In het in juni gepresenteerde herstelplan voor de Franse luchtvaart willen de fabrikanten en de Franse regering tegen 2035 een middelgroot waterstofvliegtuig in gebruik nemen dat geen CO2 uitstoot. Ten overstaan van enkele journalisten heeft Patrick Gandil, directeur van het directoraat-generaal voor de burgerluchtvaart (DGAC), onlangs de uitdagingen van dit project, in het bijzonder die van de waterstofopslag, en de mogelijkheden om hier een oplossing voor te vinden, uiteengezet. Volgens Gandil zullen we pas over vijf jaar weten of de technologieën volwassen genoeg zijn om een dergelijk vliegtuig te lanceren. Een “groen” vliegtuig dat binnen 15 jaar geen kooldioxide (CO2) uitstoot: dat is de doelstelling van de Franse luchtvaartindustrie, die uitdrukkelijk wordt vermeld in het herstelplan voor de sector dat de Franse regering in juni jl. heeft gepresenteerd voor de opvolger van de A320neo, het middelgrote vliegtuig van Airbus.

Dit is een uitdaging die de fabrikanten moeten aangaan om tegemoet te komen aan de milieuverwachtingen van de samenleving in de strijd tegen klimaatverandering, en moet voorkomen dat er maatregelen worden getroffen om het luchtvervoer te beperken. Een ernorme uitdaging aangezien, zoals Patrick Gandil opmerkt, de te nemen technologische stap van dezelfde orde is, of zelfs hoger, dan die welke na de Tweede Wereldoorlog is genomen voor de eerste vliegtuigen met drukcabine en de eerste straalvliegtuigen.

Om een dergelijke prestatie in zo’n korte tijd te leveren, is alle hoop gevestigd op duurzame waterstof, waardoor alleen waterdamp zou worden uitgestoten. Duurzaam d.w.z. waterstof die niet uit fossiele koolwaterstoffen wordt gewonnen.

Een waterstofvliegtuig brengt echter een aantal problemen met zich mee. Meer dan het gebruik van brandstofcellen, legt de directeur van de DGAC uit, wordt het liefst gekozen voor “het verbranden van waterstof in een gasturbine” (“de centrale kern van onze motoren is een gasturbine”), zoals elk verdampt gas of kerosine (deze laatste gaat in niet vloeibare toestand de verbrandingskamer binnen). De complexiteit komt echter niet zozeer voort uit de manier waarop waterstof wordt gebruikt, maar uit de opslag en het transport ervan in het vliegtuig. En dat is het belangrijkste probleem met waterstof, aldus Gandil.

“We zouden bijna waterstof kunnen gebruiken met de huidige motoren zonder veel aanpassingen. Het zou niet erg optimaal zijn, maar het zou toch goed werken. De technologische uitdagingen van waterstof bevinden zich stroomopwaarts, op het niveau van het vervoer en de opslag in het vliegtuig, en deze uitdagingen zijn aanzienlijk”.

De vorm van de vliegtuigen zal minder aerodynamisch zijn
Aangezien waterstof een uiterst licht gas is, is het niet mogelijk om het in zijn gasvormige toestand aan boord te nemen. De volumes die nodig zijn om een vliegtuig te laten vliegen zijn onvoorstelbaar groot en daarom is het essentieel om de dichtheid van waterstof te verhogen. Hiervoor moet het in een vloeibare toestand worden omgezet. Waterstof wordt echter pas vloeibaar vanaf -253° bij een druk van 1,0131 bar. Om dit te bereiken is het gebruik van cryogene tanks noodzakelijk, zoals bij raketten.

Probleem: zonder ook maar te spreken over het extreme temperatuurverschil tussen die van de tanks en van de motoren (1.500 voor de heetste en 800 voor de koelste delen), de volumegrootte en de cilindrische of bolvormige vorm die de tanks moeten hebben, maakt het onmogelijk om ze in de vleugels te plaatsen zoals nu het geval is met kerosine. Het gevolg hiervan is dat de vorm van het vliegtuig, die 70 jaar lang niet is veranderd (een romp, twee vleugels met daaronder de motoren), zeker zal worden aangepast.

Sinds enkele maanden werkt een consortium dat bestaat uit Airbus, Safran, ArianeGroup en Onera (het Franse onderzoekscentrum voor de lucht- en ruimtevaart) aan het vraagstuk van de opslag van waterstof in vliegtuigen.

