Duurzaam vliegen in 2050: dit is de visie van Airbus

Reizen door de lucht is booming: de Internationale Burgerluchtvaartorganisatie (ICAO) voorspelt dat de luchtvaartsector de komende 15 jaar in omvang verdubbelt. Ondanks dat vliegtuigen bij elke nieuwe generatie minder kerosine verstoken, zal de CO2-uitstoot door vliegverkeer bij ongewijzigd beleid blijven toenemen.

Duurzaam vliegen in trekvogel-formatie

De luchtvaartsector wist buiten de klimaatafspraken van Parijs te blijven, maar luchtvaartmaatschappijen en vliegtuigbouwers zetten via zelfregulering wel stappen richting een duurzamere toekomst. Speerpunten daarbij zijn verhoogde efficiëntie en alternatieve brandstoffen.

Charles Champion, executive vice-president engineering bij Airbus, zegt in een uitvoerig rapport over de toekomst van de luchtvaart dat er al veel is bereikt, maar er nog veel meer stappen nodig zijn: "Vliegtuigen zijn lichter, stiller en zuiniger dan ooit. En groei, efficiency en mensen zijn de toekomst van de een bloeiende vliegtuigindustrie."

Het Europese consortium, onder andere bekend van de A380-megajumbo, geeft met de gloednieuwe A320neo het goede voorbeeld. Dit tweemotorige narrowbody-toestel biedt met composieten in de romp, zuinigere motoren en sharklets op de vleugeluiteinden een brandstofbesparing van circa 20 procent per stoel, ten opzichte van de 'oude' A320. De orders voor het toestel stromen sinds de introductie bij Airbus binnen.

De A320neo vliegt wel nog steeds op kerosine. Op de korte tot middellange termijn zullen alternatieve brandstoffen noodzakelijk zijn om afgesproken CO2-reducties te behalen. Airbus zegt de ontwikkelaars van tweede generatie biobrandstoffen, zoals het Nederlandse SkyNRG, nauwgezet te volgen. Door kerosine aan te lengen met biobrandstoffen op basis van algen, houtvezels of tabak liggen CO2-besparingen met tientallen procenten binnen handbereik.

Taxiën op waterstof, met schoon water als bijproduct

Toch kleven er nog een aantal problemen aan biobrandstoffen, zoals productie op industriële schaal. Ook liggen de kosten hoger, juist op het moment dat de olieprijs historisch laag is. Omdat luchtvaartmaatschappijen werken met dunne marges, is een brede adoptie van biokerosine niet te verwachten, ondanks lovenswaardige pogingen van bijvoorbeeld KLM.

Airbus ziet ook kansen om CO2-emissies te verminderen door op de grond brandstofcellen te gebruiken. Deze op waterstof draaiende aandrijfsystemen kunnen bijvoorbeeld vermogen leveren tijdens het taxiën. Bovendien is een gewichtsbesparing mogelijk: een brandstofcel heeft water als restproduct. Deze kan in het toestel worden hergebruikt. Airbus is overigens niet de enige met dit idee: onlangs kondigde EasyJet aan dat het wil experimenteren met de technologie.

Gewichtsbesparing

Een modern vliegtuig heeft ten opzichte van oudere toestellen al veel gewicht verloren. Dat is vooral te danken aan het toepassen van composieten die lichter zijn dan aluminium. Maar Airbus laat in zijn toekomstvisie op vliegen in de tweede helft van deze eeuw zien dat het alternatieve materialen kansrijk acht.

Een daarvan is een biopolymeer. Dit materiaal kan in de visie van Airbus transparant zijn, zodat passagiers volledig zicht naar buiten hebben. Tegelijkertijd is dit 'slimme' materiaal nog aanzienlijk lichter dan bestaande composieten. Verder zijn er ideeën om de opbouw van de romp te baseren op de botopbouw van vogels. Volgens Airbus zijn deze botten licht en door de holle structuur tegelijkertijd erg sterk.

Andere vorm

Het 'vliegtuig van de toekomst' heeft geen buisvormige romp meer. De vorm van de romp zal in 2050 bijdragen aan de stroomlijn en efficientie van nieuwe vliegtuigen. De al eerder genoemde bottenstructuur maakt het daarbij mogelijk om de deuren te verbreden. Dit laat passagiers sneller instappen.

Het vleugelontwerp gaat ook op de schop. Airbus denkt dat langere en dunnere vleugels de luchtweerstand verlagen, met als gevolg minder brandstofverbruik. De staartvleugels krijgen een U-vorm en de motoren zijn deels in het vleugelontwerp weggewerkt. 

In de cabine

Voor de passagier moet vliegen over circa 35 jaar een stuk aangenamer zijn. Zo fantaseert Airbus over het integreren van een 'neuraal netwerk' in het vliegtuig van de toekomst. Dit slimme netwerk moet een reiziger op allerlei manieren bedienen, bijvoorbeeld op het gebied van on-board entertainment.

