Daar komen de vliegende batterijen

Als het meezit deze zomer – de laatste week van juli, om precies te zijn – zal het publiek van de jaarlijkse luchtvaartshow voor recreatietoestellen in Oshkosh, Wisconsin, getuige zijn van een wereldprimeur.

Testpiloot Shun Xun van de Brits-Chinese firma Yuneec zal er een demonstratie geven met de A430, het eerste commerciële, tweepersoons elektrische vliegtuigje ter wereld.

Dezer dagen probeert Yuneec een permit van de Amerikaanse luchtvaartautoriteiten te bemachtigen om met zijn experimentele toestel te kunnen vliegen. Er zouden al vierhonderd toestellen zijn besteld, voor de prijs van een behoorlijke personenauto.

Zover is het in Delft allemaal nog niet, zegt ir. Joris Melkert van de faculteit Lucht- en Ruimtevaart van de universiteit. Maar ook daar wordt hard gewerkt aan elektrisch aangedreven vliegtuigen. Eind vorige week presenteerden twee teams van derdejaars bachelor-studenten elk een eigen ontwerp voor een schaalmodel van een elektrovliegtuig, verhouding 1:5, dat echt moet kunnen vliegen.

Binnenkort valt het besluit welke van de twee het komende jaar daadwerkelijk gebouwd gaat worden. Waarna er binnen enkele jaren een bemand elektrisch vliegtuig moet zijn. Duurzaam. Stil. En Made in Delft.

Dat gebeurt allemaal in het kader van het Clean Era-programma van de Delftse luchtvaartfaculteit, waarvoor sinds enkele jaren tien promovendi aan duurzame vormen van luchttransport werken. Zonder uitstoot en stil, is de opdracht. Oplossingen worden op allerlei terreinen gezocht. Er wordt gekeken naar duurzame brandstoffen, synthetische kerosines, naar waterstof als brandstof. En naar elektriciteit. ‘Lastig, want er kan nu eenmaal geen snoer aan’, zegt Melkert. ‘Maar vooral het emissieloze karakter van elektriciteit is wel een aantrekkelijk idee, zeker als je het op de grond combineert met schone opwekking.’

Centraal bij alle onderzoek naar duurzaam vliegen staat de doelmatigheid van een vliegtuig. Een laag verbruik is de beste garantie voor minimale emissies. Maar ook als de energie uit duurzame bronnen als zon of wind komt, is efficiency een groot voordeel. Hoe efficiënter het toestel, hoe minder energie per mijl het nodig heeft.

Vooral elektrische energie laat zich niet makkelijk meenemen. Batterijen, zelfs de meest geavanceerde lithium-ion-polymeerbatterijen, bevatten per kilo een keer of zestig minder energie dan kerosine. ‘Dan is het kiezen: of je vliegt minder ver, of je gebruikt je energie efficiënter.’

De Delftse studenten kregen de afgelopen maanden de opdracht om bij het onderdeel Ontwerp en Synthese radicaal voor het laatste te kiezen: efficiency. ‘Zelfs als je toch besluit op kerosine te vliegen, is dat een logische aanpak’, zegt woordvoerder Floris Huijbregts van het ZEPP-team, een van de twee studentenontwerpteams.

De ZEPP is een bijzonder toestel, gebaseerd op ideeën uit de jaren twintig van de vorige eeuw, van de Duitse luchtvaarpionier Ludwig Prandtl. Aan de voor- en achterzijde van de romp zitten ongeveer even grote vleugels, waarvan de uiteinden met dunne balken van voor naar achter met elkaar verbonden zijn. Van bovenaf gezien lijkt het toestel met zijn vierkante grondplan haast geen duidelijke voor- of achterkant te hebben.

Wervelingen


Het idee, zegt Huijbregts, is dat deze Prandtl-configuratie de wervelingen achter de vleugels minimaliseert die bij een normaal toestel enorm veel verlies geven. Daarmee, blijkt uit berekeningen, is tot wel 20 procent efficiënter te vliegen. Uit de berekeningen van het ZEPP-team blijkt dat het toestel – spanwijdte 105 centimeter – met een volle batterij bij een kleine 300 kilometer per uur een dikke 300 kilometer zal vliegen. Bij een iets gunstiger regime zelfs 410 kilometer.

Ziet de ZEPP er een beetje ouderwets uit, de concurrent ZESAR lijkt zo weggevlogen uit een sciencefictionfilm. Het toestel, eveneens een schaalmodel van 1:5, is een zogeheten vliegende vleugel zonder afzonderlijke romp; de vleugels lopen uit in opstaande winglets, die bedoeld zijn om turbulentie tegen te gaan. Ook de wing body is een idee dat teruggaat tot de Tweede Wereldoorlog en ervoor, zegt woordvoerder Fulco Vaessen van het ontwerpteam. ‘Het grote voordeel is dat het hele vlieglichaam wordt ingezet om lift te genereren, in plaats van alleen een stel vleugels aan een lange pijp met goederen of passagiers.’

Uit de berekeningen bij het ontwerp blijkt dat ZESAR een factor 4 efficiënter met zijn energie omspringt dan bijvoorbeeld een tweepersoons Cessna, een toestel dat voor de eerste toepassingen van elektrisch vliegen misschien wel vergelijkbaar is. Zelfs de toch al behoorlijk geoptimaliseerde Boeing 747 is maar half zo zuinig. Het toestel, verwacht Vaessen, zal tegen de 900 kilometer vliegen met volgeladen batterijen. Dat is behalve aan de vorm van het toestel ook te danken aan het tweetal speciaal ontworpen vierbladige propellers, waarvan de stand aan de fase van de vlucht kan worden aangepast. Dat reduceert meteen ook het geluid dat het toestel maakt, vooral voor de bebouwde omgeving een wezenlijke ontwerpeis.

Het is allemaal nog betrekkelijke spielerei, bedoeld om op papier aan te tonen dat de eerste voorwaarde voor emissieloos vliegen – grote efficiency – geen wezenlijk probleem is. Melkert: ‘Uiteindelijk geldt bij vliegtuigontwerpen dat de praktijk moet uitwijzen wat je ideeën waard zijn. Bouwen en vliegen dus.’

Zowel in de ZEPP als de ZESAR wordt ongeveer eenderde van de 9,5 kilo die het lege vliegtuig weegt, ingenomen door batterijen. Het lijkt er dan ook een beetje op dat elektrisch vliegen vooral neerkomt op het vervoeren van batterijen voor de stroomvoorziening. Dat is minder onzinnig dan het lijkt, zegt Melkert. ‘In een lijnvliegtuig met volle tanks is ook ongeveer eenderde van het gewicht brandstof. Daar vlieg je wel een stuk verder mee, maar daarvan zeg je ook niet dat je vliegt om kerosine te vervoeren.’

De ZESAR, een superefficiente vliegende vleugel (TU Delft)
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