Een ambitieus tijdschema
Niet alleen het project is ontzettend ambitieus, maar dit geldt ook voor het tijdschema. Op de Parijse luchtvaartshow van 2019 op Le Bourget werd een waterstofvliegtuig niet voor 2050 verwacht. Voor 2035 was er eerder sprake van een ultra-zuinig vliegtuig dat ongeveer 30% minder brandstof zou verbruiken dan nu het geval is dankzij het grootschalige gebruik van composietmaterialen, een nieuw aandrijfsysteem en een elektrificatie van het vliegtuig.

Een vliegtuig, twee onderzoeksprogramma’s
Om in minder dan een jaar 15 jaar te winnen, is de aanpak op zijn kop gezet. In plaats van sequentieel te werken (eerst het ultra-zuinige vliegtuig, dan het waterstofvliegtuig), zal het onderzoek parallel worden uitgevoerd op zowel het ultra-zuinige voortstuwingssysteem als een systeem van cryogene tanks.

Hierdoor “winnen we een etappe”, legt Patrick Gandil uit. En hij voegt eraan toe: “Het is hetzelfde vliegtuig, maar het werk wordt parallel gedaan”, met een gemeenschappelijk gedeelte, ongeacht de gebruikte energie. Maar op een bepaald moment moet er een keuze worden gemaakt.

Er wordt in modules gewerkt waarmee wordt voorkomen dat er te vroeg voor een bepaalde technologie wordt gekozen. Na vijf jaar, wanneer er een beslissing moet worden genomen, is er genoeg bekend over waterstof om te beslissen of het redelijk is om hiermee door te gaan.

Deze manier van werken maakt het dus mogelijk om een plan B te hebben in het geval dat de waterstofoplossing haar beloften niet haalt of als de situatie op de markt Airbus zou dwingen om al eerder een nieuw vliegtuig op de markt te brengen.

Maar zelfs als een ultra-zuinig vliegtuig al een technologisch hoogstandje zou zijn – aangezien een afname van het brandstofverbruik met 30% al gelijk staat aan het overslaan van een generatie vliegtuigen – zou het in de ogen van Patrick Gandil geen “optimale oplossing zijn omdat de samenleving wacht op een koolstofvrij vliegtuig”.

Tien miljard euro voor R&D
Het programma voor R&D wordt geraamd op 10 miljard euro en zal worden gefinancierd op een 50-50-basis tussen de overheid en de industrie. De deelname van de staat is een teken van vertrouwen voor de industrie. Begin augustus bevestigde de CEO van Airbus, Guillaume Faury, in een interview met La Tribune zijn vertrouwen in het tijdschema:

“De sterke politieke wil om de luchtvaart koolstofvrij te maken zorgt ervoor dat wij steun ontvangen die ons in staat stelt dit doel te bereiken. Een ingebruikname van een gedecarboniseerd vliegtuig is realistisch voor 2035. Dit veronderstelt een start van het programma rond 2027 en de technologieën moeten al in 2025 klaar zijn, aangezien het twee jaar duurt om zich voor te bereiden op een dergelijke lancering. Er is al veel werk verricht. De ontwikkelingen zijn enkele jaren geleden in gang gezet, omdat sommige technologieën waarop we willen voortbouwen al in andere industriële sectoren worden toegepast. Natuurlijk zijn er veel uitdagingen om ze in een vliegtuig te introduceren, maar het is zeker niet onmogelijk. Met de financiële hulp van regeringen hebben we nog meer vertrouwen dan voorheen. Het is nog steeds onmogelijk om te zeggen hoe dit vliegtuig er uit zal zien, voor welk segment, met welke impact op de eerste ingebruikname in termen van marktpenetratie…. Vanuit technologisch oogpunt lijkt ons een ingebruikname in 2035 volledig realistisch”.

Als een dergelijk vliegtuig zou worden ontworpen voor het gebruik op middellange afstanden, zouden de voordelen voor de luchtvaart op wereldschaal enorm zijn. Omdat deze vliegtuigen vandaag de dag meer dan 70% van de wereldvloot vertegenwoordigen en Airbus deze markt al voor de coronaviruscrisis en de B737 MAX-crisis domineerde. Voor het decarboniseren van langeafstandsvluchten zal daarentegen een grootschalige ontwikkeling van biobrandstoffen noodzakelijk zijn.

Bron: La Tribune