skip to Main Content
contact@klimaatschap.org

Introductie

Het internationale vliegnetwerk verbindt ons met de rest van de wereld als nooit tevoren. Voor de COVID-19 pandemie maakten we bijna 39 miljoen vliegreizen per jaari, meer dan honderdduizend per dag.

Auteurs

Ruben ter Haar

Document

Versie 1.0
Datum 18 april 2021

Vliegen op waterstof

Commerciële vluchten zijn verantwoordelijk voor 2,5% van de mondiale uitstoot van CO2, wat uitkomt op 1,04 miljard ton (2018)i. Wat betreft Nederland is de luchtvaart goed voor 6,5 procent van de nationale CO2-uitstoot. De andere boosdoeners wat betreft het opwarmen van de aarde zijn de condenssporen van vliegtuigen, de lange strepen van waterdamp en roetdeeltjes in de lucht door de verbranding van kerosine, maar ook stikstofoxiden (NOx) en fijnstof (PM10).

Waterstof

De CO2 uitstoot per passagiersvlucht is meer dan 50% gedaald sinds 1990 vanwege verbeterde motoren, infrastructuur en toestelgebruik. Echter is de hoeveelheid vluchten de afgelopen vijf jaar met 20% toegenomen en de verwachting is dat het passagiersaantal rap doorstijgt van 4,5 miljard in 2019i naar 10 miljard in 2050ii.
Waterstof (H2) zou een oplossing kunnen zijn om deze enorme hoeveelheid mensen op een duurzame manier te verplaatsen. De verbranding genereert geen afvalproducten naast water. Bovendien heeft waterstof een hoge energie per massa, drie keer zo hoog als kerosineiii en meer dan honderd keer zo hoog als lithium-ion batterijeniv. In een vliegtuig is gewicht de grootste energieverbruiker, met de inzet van waterstof bespaart het vliegtuig tot 50% brandstof omdat het vliegtuig kleiner en lichter kan worden, of in verhouding meer kan transporteren.

Stand van zaken

ZeroAvia
In de zomer van 2020 maakte een zespersoons vliegtuigje op waterstof van het Britse ZeroAvia zijn eerste testvlucht. De ontwikkeling van een groter, twintig persoons vliegtuig is in volle gang, deze zou 650 km kunnen vliegen. De oprichter van ZeroAvia verwacht al in 2023 commercieel te kunnen vliegen, in 2026 vluchten van 900 kilometer met tachtig personen, en in 2030 met honderd personen.

Afbeelding 1: Een waterstofvliegtuig van ZeroAvia

Airbus ZeroE
In september 2020 heeft Airbus aangegeven zero-emissie vliegtuigen op waterstof te ontwikkelen met het project ZeroE. Drie conceptvliegtuigen zijn gepresenteerd die worden verwacht klaar te zijn voor 2035.

Afbeelding 2: De drie conceptvliegtuigen van Airbus

Effect

In een utopisch scenario waarin de gehele mondiale luchtvaart overgaat naar waterstof, kan de CO2 uitstoot van deze sector naar nul worden gebracht. De productie van de vliegtuigen en de waterstof, maar ook het overige transport moeten dan natuurlijk wel CO2 neutraal zijn. Een realistischer toekomstbeeld is dat maar een klein deel van de luchtvaart overgaat op waterstof, zie ook de discussie hieronder. Maar ook dan kan de impact groot zijn. Om een beeld te geven van de enorme hoeveelheid kerosine die verbruikt wordt: een vlucht van 8 uur verbruikt 100.000 liter. Alleen al op Schiphol worden miljarden liters kerosine getankt, met een totale CO2 uitstoot van 13 megaton. KLM stoot jaarlijks 8,6 megaton CO2 uiti. Het kabinet heeft een reductiedoel van 6 megaton CO2 equivalenten per jaarii: Vervang 70% van KLM’s vliegtuigen door waterstofmodellen en dit doel is gehaald.

