Solar Boeing ready for take-off ?

Hoera! We kunnen de wereld om in een vliegtuig op zonnestroom. Heeft burgerluchtvaart op zonne-energie toekomst?

Daar verheft het gevaarte zich in alle vroegte, traag als een reiger die over een met dauw bedekte weide scheert. Hoewel de vier motoren op vol vermogen draaien, weten twee mannen op fietsen het toestel bij te houden; al bij 36 kilometer per uur komt het los van de landingsstrip.


De Solar Impulse is een bijzonder vliegtuig: het kan vliegen zonder een druppel brandstof te verbruiken. Alle benodigde energie komt van 17 duizend zonnepanelen die op de vleugels en de romp zijn gemonteerd. Maandag steeg het voor het eerst op van een vliegveldje in het Zwitserse Payerne.


Een briljant idee; zodra boven de wolken wordt gevlogen, is er altijd genoeg energie beschikbaar om in de lucht te blijven, waardoor het ultieme doel in zicht komt: non-stop rond de aarde vliegen op zonnestroom. Het Zwitserse team dat aan de Solar Impulse werkt, heeft zich daarmee een extra uitdaging op de hals gehaald, want hun toestel moet ook 's nachts airborne blijven. Dit betekent dat de zonnepanelen overdag voldoende licht moeten vangen om behalve de elektromotoren te voeden, ook de accu's te laden.


De Solar Impulse 2 (een eerdere versie heeft vorig jaar al enkele lange-afstandsvluchten boven de Verenigde Staten gemaakt) is het eerste passagierstoestel ter wereld dat op louter zonne-energie 24 uur per dag kan blijven vliegen. Kom daar maar eens om bij een Boeing 747, die ouderwetse fossiele brandstof verstookt. Hebben de Zwitsers het probleem van de CO2-spuiters opgelost? Draait de burgerluchtvaart straks op zonne-energie?


Nou nee. 'Het direct gebruik van zonnepanelen in de burgerluchtvaart kun je vergeten', zegt Joris Melkert. 'De Solar Impulse heeft de omvang van een verkeersvliegtuig en hij kan toch maar één persoon vervoeren', stelt de universitair docent luchtvaarttechniek van de TU Delft. Zou het toestel iets zwaarder worden, dan komt het niet meer van de grond. Het is eigenlijk een zweefvliegtuig met elektromotoren. Vandaar de enorme spanwijdte (de vleugels zijn langer dan die van een 747). Dit leidt ertoe dat het toestel niet erg hard kan (de maximale snelheid is 140 kilometer per uur). Het kan alleen vliegen bij geschikt weer, denkt Melkert, omdat tijdens turbulentie de krachten op de vleugels snel te groot worden. Vervelend als je voor een zakenvlucht naar het buitenland moet, en het weer onderweg slecht is.


Moet het idee geen kans krijgen? De gebroeders Wright bouwden ook niet meteen een Airbus A380. 'Het mooie van dit project is dat de techniek tot het uiterste wordt gepusht', zeggen zowel Melkert als zonnecelonderzoeker Arno Smets van de TU Delft. Neem de zonnecellen op de vleugels. 'Met het type dat zij gebruiken, is een rendement van 30 tot 35 procent mogelijk. Panelen die wij op ons dak hebben liggen, halen gemiddeld 15 tot 20 procent. Ze zijn dus bijna twee keer zo efficiënt', zegt Smets.


Helaas is dat bij lange na niet genoeg. Smets maakt een rekensom. In de volle zon is de hoeveelheid energie per vierkante meter ongeveer 1.000 watt. Als je een Boeing 747 zou bekleden met zonnecellen die deze energie zeer efficiënt zouden omzetten, wekken ze maximaal 200 kilowatt op. 'Bij de start leveren de motoren van een 747 omgerekend 284 duizend kilowatt', zegt Smets. 'De zonnepanelen komen dus nogal wat tekort.' Voor een vergelijkbare hoeveelheid vermogen is een oppervlakte van duizend Boeings nodig. Conclusie: zonne-energie is geen optie.


Maar er is misschien een omweg. Plak de panelen niet op het vliegtuig, maar plaats ze gewoon op de grond. Met de elektriciteit die ze opwekken, kan via elektrolyse waterstof worden gemaakt, dat in combinatie met CO2 kan worden omgezet in methaan, en wellicht in een kerosineachtige brandstof, zegt Smets. Het voordeel van chemische brandstoffen als kerosine, diesel en benzine, is de zeer hoge energiedichtheid. Dus als je uit zonlicht brandstof kunt maken, zijn veel problemen in een klap opgelost.


