In het kader van een reeks conferenties over de waterstofsector heeft Christophe Arnold, die bij Airbus verantwoordelijk is voor de infrastructuur voor nieuwe energiebronnen, een presentatie gehouden over de visie van de vliegtuigbouwer op het koolstofvrij maken van de luchtmobiliteit.

Koolstofneutraliteit

Over de hele wereld kondigen landen min of meer langetermijnambities voor koolstofneutraliteit aan. China heeft onlangs gecommuniceerd over een routekaart tot 2060 en in de Verenigde Staten zullen miljoenen dollars worden vrijgemaakt om de luchthaveninfrastructuur te vernieuwen.

Europa streeft naar een vermindering van de broeikasgasemissies met 55% tegen 2030 ten opzichte van het niveau van 1990. Waterstof, zowel gasvormig als vloeibaar, staat centraal in dit programma, met tankstations die worden geïnstalleerd op de belangrijkste commerciële verbindingen van het TEN-T (Trans-European Transport Network). En grote luchtvaartmaatschappijen zoals American Airlines, Oneworld, EasyJet, Delta, enz. onthullen de een na de ander hun koolstofarme strategie.

Het koolstofvrij maken van de luchtvaart: “Er is geen magische oplossing”

“De luchtvaart koolstofvrij maken is niet eenvoudig. Er is niet één oplossing, geen magische oplossing. Het is een geheel van maatregelen die moeten worden genomen om de doelstellingen van de sector te verwezenlijken“, waarschuwt Christophe Arnold.

Om zijn punt te illustreren, haalt de Airbus-manager de actiegroep voor luchtvervoer Air Transport Action Group (ATAG) aan. In haar rapport stelt de organisatie dat koolstofneutraliteit in 2060 moet worden bereikt, met een vermindering van 50% in 2050 ten opzichte van het niveau van 2005.

Om dit te bereiken, moeten verschillende hefbomen geleidelijk worden geactiveerd. In de eerste plaats de vernieuwing van de vliegtuigvloot met lichtere en meer aerodynamische modellen die 20 tot 30% minder brandstof verbruiken. In de tweede plaats is het noodzakelijk de vliegroutes en procedures te optimaliseren. Door bijvoorbeeld kortere wachttijden voor het landen, kan de uitstoot met 10% worden verminderd.

Een andere mogelijkheid is het afvangen van CO2 buiten de luchtvaartsector, als input voor koolstofcompensatieregelingen. “De belangrijkste hefboom waarover wij zullen beschikken is de toepassing van duurzame brandstoffen“, aldus de Airbus-manager.

Duurzame brandstoffen

De eerste oplossing die reeds beschikbaar is en nog verder wordt ontwikkeld zijn biobrandstoffen die uit biomassa worden gewonnen. Er zullen nog verschillende generaties van deze steeds efficiëntere brandstoffen volgen. Hun volume zal echter beperkt zijn, met name door de behoefte aan grondstoffen van de landbouw en de levensmiddelenindustrie.

Om over koolstofarme energie te kunnen beschikken, moeten hernieuwbare bronnen (zon, wind) worden geëxploiteerd. Dit mechanisme ligt aan de basis van synthetische brandstoffen “Power-to-Liquid”, die worden geproduceerd door de combinatie van CO2 in de lucht en groene waterstof, verkregen door elektrolyse. “Synthetische brandstof heeft een enorm ontwikkelingspotentieel“, aldus Christophe Arnold. Maar de ultieme oplossing is om waterstof rechtstreeks als brandstof in vliegtuigen te gebruiken.

Welke brandstof is het beste?

“Airbus werkt al jaren aan koolstofvrije projecten om zijn energietoekomst te bepalen. Het bedrijf heeft zeer serieuze studies uitgevoerd om te begrijpen welke energiebron het beste is“, legt Christophe Arnold uit. Hij noemt: methaan, butaan, ethanol, methanol, ammoniak, batterijen en andere energiebronnen.

“Wij zijn tot de conclusie gekomen dat waterstof echt de meest veelbelovende energiedrager is,” geeft Arnold aan. “Het is een veelzijdige molecule die in vele vormen kan worden gebruikt,” vervolgt hij. Naast synthetische brandstoffen die ook koolstofneutraal zijn, kan waterstof rechtstreeks worden gebruikt in aangepaste gasturbines. “Dit is iets waarvan we weten hoe het moet en de technieken zijn al in aanzienlijke mate ontwikkeld,” aldus de Airbus-manager.

Bovendien worden stikstofoxiden en condensatiesporen met deze oplossing vrijwel geëlimineerd. Maar waterstof kan ook worden gebruikt om via brandstofcellen elektromotoren aan te drijven. Met een nog betere milieubalans.

Vliegtuigen op waterstof van Airbus

Vanaf het moment dat Airbus voor waterstof als energiedrager heeft gekozen, moest het bedrijf vliegtuigen ontwikkelen die er gebruik van konden maken. In september 2020 werden drie concepten onthuld.

De Turboprop heeft het silhouet van een huidige ATR met twee propellermotoren die kunnen draaien op vloeibare waterstof. Dit vliegtuig zou tot 100 passagiers kunnen vervoeren over afstanden van 1.800 kilometer.

De Turbofan, vergelijkbaar met een A320, met een bereik van 4.000 km, zou tot 200 passagiers kunnen vervoeren. Net als de Turboprop draait zijn hybride aandrijfsysteem op vloeibare waterstof.

Tenslotte, een vliegende vleugel met de naam Blended-Wing Body die ook een bereik van 4.000 km zou hebben en 200 passagiers zou kunnen vervoeren. Dit rompvliegtuigconcept biedt de beste aerodynamica en een vorm die grote opslagvolumes voor de waterstoftanks mogelijk maakt.

Aangezien de toekomst van deze vliegtuigen ook afhangt van externe spelers die op de een of andere manier moeten deelnemen aan de ontwikkeling ervan, zoals luchthavens, energieleveranciers, regelgevende instanties, enz., heeft Airbus uitzonderlijk vroeg over deze vliegtuigen gecommuniceerd.

Een eerste vliegtuig op waterstof in 2035

Omdat nog verder onderzoek moet worden verricht naar het vlieggedrag en het gebruik op luchthavens, zou de Blended-Wing Body niet het eerste model zijn dat op de markt verschijnt. Bovendien rijst de vraag of een dergelijk model zonder ramen wel door de reizigers zal worden aanvaard.

In november 2020 presenteerde Airbus een vierde concept. De aandrijftechniek is volkomen anders, want het vliegtuig maakt gebruik van 6 elektromotoren die worden aangedreven door brandstofcellen op waterstof.

Airbus streeft ernaar het eerste vliegtuig dat met waterstof wordt aangedreven in 2035 op de markt te brengen. Tegen 2025 zou een demonstratiemodel operationeel zijn, met als basis een aangepaste A380. Het zal de luchtvaartmaatschappijen in staat stellen zich op deze nieuwe technologie voor te bereiden.

Ontbrekende technologische bouwstenen

Tijdens zijn presentatie somt Christophe Arnold de technologische bouwstenen op die nog moeten worden ontwikkeld voor een vliegtuig op waterstof. Te beginnen met cryogene tanks (dubbele wand, nieuwe materialen) die de waterstof moeten opslaan bij -253° C voor een hoeveelheid van ongeveer een ton.

Dan zijn er de brandstofcellen, die zeer krachtig moeten zijn en een mate van betrouwbaarheid bieden die verenigbaar is met de luchtvaart. Op dit gebied is Airbus gaan samenwerken met de Duitse specialist Elring Klinger. Er moet nog vooruitgang worden geboekt op het gebied van waterstofdistributie, elektromotoren, gasturbines, enz.

Herziening van het ecosysteem

“We moeten een energiesprong maken op de luchthavens”, legt Christophe Arnold uit. “We hoeven niet te wachten totdat alle luchthavens zijn uitgerust met waterstof. Het zou voldoende zijn om 250 tot 300 van de meer dan 3.000 commerciële luchthavens wereldwijd hiervoor aan te passen om “een groot deel van de markt te veroveren”.

Door de tanks te vullen voor een retourvlucht, zou het aantal luchthavens dat waterstof kan leveren nog beperkter kunnen zijn. Vandaar de noodzaak van een strategische studie om de geografische punten te bepalen, rekening houdend met de prioritaire luchthavens die moeten worden uitgerust. Een van de belangrijkste criteria: het belang van het luchtverkeer voor een gebied, maar ook het beleid ter plekke voor de ontwikkeling van deze energiedrager dat van invloed is op de brandstofprijzen.

40 à 50 miljoen ton waterstof per jaar in 2050

In 2050 zou de waterstofbehoefte voor de luchtvaart 40 à 50 miljoen ton per jaar kunnen bedragen. Door de behoeften in kaart te brengen en zichtbaar te maken, kunnen alle betrokken partijen – inclusief de energiebedrijven – zich op een dergelijke groei voorbereiden.

Christophe Arnold waarschuwt dat er stroomopwaarts een regelgevend kader moet komen om normen en standaarden vast te leggen. Deze fase zal heel wat tijd in beslag nemen. Zonder deze werkzaamheden op het gebied van de veiligheid en het beheer van waterstof in de luchtmobiliteit, zullen de partners uit de sector het moeilijk hebben om volledig aan de slag te gaan. Het is de goedkeuring van een regelgevingskader dat het leeuwendeel van de investeringen zal vrijmaken.

Bron: H2 mobile