Chemie brengt CO₂-neutraal vliegen dichterbij
Het goede nieuws: wie straks weer in het vliegtuig stapt, stoot per gevlogen kilometer maar de helft aan CO2 uit als in 1990. Dat is te danken aan zuinigere vliegtuigen. Toestellen met efficiëntere motoren, verbeterde aerodynamica en gebouwd van lichtere materialen. Elk nieuw vliegtuigtype is 15 tot 20 procent zuiniger (en stiller) dan zijn voorganger. Neem de Airbus 320-neo, die verbruikt 15 procent minder kerosine dan de A320 en kan twintig passagiers extra meenemen. Zo komt het uit op een 20 procent lager brandstofverbruik per passagierskilometer.
Chemie Magazine ook thuis lezen? Abonneer je gratis
Elk onsje telt voor vliegtuigfabrikanten. Het interieur – stoelen, bagagekasten en zelfs trolleys – en alle constructiematerialen zijn zo licht mogelijk. In een vliegtuig tref je nauwelijks staal aan. Fabrikanten kiezen voor lichtere maar toch sterke en veilige materialen, zoals aluminium en speciale kunststoffen en composieten. Net als in de auto-industrie (zie Chemie Magazine mei) ontdek je kunststoffen niet alleen in het interieur, maar ook in de motoren, in het frame, de vele elektronica en de bekabeling. En ook hier speelt de chemie een belangrijke rol.
Een paar voorbeelden: Solvay produceert epoxymaterialen die geschikt zijn voor bewegende vliegtuigmotoronderdelen en die meer dan de helft lichter zijn dan het titanium dat het vervangt. BASF levert polyamidepoeders waarmee lichtgewicht honingraatstructuren 3D-geprint worden voor bijvoorbeeld wandpanelen. SABIC levert een met koolstofvezel versterkte polyetherimide waarmee dunwandige armleuningen kunnen worden gemaakt, de helft lichter dan de aluminiumvariant. DSM levert lichtgewicht vrachtnetten gemaakt van supersterke polyethyleen kunststofvezels. En het nieuwste vliegtuig-van-de-toekomst-ontwerp van Airbus heeft een romp die deels bestaat uit transparant composietmateriaal: een vliegtuig met panoramadak.
Condensstrepen
Het slechte nieuws: ondanks de efficiëntere, lichtere vliegtuigen verdubbelde de totale CO2-uitstoot van het vliegverkeer wereldwijd in de afgelopen 20 jaar. We vliegen namelijk steeds vaker. Verre vakanties zijn populair en globalisering leidt tot meer vliegende ondernemers, politici, wetenschappers, topsporters, dj’s etc. Wereldwijd namen er in 2018 4,4 miljard mensen het vliegtuig. In Nederland groeide het aantal passagiers van 20 miljoen in 1992 naar ruim 81 miljoen in 2019. Een gemiddeld groeipercentage van 5,3 procent per jaar.
De precieze bijdrage van het vliegverkeer aan de Nederlandse CO2-uitstoot blijkt geen eenvoudig getal. In de media vind je percentages variërend van 1,5-15 procent. “Er zijn veel verschillende manieren om de emissie te berekenen”, legt Jasper Faber uit, expert luchtverkeer bij het onafhankelijk onderzoeks- en adviesbureau CE Delft. “Tel je enkel de vertrekkende of ook landende vluchten? Belangrijk is ook de indirecte CO2-uitstoot. Roet en condensstrepen (contrails) dragen flink bij aan het broeikaseffect. Dat aandeel is zelfs 2-4 maal groter dan de CO2-uitstoot door verbranding van kerosine.” Het CBS becijfert de (directe) CO2-uitstoot van de Nederlandse luchtvaartmaatschappijen op 12,7 miljard kilo (2018), circa 6 à 7 procent van de totale Nederlandse CO2-emmissie, evenveel overigens als het weg- en waterverkeer samen. De kerosine die in 2018 in Nederland werd verkocht, was goed voor 12,2 miljard kilo CO2-uitstoot.
Hybride vliegen
De internationale luchtvaart wil 35 procent minder CO2 uitstoten in 2030 dan voorspeld, en in 2050 moet de uitstoot minder dan de helft van 2005 zijn. Klimaatneutraal vliegen is technisch haast onmogelijk, zeker niet op korte termijn, vertelt Joris Melkert, docent lucht- en ruimtevaarttechniek aan de TU Delft. “Het wegverkeer kan overschakelen op elektrisch rijden, maar batterijen de lucht in tillen werkt niet. Ze zijn simpelweg te zwaar.” Ook vliegen op waterstof is binnen afzienbare termijn geen optie. De brandstof zelf is weliswaar licht en duurzaam te produceren, maar het is een gas en neemt dus veel volume in. Compressietanks zijn weer zwaar. Hybride vliegen is misschien een optie. Daarbij start het vliegtuig met een boost van elektrische motoren op accu’s. De gewone motoren zijn gedimensioneerd en geoptimaliseerd voor de cruise-snelheid, waardoor ze een stuk lichter en efficiënter zijn. “Maar de laatste berichten zijn dat je zo toch maar een paar procent CO2-winst haalt”, tempert Melkert de verwachtingen.
Dubbele cijfers
“Dubbele reductiecijfers halen kan wel door kerosine te tanken gemaakt van hernieuwbare grondstoffen, biokerosine”, vervolgt hij. In het Nederlandse klimaatakkoord staat dat in 2030 14 procent van de getankte kerosine duurzaam moet zijn. KLM vliegt nu voor 1 à 2 procent op biokerosine geproduceerd in Californië; in Delfzijl bouwt SkyNRG een eerste Europese biokerosinefabriek (zie kader). Grondstoffen zijn afgewerkt frituurvet en andere vetrestanten. Faber: “Life cycle analyses laten zien dat je 50-80 procent minder directe CO2-uitstoot genereert op dergelijke biokerosine.” De indirecte CO2-uitstoot neem je niet weg. Melkert: “Het is dus zeker geen heilige graal. Maar biokerosine kan zo de tank in. Een makkelijke manier om een belangrijke eerste stap te maken.”
De hele luchtvaart op afvalvet laten vliegen is helaas onmogelijk. “Er is simpelweg niet genoeg van”, vertelt hoogleraar Biobased Economy Martin Junginger (Universiteit Utrecht). “Op termijn is het daarom logisch deze stroom te reserveren voor de luchtvaart. Nu gaat het ook in de vorm van biodiesel naar wegverkeer, terwijl daar elektrificatie mogelijk is.” Meer biokerosine maken kan door ook houtachtige reststromen zoals gemaaid gras om te zetten in biokerosine. Dat is technisch mogelijk en verlaagt de CO2-uitstoot nog verder (circa 90 procent), maar is technisch ook ingewikkelder en duurder. Junginger: “Biokerosine uit afvalvet is nu circa twee keer duurder dan fossiele, met ‘hout’ als grondstof verdubbelt dat nogmaals. Maar opschaling kan de kosten weer drukken.”
“De enige echte oplossing” is voor Melkert synthetische kerosine gemaakt van CO2 en duurzame waterstof (zie kader). “Er wordt flink in geïnvesteerd, want iedereen erkent: zo sluit je de CO2-keten.” Ook Junginger is enthousiast, maar benadrukt dat het een langetermijnoplossing is. “Technisch kan het, maar CO2 uit de lucht afvangen kost nog veel energie, en is dus prijzig.” Hij voorziet al eerder een handige combi in de productie van bio- en synthetische kerosine. “Bij de omzetting van biomassa in biobrandstoffen komt ook CO2 vrij. Een geconcentreerde stroom die je uitstekend kunt benutten voor synthetische kerosine. Dat maakt de technologie een stuk goedkoper.”
Groene kerosine uit frietvet, bermgras of CO2
Gewone kerosine is een aardoliefractie (C12-C16). SkyNRG, met KLM en Shell als belangrijke partners, produceert vanaf 2022 biokerosine in Delfzijl, met als belangrijkste grondstof afgewerkt frituurvet. Jaarlijks levert de fabriek 100.000 ton biokerosine, ruim 2 procent van de hoeveelheid getankte kerosine op Schiphol in 2018. Dat gebeurt via het zogeheten HEFA-proces (hydroprocessed ester and fatty acid). In een eerste hydrotreating-stap zorgt waterstof ervoor dat onverzadigde verbindingen en zuurstof verdwijnen. Verdere hydrogenering splitst het vet op in koolwaterstoffen en propaan (bio-lpg). Door katalytische isomerisatie en kraakprocessen wordt uit de koolwaterstoffen zoveel mogelijk kerosine gewonnen. Een andere route naar biokerosine is houtachtige biomassa fermenteren tot alcoholen en die vervolgens met behulp van groene waterstof omzetten in kerosine (alcohol-to-jet).
Er wordt ook hard gewerkt aan technieken om kerosine te maken vanuit CO2 en groene waterstof. Rotterdam-The Hague Airport doet een haalbaarheidsstudie naar een demonstratiefabriek op het eigen vliegveld. Grondstoffen zijn CO2 gevangen uit de buitenlucht en water. Via elektrolyse met zonnestroom wordt syngas gemaakt dat omgezet wordt in een synthetische olie (Fischer-Tropsch-synthese) waaruit via katalytische processen kerosine wordt gewonnen. De benodigde technieken bestaan maar zijn prijzig vergeleken met fossiele kerosine.
De trein: (g)een alternatief?
Wie de trein kiest in plaats van het vliegtuig minimaliseert zijn CO2-uitstoot. MilieuCentraal stelt dat een vliegreis het milieu 7-11 keer zoveel belast als dezelfde reis per trein. Het verschil is het grootst op korte reisafstanden (minder dan 700 kilometer). Bij vliegafstanden tot 4 uur is de trein ook vrijwel altijd sneller van deur tot deur. In Duitsland en Zweden daalde in 2019 het aantal binnenlandse vluchten scherp en steeg het aantal treinreizen. Behalve verbeterde treinvoorzieningen lijkt de Zweedse flygskam (vliegschaamte) een belangrijke oorzaak, net als de oproep en belofte van drieduizend Duitse academici om niet meer te vliegen over afstanden korter dan 1000 kilometer of 12 uur reistijd per trein.
“Mooi, maar 70 procent van de Nederlandse uitstoot wordt veroorzaakt op intercontinentale vluchten”, benadrukt Jasper Faber (CE Delft). “Daar is de trein geen alternatief.” Ook Joris Melkert (TU Delft) ziet de trein niet op korte termijn veel CO2-uitstoot door luchtverkeer wegnemen. “Vliegen vraagt weinig infrastructuur. In principe ben je er met een flinke strook asfalt. Daar is het succes ook in belangrijke mate aan te danken. De aanleg van hoog kwalitatieve spoorverbindingen kost jaren.”