Het onderzoek naar deze solar fuels krijgt veel aandacht, zegt Smets. Er wordt vaak over gesproken, maar de mogelijkheden zijn beperkt. Zonnecellen gecombineerd met bestaande elektrolysetechnieken hebben een redelijk rendement; ongeveer 15 procent van zonlicht kan nu worden omgezet in waterstof. Deze methode is kostbaar, omdat dure materialen nodig zijn als platina.


Smets experimenteert met foto-elektrochemische materialen waarbij geen platina nodig is, maar van dit proces is het rendement nu nog lager - ongeveer 5 procent. Dat getal moet flink omhoog, naar zeker 15. Kosteneffectieve productie van solar fuels gaat daarom zeker nog twintig tot dertig jaar duren, denkt Smets.


Een andere optie is het gebruik van accu's, net als in elektrische auto's. Maar in de lucht hebben accu's een groot nadeel: de energiedichtheid van een kilo kerosine is zestig keer zo hoog, zegt Melkert. Dat betekent dat toestellen op accu's dus enorm veel extra gewicht moeten meezeulen, wat vooral een probleem is bij lange trans-Atlantische vluchten. Voor regionale verbindingen ziet Melkert uiteindelijk mogelijkheden. Evenals Airbus, dat in april in Frankrijk de E-Fan demonstreerde, een tweezitter met elektromotoren en accu's. Het Europese luchtvaartconcern wil op termijn een regionaal elektrisch toestel maken dat 70 tot 90 passagiers kan vervoeren.


Realistisch? Ooit, misschien, zegt Melkert. 'Elektromotoren zijn een factor drie efficiënter dan brandstofmotoren. Als het niet te hard hoeft, kun je propellers gebruiken, die zijn ook weer wat efficiënter dan straalmotoren.' Als dan ook de accutechnologie nog wat verbetert en toestellen wat aerodynamischer worden, kun je het enorme gat met kerosine een beetje dichten. 'Maar dan moet alles wel meezitten', stelt Melkert. 'Op zijn vroegst is dat over een jaar of twintig.'

GEBAKKEN LUCHT

Als het gaat om duurzame luchtvaart komt de zeppelin eens in de zoveel tijd - letterlijk - bovendrijven. Met enige regelmaat worden plannen gepresenteerd waarin luchtschepen bekleed worden met zonnecellen. Ogenschijnlijk een ideale combinatie: helium zorgt voor het drijfvermogen, de elektromotoren en zonnecellen doen de voortstuwing. Een goed groen idee toch? Joris Melkert van de TU Delft moet zuchten als hij erover hoort. 'De zeppelin is heel aaibaar en om de zoveel jaar lanceert iemand weer eens een plan om hem terug te brengen.' Wat vooral goed valt bij politici uit 'de groene hoek'. Dan wordt de universitair docent luchtvaarttechniek weer gebeld en legt hij het nog maar eens uit. 'Nagenoeg onhaalbaar', zegt hij. Kijk maar: helium wordt steeds schaarser en is duur. Daarnaast vangt een zeppelin veel wind, waardoor hij per definitie traag is en de elementen het luchtschip geregeld parten spelen. 'In de praktijk betekent dit dat bij een stevige zuidwestenwind passagiers wel van Rotterdam naar Groningen kunnen vliegen, maar niet meer terug. Ik denk niet dat veel mensen dat een aantrekkelijk idee vinden.'

DE SOLAR IMPULSE 2

- Spanwijdte: 72 meter. Aantal zonnecellen: 17.284.


- Vier propellermotoren met een vermogen van omgerekend 17,4 pk per stuk. Het maximale vermogen is vergelijkbaar met dat van een Fiat Panda.


- Het totale gewicht is 2.300 kilogram (net zoveel als een Range Rover) en de cockpit van 3,8 kubieke meter biedt plaats aan de piloot. Diens stoel is opklapbaar, zodat hij tussentijds oefeningen kan doen. De accu's wegen 633 kilogram.


- De maximale vlieghoogte is 40 duizend voet, of 12 kilometer. De kruissnelheid is 74 kilometer per uur. Overdag wordt gevlogen op 8,5 kilometer hoogte, 's nachts daalt het toestel geleidelijk naar 1,5 kilometer om energie te besparen.


- Grotendeels opgebouwd uit koolstofvezel, dat lichtgewicht is en sterk.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden