Kunnen luchthavens waterstof als brandstof laten werken?

De BBC deed onderzoek.

400.000 keer je auto volgooien

Op een doorsnee dag stijgen 1300 vliegtuigen op en landen ze op Heathrow Airport, en om dat draaiende te houden is elke dag zo'n 20 miljoen liter vliegtuigbrandstof nodig. Dat staat gelijk aan ongeveer 400.000 keer je auto volgooien (per dag!)

Het is een enorme operatie, waarbij brandstof rechtstreeks van raffinaderijen naar het vliegveld wordt getransporteerd en vervolgens wordt opgeslagen op twee faciliteiten die bekend staan als brandstofboerderijen. "De hoeveelheid brandstof die Heathrow passeert is enorm. Het is ongeveer de helft van de Britse behoefte aan vliegtuigbrandstof," zegt Matt Prescott, hoofd koolstofstrategie op Heathrow.

Een vliegveld koopt en verkoopt zelf geen brandstof, dat is een zaak van de luchtvaartmaatschappijen en hun leveranciers.

Het moet echter wel nadenken over de infrastructuur, ruimte toewijzen voor opslag en leidingen en ervoor zorgen dat de luchtvaartmaatschappijen en brandstofbedrijven alles hebben wat ze nodig hebben. "Het gaat er echt om voldoende capaciteit op te bouwen om ervoor te zorgen dat de luchthaven die veerkracht heeft ingebouwd," zegt de heer Prescott.

Hele wereld

Maar als het op brandstof aankomt, moeten luchthavens over de hele wereld zich grondig herbezinnen.
In het Verenigd Koninkrijk heeft de Britse luchtvaartindustrie zich er in het kader van het Jet Zero-plan van de regering toe verbonden om tegen 2040 een koolstofemissie van nul te bereiken. De Amerikaanse luchtvaartindustrie is van plan om in 2050 een netto nuluitstoot te bereiken. De Europese Unie heeft een vergelijkbaar doel.

Wat is netto nul en hoe komen landen daar?

Dit zijn ambitieuze doelstellingen en om ze te halen zijn alternatieven voor traditionele vliegtuigbrandstof nodig.

Sustainable Aviation Fuel (SAF) - brandstof die niet afkomstig is van fossiele brandstoffen - is één optie. Luchtvaartmaatschappijen gebruiken het al, meestal gemengd met gewone vliegtuigbrandstof. Voor luchthavens is het eenvoudig om SAF te leveren - het kan geleverd worden via bestaande leidingen. Maar velen betwijfelen of SAF goedkoop genoeg of in grote hoeveelheden kan worden geproduceerd om aan de behoeften van de luchtvaartindustrie te voldoen. Er is dus veel belangstelling voor waterstof, dat veel energie kan opslaan en bij gebruik als brandstof geen CO2 produceert.  Om van enig nut te zijn voor de luchtvaartindustrie, moet waterstof in vloeibare vorm zijn, wat betekent dat het gekoeld moet worden tot min 253C.

Enorme uitdaging

Het hanteren van een vloeistof bij een dergelijke temperatuur is een enorme uitdaging. Als je de kans krijgt, zal vloeibare waterstof "afkoken" en ontsnappen als een gas - wat een potentieel gevaar kan opleveren. Dus tanks, leidingen en slangen moeten allemaal extra geïsoleerd zijn om de vloeistof koud te houden.

Het Franse Air Liquide heeft veel ervaring op dit gebied. Het levert al zo'n 50 jaar cryogene waterstof aan de Ariane-raketten van het Europees Ruimteagentschap (ESA). Het bedrijf produceert meer dan een miljoen ton waterstof per jaar en de waterstof wordt niet alleen gebruikt als brandstof voor raketten, maar ook in vrachtwagens en allerlei industriële processen. "Dit geeft ons een zeer sterke achtergrond in technologie en industriële knowhow op dit gebied," zegt Erwin Penforis, een senior executive bij de wereldwijde waterstofactiviteiten van het bedrijf.

Miljard dollar

De afgelopen drie jaar heeft Air Liquide, in samenwerking met Airbus en de grootste luchthavenexploitant van Frankrijk, Group ADP, het potentieel van waterstof in de luchtvaartsector onderzocht. Het maakt ook deel uit van het H2Fly-consortium dat deze zomer met succes een vliegtuig bestuurde op vloeibare waterstof. Voor Air Liquide was dit een kans om systemen te testen voor het tanken van een waterstofvliegtuig. Luchtvaartmaatschappijen willen graag weten of waterstofvliegtuigen net zo snel kunnen worden bijgetankt als de huidige vliegtuigen, omdat snelle doorlooptijden belangrijk zijn voor de industrie. "Kunnen we een paar ton vloeibare waterstof leveren in 15 minuten? 20 minuten? We hebben de technologieën hiervoor. We zijn ze aan het aanpassen - maar het antwoord is ja," zegt de heer Penforis. Het installeren van de apparatuur die nodig is om waterstof op luchthavens op te slaan en te distribueren zal echter niet goedkoop zijn. Het adviesbureau Bain & Company schat dat het wel een miljard dollar per luchthaven kan kosten.