Vliegtuigen moeten ook in de traditionele zin van het woord schoner worden. Een van de ideeën van Airbus is om stoelen en andere onderdelen van de cabine te voorzien van zelfreinigende materialen. Ook moeten deze materialen zelfherstellende eigenschappen bezitten, zodat bijvoorbeeld een kras op een stoel vanzelf weer verdwijnt. Daarnaast zijn alle onderdelen van de cabine volledig te recyclen, door deze te maken van hernieuwbare grondstoffen.

Opvallend is het Airbus-concept om passagiers in te zetten als energiebron. Daarbij kan een stoel de lichaamswarmte benutten om elektriciteit te genereren. Overigens ziet Airbus ook een rol weggelegd voor zonnepanelen, al zijn deze nog niet zichtbaar in de schetsen.

Reizigers in de eerste klas kunnen rond 2050 hun privécabine laten lijken op een huiselijke omgeving. Daarbij speelt holografische beeldtechnologie een belangrijke rol: het projecten van realistische 3D-beelden op de wanden. 

Slimmer vliegen

Naast zuiniger vliegtuigen is er ook veel brandstof te besparen door op een intelligentere manier te vliegen. Daarbij leunt Airbus sterk op het idee dat toekomstige vliegtuigen door sterk verbeterde software zelf de meest duurzame route kiezen. En op druk bevlogen routes kunnen vliegtuigen net als een zwerm vogels in formatie vliegen, met opnieuw brandstofbesparing tot gevolg.

Katapult als duurzame lanceerinstallatie

Om vliegtuigen met zo min mogelijk brandstofverbruik in de lucht te krijgen, kan er ook nagedacht worden over een 'katapult'. Het opstijgende toestel krijgt daarbij ondersteuning vanaf de grond: een op hernieuwbare energie aangedreven 'elastiek' helpt het vliegtuig vaart te maken. Zo klimt het vliegtuig sneller naar de ideale hoogte en kunnen startbanen verkort worden. Voor de terugweg bekijkt Airbus welke mogelijkheden er zijn om in een brandstofbesparende glijvlucht te landen.

Op de grond valt er ook nog veel te verbeteren, bijvoorbeeld door vliegtuigen sneller naar de gate te krijgen met behulp van elektrisch aangedreven autonome trekvoertuigen. Vliegtuigen kunnen dan eerder hun motoren uitschakelen.

Een minder verrassende maar behulpzame stap is het grootschalig benutten van hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- en zonne-energie, in de directe nabijheid van vliegvelden. Omdat vliegvelden energieslurpers zijn, is met deze energievormen een aanzienlijke CO2-reductie te behalen.

Efficiëntere productie met 3D-printing en robotica

Ondanks deze toekomstvisies gebruikt Airbus ook op dit moment al opkomende technologie om vliegtuigen lichter te maken. Zo werkt de vliegtuigbouwer samen met softwarebedrijf Autodesk. De twee hebben met behulp van 3D-printtechnieken een organisch vormgegeven tussenwand en een klapstoel voor de crew in een vliegtuig ontworpen.

Dit lijkt een kleine innovatie, maar de gewichtsbesparing met het materiaal Scalmalloy is aanzienlijk: de 3D-geprinte tussenwand is 45 procent, 30 kilogram, lichter dan het traditionele ontwerp. Ook is het steviger. Airbus stelt dat als deze tussenwandeb in alle bestaande A320-toestellen worden toegepast een CO2-reductie van jaarlijks 465.000 ton CO2 is te behalen, vergelijkbaar met het van de weg halen van 96.000 personenauto's.

Ook in het productieproces van complete vliegtuigen innoveert Airbus. Zo is de multinational samen met het Japans/Franse onderzoeksinstituut Joint Robotics een proef gestart om humanoïde robots de meest gevaarlijke en monotone klusjes op te laten knappen. Voorbeelden zijn het beklimmen van trappen, het betreden van krappe ruimtes, het aandraaien van bouten en het opruimen van metaalstof. Door dit soort werk uit te besteden aan robots kan het menselijke personeel zich richten op precisiewerk, zo is de gedachte. De proef moet uitwijzen of dit nu al een haalbare kaart is.

De kansen voor volledig elektrisch vliegen

Ondanks de eerder genoemde alternatieve brandstoffen, zijn er ook partijen die stellen dat het volledig elektrisch vliegen in de toekomst mogelijk zal zijn. Een van hen is Elon Musk, CEO bij Tesla en Space X. Hij stelt dat als accutechnologie uitkomt op 400 wattuur per kilogram de energiedichtheid voldoende zal zijn om een elektrisch verkeersvliegtuig te ontwikkelen.

Zover is Airbus nog lang niet, maar het bedrijf experimenteert al wel met elektrisch aangedreven vliegtuigen. Zo toonde het vorig jaar de elektrische tweezitter E-Fan 2.0. Dit toestel weegt 500 kilogram. Hij kan nog slechts een uurtje in de lucht blijven en is daarmee voor vrijwel alle vluchten niet praktisch.

Toch wil Airbus het toestel doorontwikkelen. Het bedrijf denkt na over een vierzitter met een elektrisch-hybride aandrijving. En wie weet, vliegen we over een jaar of dertig non-stop intercontinentaal met emissieloze en optimaal gestroomlijnde superjets.

Bron: Airbus | Foto's: Airbus