, duurzamere brandstof.
Bij gebruik van SAF is de CO2-uitstoot over de hele levenscyclus gezien lager. Ongeacht waarvan het wordt gemaakt. Agrarische bijproducten als suikerrietstoppels, afvalgas uit de industrie of il van de gemeentelijke stortplaats: bij de productie ervan wordt CO2 geabsorbeerd of verbruikt, waardoor de netto uitstoot uiteindelijk lager is dan bij het stoken van fossiele brandstoffen.
En omdat het alleen als bijmengsel wordt gebruikt en er slechts kleine aanpassingen aan de motor voor nodig zijn, hoeft niet de hele infrastructuur van de luchthavens op de schop, zoals bij alternatieven voor vloeibare brandstof het geval zou zijn.
Nadelen zijn er ook. Om te beginnen is het peperduur. SAF wordt weliswaar steeds vaker gebruikt, maar het is nog steeds maar een druppel in de oceaan: nog geen 0,1 procent van de 360 miljard liter brandstof die de luchtvaart in 2019 verbruikte. De alternatieve brandstof kost twee tot zes keer zo veel als kerosine. Daarnaast zijn de makkelijkste en goedkoopste grondstoffen, gewassen, niet ruim voorhanden. Als SAF-producenten grote stukken land en water zouden gaan gebruiken die harder nodig zijn voor voedselproductie, dan zouden we het ene milieuprobleem inruilen voor het andere.
Daarom wordt ingezet op andere veelbelovende grondstoffen, zoals het afval dat door LanzaTech wordt gebruikt. Of halofyten, zoutminnende planten die kunnen worden bevloeid met zeewater. In een strook woestijn aan de Perzische Golf in de Verenigde Arabische Emiraten wordt een zeekraalachtig gewas, Salicornia bigelovii, geteeld met mest op basis van vis en garnalen. Na de oogst wordt olie geperst uit het zaad van de plant, die na raffinage met kerosine wordt vermengd tot een alternatieve vliegtuigbrandstof.
Voorstanders stellen dat de prijs van SAF vanzelf zal dalen wanneer er genoeg van wordt geproduceerd. Maar hoe het zover komt, is een klassieke kip-of-eikwestie. Zolang er amper vraag is, zal het aanbod niet stijgen, en omdat het huidige aanbod zo klein en duur is, neemt de vraag voorlopig niet toe. Zo wordt het een politiek probleem dat alleen kan worden opgelost met een CO2-belasting op kerosine, of met regelgeving die erin voorziet dat vliegtuigbrandstof voor een bepaald deel uit SAF moet bestaan.
‘SAF moet gewoon een gigantische zwengel krijgen,’ zegt Paul Stein, technisch directeur van Rolls-Royce. Het Britse bedrijf ontwikkelde de UltraFan, de grootste en een van de zuinigste vliegtuigmotoren ooit gebouwd en geschikt om te worden aangedreven door alternatieve brandstof. ‘Het grootste deel van de sector is voorstander van een SAF-quotum. We moeten veel meer inzetten op SAF. Dat zou een enorme opsteker zijn voor de planeet.’
In de fabriek van Airbus in Zuid-Frankrijk staat een vliegmachine van composietmateriaal die op geen enkel ander luchtvaartuig lijkt, ufo’s en toestellen uit sciencefictionfilms daargelaten. Het heeft de vorm van een reuzenmanta, en voor toekomstige passagiers zou een vlucht met dit Star Trek-achtige geval nog het meest weghebben van een luchtreis in een bioscoop.
Zover zal het voorlopig niet komen. Het toestel, de Maveric, is nu nog een schaalmodel met een spanwijdte van 3,2 meter. Maar volgens Airbus biedt de Maveric wellicht een antwoord op de prangende vraag of er een energiezuinigere, groenere manier is om een vliegtuig te ontwerpen.