Meekoppelkansen

Waterstof heeft naast de vliegtuigindustrie grote potentie als energiedrager in Nederland. Bestaande gasleidingen kunnen gebruikt worden voor het transport van waterstof. Nederland heeft een fijnmazig netwerk van 135.000 km gasleiding. Ook wordt waterstof in Nederland al meer dan 40 jaar op grote schaal in de industrie toegepast, waardoor er veel ervaring is op het gebied van veiligheid en transport. Groene waterstof wordt opgewekt met windmolens in de Noordzee boven de Waddeneilandeni, waardoor we minder afhankelijk zijn van politiek instabiele landen. Bovendien is waterstof onschadelijk bij inademing, en ook de natuur blijft onaangetast.
Waterstof kan bovendien een grote rol spelen in de Nederlandse staalindustrie. Benieuwd?

Kanttekeningen en discussie

Waterstof lijkt een veelbelovende oplossing voor het verduurzamen van vliegverkeer, maar er zit een aantal haken en ogen aan. Ten eerste is het de vraag of waterstof op grote schaal geproduceerd kan worden, met een competitieve prijs (waterstof is vier keer zo duur als conventionele kerosine, en de verwachting is dat dit de komende decennia maximaal halveert, waardoor het nog steeds twee keer zo duur blijfti), zonder dat de productie zelf een grote CO2-afdruk heeft. Veel waterstof wordt gemaakt met behulp van methaan, waarbij CO2 als restproduct vrijkomt. Maar ook het gebruik van grijze waterstof, opgewekt uit methaan leidt nu al tot grote CO2 besparingen in verhouding met conventionele aardolieproducten. Het gebruik van grijze waterstof is daarmee een uitstekende transitie brandstof.
Waterstof ook worden geproduceerd uit water met elektrolyse, op basis van hernieuwbare energieii. Maar 1% van alle waterstof wordt op deze manier geproduceerd vanwege de hoge kosten en energieverbruikiii. Deze productie van groene waterstof is dus nog kleinschalig, in vergelijking met de olie-industrie. Op het moment dat de productie wordt opgeschaald naar een Gigawatt schaal is dit prijsverschil verleden tijd. In 2030 wil NL 4 GW electrolyser capaciteit geïnstalleerd hebben en de EU 28 GWiv.

TKI Nieuwgas heeft in opdracht van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat in een routekaart de CO2 uitstoot van grijze waterstof met de overgang naar groene waterstof in de tijd afgebeeld. Het laat o.a. zien dat de inzet van grijze waterstof in de transitie fase de uitstoot van CO2 doet reduceren.

Ook het opslaan van waterstof is complex, aangezien het een gas is op kamertemperatuur moet het om vloeibaar te worden gekoeld worden tot maar liefst -253 °C in een speciale opslagtank. Ook vraagt het nieuwe infrastructuur op vliegvelden om de waterstof te transporteren. Naast vloeibaar opslaan kan je waterstof ook in een zout opslaan, bijvoorbeeld KBH4. De energiedichtheid van dit zout is vergelijkbaar met kerosine, qua volume en lichter qua gewicht. Het vrijkomende water uit de brandstofcel of straalmotor wordt gebruikt voor het vrijmaken van de waterstof uit het zout. Dit zout komt vanaf 2025 op grotere schaal op de markt. Het is niet brandbaar en niet explosief of toxisch, dus ook qua veiligheid een flinke stap voorwaarts. De kosten zullen iets hoger liggen dan gecomprimeerde of vloeibare waterstof, maar die extra kosten worden teruggewonnen door de veel eenvoudigere opslagmogelijkheden in het toestel.

Een ander duurzaam alternatief zijn Sustainable Aviation Fuels (duurzame vliegtuigbrandstoffen). Deze zijn chemisch gezien bijna identiek aan kerosine waardoor ze makkelijk in het huidige systeem kunnen worden geïmplementeerd. Dit zijn bijvoorbeeld biobrandstoffeni, maar ook E fuels, gemaakt door waterstof en CO2 met elkaar te laten reageren. E fuels zijn CO2 neutraal wanneer de energie in het proces afkomstig is van duurzame bronnen. In Noorwegen wil Norsk e-Fuel een fabriek opstarten die in 2023 tien miljoen liter E fuel per jaar kan gaan leverenii. Echter zijn Sustainable Aviation Fuels minder duurzaam dan het lijkt omdat je de centraal verzamelde CO2 door de vliegtuigen weer fijnmazig over de wereld wordt verdeeld waar bovendien ook NOx bij uitgestoten zal worden. Dit is misschien een quick win voor de korte termijn maar geen duurzame lang jarige oplossing. En ook hierbij blijft het probleem de prijs: conventionele kerosine zal waarschijnlijk nog decennialang de goedkopere optie blijven. Van meerdere kanten komt daarom de oproep om de prijs van de vliegtuigindustrie te laten reflecteren aan de schade die het aanricht aan het klimaat. Tickets zullen duurder worden, maar het maakt ruimte voor duurzame alternatieven om te concurreren.

Literatuurlijst

Statista. (2020, 2 december). Global air traffic – number of flights 2004–2021. https://www.statista.com/statistics/564769/airline-industry-number-of-flights/#:%7E:text=The %20number%20of%20flights%20performed,to%2016.4%20million%20in%202020.

Ritchie, H. (2020, 22 oktober). Climate change and flying: what share of global CO2 emissions come from aviation? Our World in Data. https://ourworldindata.org/co2-emissions-from-aviation

International Civil Aviation Organization. (2019). The World of Air Transport in 2019. https://www.icao.int/annual-report-2019/Pages/the-world-of-air-transport-in-2019.aspx

Air Transport Action Group. (2020, september). Waypoint 2050. Aviation Benefits. https://aviationbenefits.org/environmental-efficiency/climate-action/waypoint-2050/

Airbus. (2020, 8 oktober). Hydrogen in aviation: how close is it? https://www.airbus.com/newsroom/stories/hydrogen-aviation-understanding-challenges-to- widespread-adoption.html

Rao, A. G., Yin, F., & van Buijtenen, J. P. (2014). A hybrid engine concept for multi-fuel blended wing body. Aircraft Engineering and Aerospace Technology: An International Journal.

ZeroAvia. (2021). First Practical Zero Emission Aviation Powertrain. https://www.zeroavia.com/

Airbus. (2020, 8 oktober). Hydrogen in aviation: how close is it? https://www.airbus.com/newsroom/stories/hydrogen-aviation-understanding-challenges-to- widespread-adoption.html

CE Delft. (2021, 12 april). CO2-emissies van KLM en Schiphol. https://ce.nl/publicaties/co2- emissies-van-klm-en-schiphol/

PBL. (2020, 29 oktober). Klimaat- en Energieverkenning 2020. PBL Planbureau voor de Leefomgeving. https://www.pbl.nl/publicaties/klimaat-en-energieverkenning-2020

Koster, R. (2020, 15 juni). “Productie van waterstof op zee kan miljarden euro’s besparen”. NOS. https://nos.nl/artikel/2337350-productie-van-waterstof-op-zee-kan-miljarden-euro-s-besparen.html

Royal Society. (2019, 16 september). Sustainable synthetic fuels for transport. https://royalsociety.org/topics-policy/projects/low-carbon-energy-programme/sustainable-synthetic- carbon-based-fuels-for-transport/

Robbins, J. (2020, 13 november). The new fuel to come from Saudi Arabia. BBC Future. https://www.bbc.com/future/article/20201112-the-green-hydrogen-revolution-in-renewable-energy

Thomas, N., Sheppard, D., & Hume, N. (2021, 8 maart). The race to scale up green hydrogen. Financial Times. https://www.ft.com/content/7eac54ee-f1d1-4ebc-9573-b52f87d00240

Gigler, J., Weeda, M., Hoogma, R., & de Boer, J. (2020, januari). Waterstof voor de energietransitie. Topsector Energie. https://www.topsectorenergie.nl/sites/default/files/uploads/TKI %20Gas/publicaties/5591-TSE%20Programmatische%20Aanpak%20Waterstof-web.pdf

Air Transport Action Group. (2020, september). Waypoint 2050. Aviation Benefits. https://aviationbenefits.org/environmental-efficiency/climate-action/waypoint-2050/

Norsk e-Fuel. (2020). Norsk e-Fuel – Europe’s first commercial plant for renewable aviation fuel, green hydrogen. https://www.norsk-e-fuel.com/en/

Back To Top
Feedback
Feedback
Suggesties? Laat het ons weten!
Volgende
Laat je e-mailadres achter. (niet verplicht)
Terug
Verzend
Dank voor je feedback!