Aan de TU Delft vinden ze van wel. Daar werken ze aan alternatieve energiebronnen voor vliegtuigen, zoals vliegtuigen die vliegen op waterstof of op elektriciteit. De overgang op een ander systeem vraagt natuurlijk wel om een nieuw ontwerp van het vliegtuig. Ontwerp je een vliegtuig dat elektrisch vliegt, dan moet je er rekening mee houden dat het flinke aantal batterijen meer ruimte inneemt dan de vloeistoftank bij een vliegtuig op kerosine. Daarnaast is de energetische waarde van een elektrische batterij per kilogram ook nog veel lager dan die van een kilogram kerosine. Hierdoor zijn extra veel batterijen nodig. Bovendien worden de batterijen nauwelijks lichter tijdens de vlucht. Hierdoor kan een elektrisch aangedreven vliegtuig minder ver vliegen dan een vliegtuig op kerosine.
Bij vliegtuigen die vliegen op waterstof is de situatie anders. Zo’n vliegtuig heeft een brandstoftank, net zoals een vliegtuigen op kerosine. Een waterstoftank moet echter op een andere plaats in het vliegtuig zitten en voldoen aan andere eisen. Op 11 kilometer hoogte kan het wel -57°C zijn. Bij vliegtuigen op kerosine zijn de plaats van de tank en de manier waarop kerosine naar de motor wordt geleid daarom zo geoptimaliseerd, dat de kerosine niet bevriest. Waterstof bevriest pas bij -150°C, dus dat probleem heeft waterstof niet. Door de eigenschappen van waterstof zijn er wel andere eisen waaraan de tank moet voldoen.
Explosiegevaar
De vorm waarin je waterstof meeneemt als brandstof is belangrijk. Waterstof kun je niet meenemen in gasvorm. De energetische waarde per kubieke meter is dan veel te laag. Daarom moet waterstof in vloeibare vorm worden meegenomen. Om waterstof in die vorm te krijgen, moet je de temperatuur ervan heel sterk laten dalen, of je moet de druk in de waterstoftank verhogen tot ongeveer 350 bar. Om deze hoge druk te kunnen weerstaan, is een waterstoftank gemaakt van versterkt carbonvezel.
Een tank die onder hoge druk staat, zou natuurlijk een gevaar kunnen vormen voor de veiligheid van de passagiers aan boord van het vliegtuig. Er moet rekening gehouden worden met het feit dat waterstof een erg klein molecuul is, waardoor het gemakkelijk door tanks en pijpleidingen heen zou kunnen lekken. Daarom zijn er hoge veiligheidseisen aan een waterstoftank. Bij een stadsbus op waterstof ligt de waterstoftank bijvoorbeeld op het dak, zodat de waterstof bij een ongeluk eenvoudig de lucht in kan gaan. Bij een vliegtuig is dat een ander verhaal. Als een vliegtuig plotseling een harde noodlanding maakt, dan mag een waterstoftank niet meteen exploderen. Er mag ook geen waterstof de cabine in lekken. De inzittenden zouden dan veel minder kans hebben op overleving. Er is dus nog veel onderzoek nodig naar veilige opslag van waterstof bij vliegtuigen.
Hybride luchttaxi
Wat is het systeem dat ze gebruiken bij een vliegtuig op waterstof? Bij ZeroAvia ontwikkelen ze hybride systemen voor vliegtuigen vergelijkbaar met de hybride systemen van stadsbussen op waterstof. Bij deze hybride vorm heeft het vliegtuig een brandstofcel waarin waterstof wordt omgezet in elektriciteit. Deze elektriciteit gaat vervolgens naar de elektrische aandrijving in het vliegtuig. Het streven is om bestaande vliegtuigen met turbinemotoren die tot 50 personen kunnen vervoeren te voorzien van andere motoren die werken op dergelijke waterstof brandstofcellen gecombineerd met elektrische aandrijving. De beoogde brandstoftank voor dit type vliegtuig kan genoeg vloeibare waterstof vervoeren onder hoge druk en past in de huidige vliegtuigontwerpen. Met dit nieuwe hybride systeem in deze kleine vliegtuigen, kun je alle kleine vluchten binnen Europa uitvoeren, mits je op de plaats van aankomst kunt bijtanken.
In Amerika is de eerste bemande testvlucht van 523 mijl (842km) met een luchttaxi op waterstof succesvol uitgevoerd. Deze luchttaxi was voorzien van een elektromotor en een waterstof brandstofcel. Het bedrijf Joby Aviation werkt nu aan het verkrijgen van toestemming om haar vluchten met deze futuristisch uitziende toestellen commercieel aan te bieden. Airbus werkt aan ZEROe een groot passagiersvliegtuig op waterstof met elektromotoren dat in 2035 klaar zou moeten zijn om de markt op te gaan.
Het elektrisch vermogen dat een vliegtuig voor 70 passagiers nodig heeft is zo’n 40 MW. Normaal gesproken is voor een vliegtuig zo’n 5000 kg aan koperdraden nodig om de elektriciteit overal te brengen waar het nodig is. De Universiteit Twente heeft nu een systeem ontworpen dat niet zoveel koperdraden nodig heeft, maar werkt op basis van superkoude (cryogene) supergeleiding. Dat vereist natuurlijk wel materialen die supergeleiding vertonen en extreem lage temperaturen (tot wel -270°C). Welke materialen in de Airbus gebruikt gaan worden verklappen de onderzoekers niet.
Mierenzuur
Voor elektrische stadsbussen heeft een studententeam van de TU Eindhoven een systeem ontwikkeld waarin mierenzuur (CH2O2) wordt gebruikt om de bus aan te drijven. Het voordeel van het gebruik van mierenzuur is dat het vloeibaar is bij kamertemperatuur. Het mierenzuur wordt gesplitst in waterstof en CO2, (CH2O2 → H2 + CO2) waarna de waterstof wordt gebruikt om elektriciteit voor de bus te genereren. De huidige constructie zit in een aanhangwagen die aan een elektrische stadsbus gekoppeld kan worden als extern reserve brandstoffabriekje.
Aangezien mierenzuur gemaakt wordt door CO2 te gebruiken (H2 + CO2 → CH2O2) is het systeem op zich CO2-neutraal. Wie weet zie je straks allerlei voertuigen met zo’n aanhanger, of hebben mensen die in het buitengebied wonen straks thuis een mierenzuurfabriekje staan om aan hun elektriciteitsbehoefte te voldoen. Het studententeam is namelijk een start-up geworden onder de naam DENS (Dutch Energy Solutions). Of mierenzuur in de toekomst een rol zal spelen bij het aandrijven van vliegtuigen? Dat zullen we zien.