Om allerlei redenen leent de moderne vliegtuigbouwindustrie zich niet voor een snelle omwenteling in het denken, zoals die zich in ommige andere sectoren wel heeft voltrokken. Zo is de ontwikkeling van een revolutionair vliegtuig al een meerjarenplan op zich, en daar komen nog eens jaren bij om alle veiligheidsproeven te doorlopen die zijn vereist voordat er met een commercieel toestel kan worden gevlogen
Maar als alle technische uitdagingen worden overwonnen, moet de Maveric dankzij zijn V-vorm tot wel veertig procent minder CO2 uitstoten dan de huidige generatie vliegtuigen. Het belangrijkste voordeel van het gestroomlijnde ontwerp is dat het vliegtuig als één grote vleugel fungeert, waardoor het minder weerstand ondervindt en makkelijker opstijgt. Onderzoekers van de TU Delft maakten gebruik van diezelfde principes bij het ontwerp van hun Flying-V, een toestel dat nog het meest op een boemerang lijkt.
Airbus deed de luchtvaartsector vorig jaar versteld staan met de aankondiging van een serie emissievrije waterstofvliegtuigen die al over vijftien jaar in gebruik kan worden genomen.
Maar net als bij elektrische auto’s betekent emissievrij nog niet per se schoon – het is immers maar net waar je de elektriciteit vandaan haalt die wordt gebruikt om de accu’s mee op te laden. Zo is het bij de plannen van Airbus de vraag hoe de waterstof wordt gewonnen en opgeslagen.
De meeste waterstof die momenteel wordt gebruikt, wordt opgewekt met fossiele brandstoffen. De heilige graal is zogenoemde groene waterstof, waarbij water met behulp van elektriciteit wordt gescheiden in waterstof en zuurstof. Voorstanders zeggen dat het door de technische vooruitgang en schaalvergroting op termijn mogelijk zal zijn om vliegtuigen op groene waterstof te laten vliegen.
Maar er is nog een probleem: vloeibare waterstof, zoals die in het Amerikaanse ruimtevaart-programma wordt gebruikt, moet sterk worden gecomprimeerd en bewaard bij een temperatuur van -253 °C om vloeibaar te blijven, en dat vreet uiteraard energie. En in de vorm van gas zou waterstof enorm veel ruimte innemen in een vliegtuig, want de brandstoftank zou veel groter moeten zijn om hetzelfde vermogen te leveren als kerosine.
In beide gevallen zou een waterstofvliegtuig zodanig verschillen van de huidige toestellen dat de infrastructuur van de luchthavens ingrijpend moet worden aangepast. Airbus onderkent die problemen, maar is desondanks optimistisch.
‘Wij zijn er stellig van overtuigd dat waterstof de schone brandstof van de toekomst is voor de luchtvaart, want we moeten de CO2-uitstoot niet verminderen, maar tot nul reduceren,’ zegt Amanda Simpson, adjunct-directeur onderzoek en technologie bij de Amerikaanse tak van Airbus. ‘Groene waterstof geproduceerd met elektriciteit uit duurzame bronnen: schoner krijg je het niet.’
Boeing, dat al in 2008 de eerste volledig door waterstof aangedreven vlucht maakte met een experimenteel tweepersoonstoestel, doet minder boude uitspraken. Niet omdat de vliegtuigbouwer twijfelt aan de mogelijkheden van waterstof, maar omdat het nog jaren zal duren voordat deze brandstof werkelijk op grote schaal kan worden ingezet.
‘Uit onze analyse blijkt dat SAF voor de commerciële luchtvaart de enige haalbare oplossing is om de CO2-uitstoot op de korte of zelfs op middellange termijn terug te dringen,’ zegt Brian Yutko, Boeings belangrijkste duurzaamheidsexpert.
Het Californische boerendorp Hollister is bekend om zijn jaarlijkse motorrally. Maar tegenwoordig is het niet zozeer het gebulder in de straten dat de aandacht trekt als wel het fluisterstille toestel in de lucht boven het vliegveld.
Daar cirkelt een bolvormig, bananengeel luchtvaartuig rond met dertien rotoren: drie kleintjes aan de voor- en achterkant van elke vleugel en een grotere propeller aan de staart. O, en nog iets: er zit geen piloot in.
Deze onbemande elektrische kist is nu misschien nog iets bijzonders, maar volgens de bedenkers ervan is zo’n vliegende taxi straks de gewoonste zaak van de wereld.