Oplossing

Een start-up, Universal Hydrogen, zegt een oplossing te hebben. Het houdt in dat alle lastige onderdelen van de omgang met waterstof buiten het vliegveld worden gedaan, waarschijnlijk in de fabriek waar het gas feitelijk wordt gemaakt. Het bedrijf heeft speciale tanks ontwikkeld voor vloeibare waterstof (UH noemt ze modules), die vervolgens per vrachtwagen naar het vliegveld kunnen worden gebracht. De modules zijn ontworpen om rechtstreeks in het vliegtuig te worden geplaatst, waar ze kunnen worden aangesloten op het aandrijfsysteem. Pijpen, slangen en pompen zijn niet nodig. De modules zijn extreem goed geïsoleerd en kunnen de waterstof vier dagen vloeibaar houden. Twee modules zouden 360 kg waterstof bevatten en zouden een vliegtuig 500 mijl kunnen laten vliegen, plus 45 minuten extra vliegtijd in reserve.

Universal Hydrogen past een regionaal lijnvliegtuig aan, plaatst er een brandstofcel in die vloeibare waterstof kan omzetten in elektriciteit en verbindt die met elektromotoren die de propellers aandrijven. Er worden grotere deuren gemonteerd zodat de modules in het vliegtuig geladen kunnen worden. Als alles volgens plan verloopt, beginnen de testvluchten volgend jaar.

Mark Cousin, chief technology officer bij Universal Hydrogen, zegt dat waterstof waarschijnlijk het meest gebruikt zal worden voor regionale vluchten, maar dat gewone vliegtuigbrandstof nog steeds nodig zal zijn voor langeafstandsvluchten. "De brandstof op een andere manier behandelen - zoals wij voorstellen - is zinvol omdat je niet probeert de bestaande brandstofinfrastructuur om te bouwen, die de luchtvaartmaatschappijen hoe dan ook moeten behouden voor andere delen van hun vloot," zegt hij. Het is nog niet duidelijk of waterstof een gangbare brandstof voor de luchtvaart zal worden. De ontwikkeling van waterstofvliegtuigen staat nog in de kinderschoenen. In tegenstelling tot de huidige vliegtuigen, die brandstof in hun vleugels kunnen opslaan, zullen waterstofvliegtuigen hun brandstof in de romp moeten opslaan, waardoor er minder ruimte overblijft voor passagiers. Daarnaast is het ook de vraag of er genoeg milieuvriendelijke, groene waterstof zal zijn om aan de vraag te voldoen.

Demonstratievluchten

Prakash Dikshit, die voor het adviesbureau Landrum and Brown werkt aan de planning en ontwikkeling van luchthavens, zegt dat het niet duidelijk is welke weg de luchtvaartindustrie zal inslaan. "Ik denk dat iedereen in de luchtvaartindustrie zich realiseert dat net zero iets is waar ze naar moeten streven. Het is op dit moment minder duidelijk hoe we daar moeten komen en hoe dat economisch gezien moet gaan. "Vliegtuigen op waterstof - hoewel er in de komende tien jaar misschien enkele demonstratievluchten zullen plaatsvinden, lijkt grootschalige toepassing van waterstof veel verder weg. En misschien niet eens zeker."

Rotterdam The Hague Airport

De BTV vult dit artikel aan.
Dit vliegveld heeft zichzelf uitgeroepen tot ontwikkelplaats voor verduurzaming van de luchtvaart. Er is 1 persoon aangewezen dit project te leiden. Ook hij spreekt graag over waterstof als de toekomst. Recentelijk heeft de luchthaven een vergunning aangevraagd om een waterstof pomp te mogen plaatsen. Naderhand blijkt het te gaan om een alternatief van een reguliere commerciële bezinepomp voor passerende auto's. Dus niets verduurzaming luchtvaart. Desgevraagd wordt gesteld dat RTHA nu ook streeft om een opslag aan de 'luchtzijde' te krijgen. Hier zouden enkele kilo's waterstof in opgeslagen moeten worden om mee te experimenteren. Er is een radiografisch bestuurd miniatuurvliegtuigje beschikbaar, type drone, dat in 2025 of 2026 een testvlucht zou moeten maken. Een verder beslisboom heeft de luchthaven niet. De genoemde miljard dollar voor de ombouw van het vliegveld evenmin. Het heeft er alle schijn van dat ook deze benadering niets anders is dan greenwashing.

Het in bovenstaande artikel genoemde oplossing (die nog moet worden ontwikkeld) door Universal Hydrogen wordt aangedragen, is een discutabele. Waarom zou je vele miljoenen investeren in een vaag project, zoals het het ontwikkelen van een vliegtuig dat niet verder komt een een middenklasse elektrische auto? De beoogde (maar nog niet bewezen) reisafstanden die ultiem behaald zouden moeten worden, zijn veel goedkoper en milieuvriendelijker ook per elektrische trein af te leggen.

Bron: BBC, 24 november 2023

Gerelateerd:

Wat is nodig om de luchtvaartsector koolstofvrij te laten vliegen?