Het bedrijf achter het apparaat, Wisk, is slechts een van de vele die deze markt willen veroveren, maar heeft een belangrijk voordeel op de concurrentie: financiële steun van Boeing en Kitty Hawk, de luchtvaartstart-up van Google-oprichter Larry Page. Wisk droomt van een wereld waarin het net zo eenvoudig en goedkoop is om een vliegende taxi te pakken als de auto.
‘We zijn hier niet in het Wilde Westen,’ zegt Wiskdirecteur Gary Gysin in de hangar van zijn bedrijf. ‘We zullen hoe dan ook voldoen aan alle veiligheidsnormen die voor de luchtvaartbranche gelden. Dat moet ook wel – zonder toestemming van de FAA gaat niemand de lucht in.’
Gysin doelt op de Federal Aviation Administration, de Amerikaanse luchtvaartwaakhond. Maar ook in bredere zin is hij ervan overtuigd dat zijn visie uitvoerbaar is, door de snelle vooruitgang op het gebied van accutechnologie en lichtgewicht materialen, in combinatie met de lage operationele kosten van elektrische motoren. Het is alleen nog de vraag of die visie in de toekomst op meer draagvlak kan rekenen. Toch begint de bedrijfstak al aardig vorm te krijgen: behalve het toestel van Wisk zijn er nog ruim 475 verticaal opstijgende en landende elektrische luchtvaartuigen in ontwikkeling.
Wisks luchtvaartuig en andere vliegende taxi’s kunnen hetzelfde als een helikopter: mensen oppikken en afzetten op plekken waar een gewoon vliegtuig niet kan komen. En ze zijn niet alleen veel goedkoper in gebruik, maar ook nog eens een stuk stiller dan helikopters.
Gysin verwacht aanvankelijk vooral mensen te vervoeren tussen vliegvelden en vertiports, zoals de landingsplekken op parkeerplaatsen of daken van torenflats worden genoemd. En wat als mensen gewend zijn aan veilig, stil en goedkoop vervoer door de lucht?
‘Dan halen we je op uit je voortuin,’ antwoordt Gysin met een glimlach.
Voor de grap zeg ik dat ik best een rondvlucht zou willen maken, puur voor het uitzicht. ‘Vooral doen!’ zegt hij enthousiast. ‘Het gaat óók om het plezier. Dat is een deel van de markt.’ Of het publiek straks te porren is voor de luchttaxi, moet nog blijken. Maar dat er nu al elektrische vaartuigen rondvliegen, zij het met een bescheiden accugewicht en actieradius, is een feit. Bijvoorbeeld in de Canadese provincie British Columbia, waar de kleine watervliegmaatschappij Harbour Air haar vloot van zestig jaar oude Havilland Beavers en Otters ombouwt tot stekkervliegtuigen door de gasaangedreven zuigermotoren te vervangen door een elektrische krachtbron.
Greg McDougall, oprichter en directeur van Harbour Air, maakte in december 2019 zelf de eerste proefvlucht met zo’n toestel.
We zijn apetrots dat wij straks de eerste aanbieder zijn van volledig schone elektrische vluchten, aangedreven door de duurzame waterkracht uit onze eigen provincie,’ zegt McDougall. ‘Maar ik doe dit niet omdat ik een of andere hippie zou zijn. Ik ben een nuchtere zakenman. Op deze manier breng ik mijn kosten omlaag, waardoor ik mijn klanten goedkopere tickets kan aanbieden.’
Het ondernemingsplan van Harbour Air leent zich perfect voor het aanbieden van elektrische vluchten: de meeste duren hooguit 35 minuten, terwijl een volle accu zeker een uur meegaat.
In Massachusetts werkt een ander bedrijf, Cape Air, ondertussen aan een eigen en minstens even baanbrekend plan: deze firma maakte als eerste bekend dat het met een gloednieuw, volledig elektrisch toestel gaat vliegen.
De Alice, zoals het paradepaardje is gedoopt, is een gestroomlijnd model met een T-staart dat plaats biedt aan negen passagiers. Het toestel werd gebouwd in de staat Washington door Eviation. De directeur van dat bedrijf, Omer Bar-Yohay, durft de voorspelling wel aan dat het vliegtuig straks door luchtvaarthistorici in één adem wordt genoemd met de befaamde Wright Flyer en de Boeing 707.
‘Eerst hadden we het gemotoriseerde vliegtuig met propellers,’ zegt hij. ‘Daarna volgde het straalmotortijdperk. En nu staat de luchtvaart aan de vooravond van het elektrische tijdperk.’
Zowel de motoren in de oude toestellen van Harbour Air als de nieuwe elektrische motoren van Alice worden gebouwd door magniX in Everett, Washington. En net als Harbour Air richt Cape Air zich louter op korte vluchten – de vliegtuigbouwer voert alleen vluchten uit langs de kust van Massachusetts, in het oosten van de VS. Volgens directeur Dan Wolf is het de bedoeling dat de elektriciteit voor het opladen van de accu’s wordt geleverd door Vineyard Wind, een windmolenpark in zee dat nog in aanbouw is. Met die energiebron zijn de vluchten van Cape Air straks net zo schoon als die van Harbour Air.
Toch illustreert de Alice ook de uitdagingen van het elektrische vliegen: met ruim 3700 kilo maken de accu’s zestig procent uit van het gewicht van het toestel.
Evengoed is stekkervliegen dé belofte voor een duurzame luchtvaart. Enthousiastelingen verwachten dat elektrische vluchten van een paar honderd kilometer met zo’n vijftig mensen aan boord al binnen vijftien tot twintig jaar mogelijk zullen zijn.
Maar voor grote maatschappijen, die veel langere afstanden afleggen met veel meer passagiers, is elektrisch vliegen voorlopig nog luchtfietserij. Voor onze nakomelingen zal emissievrij vliegen ooit heel vanzelfsprekend zijn. Maar tot die tijd levert ons vlieggedrag een gigantisch probleem op, want het gaat nog heel lang duren voor we zover zijn.
Auteur Sam Howe Verhovek woont in Seattle en schrijft vaker voor het Magazine. Dit is de eerste bijdrage van fotograaf Davide Monteleone, die is gevestigd in het Zwitserse Zürich.
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in National Geographic Magazine, editie 10, 2021.
Schonere (v)luchten
De huidige generatie kerosinevliegtuigen zal nog tientallen jaren blijven vliegen. Maar intussen wordt er hard gewerkt aan nieuwe luchtvaartuigen, van elektrische toestellen voor korte vluchten tot revolutionaire waterstofmodellen zoals de Delftse Flying-V.
Rem op de toenemende uitstoot In 2050 zullen er naar verwachting tien miljard luchtvaartpassagiers per jaar zijn, twee keer zo veel als vóór de pandemie. Zonder verbeterde technologie, brandstof en vluchtroutes zou dat bij elkaar jaarlijks 1,8 miljard ton aan CO2-uitstoot opleveren. De internationale luchtvaartsector wil dat beperken tot 325 miljoen ton, een derde van de huidige uitstoot.
Vooral groei in regionaal verkeer Door het gebruik van duurzame brandstof in commerciële straalvliegtuigen wordt de uitstoot verminderd. Dat is goed nieuws, want er zal in de toekomst waarschijnlijk alleen maar meer worden gevlogen.
Flying-V Aan de TU Delft is een prototype ontwikkeld van een vliegtuig dat lange afstanden kan afleggen op kerosine of waterstof en aan normale gates kan parkeren. De passagierscabines, laadruimten en brandstoftanks zijn verwerkt in de vleugels. De waterstofversie heeft een 35 procent lagere actieradius, maar stoot geen CO2 uit.
Nieuwe kijk op vliegen en brandstof Voor CO2-neutraal reizen zijn niet alleen nieuwe vliegtuigen nodig, maar ook nieuwe energiebronnen. Een van de veelbelovendste potentiële brandstoffen is vloeibare waterstof. Deze neemt weliswaar veel ruimte in, maar haalt gigantisch veel energie uit een geringe massa, met warmte en waterdamp als voornaamste afvalproducten.
