Wiskundige, schaker en vader van drie kinderen: maak kennis met Johan Kos, senior R&D engineer bij het Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR). Een kleine dertig jaar geleden maakte hij de overstap van de academische wereld naar de lucht- en ruimtevaartsector. Inmiddels werkt Johan achter de schermen aan nieuwe technologieën voor een duurzamere luchtvaart.
- Johan Kos, senior R&D ingenieur bij het Koninklijk NLR, werkt aan duurzame luchtvaarttechnologieën;
- Hij leidt het TRANSCEND project, dat zich richt op alternatieve vliegtuigbrandstoffen en aandrijfmethoden;
- Johan gelooft dat wiskundige modellen een cruciale rol spelen bij het overbrengen van duidelijke boodschappen voor de industrie en beleidsbeslissingen.
Een voorbeeld daarvan is het Europese Clean Sky 2* TRANSCEND-project, waar Johan initiatiefnemer en projectleider was. Het project, dat NLR samen met TU Delft uitvoerde, keek naar de bijdrage die alternatieve vliegtuigbrandstoffen en nieuwe vliegtuigaandrijving, waaronder aandrijving op vloeibare waterstof, leveren aan het verminderen van milieueffecten van de luchtvaart. De conclusie was hard maar helder: een tekort aan Europese grondstoffen voor duurzame vliegtuigbrandstoffen (SAF) zal een groene Europese luchtvaart vanaf 2035 beperken. Dit tekort betekent dat de uitstoot van broeikasgassen in 2050 slechts veertig procent lager is dan in een scenario waarin vliegtuigen uitsluitend op fossiele kerosine vliegen, terwijl voldoende beschikbaarheid van SAF deze reductie kan verdubbelen.
Duidelijke boodschap voor het voetlicht brengen
Het illustreert goed waarom Johan zijn werk zo graag doet. “We weten nu dat het beschikbaar maken van duurzame grondstoffen prioriteit zou moeten zijn. Wiskundige modellen kunnen echt helpen om een duidelijke boodschap voor het voetlicht te brengen waar grote bedrijven en Europa iets aan hebben. Dat is onmisbaar, zeker wanneer er meerdere opties op tafel liggen en onzeker is welke impact en gevolgen die verschillende opties hebben; zoals op dit moment het geval is voor een duurzame luchtvaart.”
Toegewijd schaaktrainer
Doordenken en analyseren – twee cruciale facetten die niet alleen met zijn werk, maar ook met zijn hobby zijn verweven. In zijn vrije tijd is Johan een toegewijd schaakliefhebber en trainer. Hij schaakt al sinds zijn tiende en inmiddels deelt hij zijn liefde voor het spel met kinderen en jongeren, die hij eens per week training geeft. “Ik vind het heel leuk om mijn passie door te geven aan een nieuwe generatie. Het is een doelgroep die soms moeite kan hebben met het vinden van aansluiting bij andere hobby’s. Als zij enthousiast naar huis gaan, ben ik dat ook.”
Van wiskundige naar luchtvaartingenieur
De carrière van Johan begint als wiskundige; in 1995 promoveert hij aan de Vrije Universiteit van Amsterdam op tijdsafhankelijke problemen in de lineaire operator theorie. Tijdens deze periode volgt hij een cursusserie over mathematische systeem – en regeltheorie, het brede toepassingsgebied voor het modelleren van systemen met verschillende technieken spreekt hem in het bijzonder aan. Als hij door de krant bladert, stuit hij op een advertentie van NLR en besluit te solliciteren.
Van het een komt het ander. Als Johan in 1995 bij NLR begint, is hij helemaal blanco als het op luchtvaarttechnologie aankomt. Hij heeft geen idee hoe een vliegtuig gebouwd wordt, laat staan welke rol onderzoeksprojecten daarbij spelen. Dat is dertig jaar later wel anders; de principal ingenieur nam meerdere (internationale) onderzoeksprojecten voor zijn rekening en vindt zijn werk er met de dag leuker worden.
Op de vraag of er weleens iets misgaat, is zijn antwoord helder. “Voortdurend. Als onderzoeker loop je altijd in de mist, je weet vooraf nooit wat de uitkomst gaat zijn. Maar dat maakt ons werk juíst zo interessant. Daar komt bij dat de sector in een momentum zit. Geen haar op mijn hoofd die tien jaar geleden had gedacht dat waterstof zo’n grote rol zou gaan spelen. In de luchtvaart werken we aan een nieuwe revolutie: vliegen op vloeibare waterstof met brandstofcellen en elektrische aandrijving of met directe verbranding. In 2035 moet het eerste toestel de grote markt op. Ik ben dan 67, ik zou het mooi vinden als dat lukt voordat ik met pensioen ga.”
Duurzaamheid als prioriteit
In de aanloop naar de duurzaamheidsdoelstellingen zijn het delen van kennis en samenwerking onmisbaar. Johan: “Nu meer dan ooit. Alleen samen kunnen we de grenzen van de technologie blijven verleggen.” Deze gezamenlijke aanpak is duidelijk zichtbaar in het STUNNING-project, waar Johan projectcoördinator voor het NLR aandeel is. Het consortium, dat bestaat uit onder andere GKN Fokker en TU Delft, inclusief SAM|XL, doet met Airbus en vele Europese partners onderzoek naar het gebruik van thermoplastisch composiet bij het realiseren van de romp voor een nieuwe generatie grote vliegtuigen voor de korte tot middellange afstand, gericht op een productie van tenminste zestig tot honderd vliegtuigen per maand.
Deze thermoplastische composieten zijn met koolstofvezels versterkte kunststoffen die onder druk tot temperaturen van vierhonderd graden worden verwarmd en gekoeld (consolidatie) om producten hun definitieve eigenschappen geven. Dat is een veel hogere procestemperatuur dan bij thermoharders, die vandaag de dag veel gebruikt worden voor de romp van grotere vliegtuigen.
Toch zet de sector in op de kunststof. “Het materiaal moet dezelfde sterkte en levensduur leveren als aluminium, maar is veel lichter en dus kunnen vliegtuigen duurzamer en efficiënter vliegen”, legt Johan uit. Het doel is een gewichtsreductie van meer dan tien procent voor de romp. Bovendien kunnen thermoplastonderdelen aan elkaar worden gelast. Dit is een groot voordeel ten opzichte van thermoharders. Daar moeten altijd mechanische bevestigingsmiddelen aan te pas komen, wat leidt tot hogere productiekosten en meer gewicht. Bovendien wordt bij thermoharders een onomkeerbaar chemisch proces doorlopen, wat recyclen lastig maakt. Dit is bij thermoplasten niet het geval, dit materiaal kan makkelijker hergebruikt worden.
Een telefoontje om nooit te vergeten
Het samenwerkingsverband resulteerde in een thermoplastische onderste helft van een romp van acht meter lang en vier meter breed; het grootste thermoplast object ooit gemaakt voor de luchtvaart. NLR heeft de huid van de onderste helft uit één stuk gemaakt. “We zijn begonnen met het geautomatiseerd opbouwen van de huid in zijn vorm. Die huid bestaat uit lagen van smalle stroken koolstofvezel verstrekte thermoplast, die in verschillende richtingen worden gelegd. Zonder onze partners, het EMOTION consortium (TU München, Ostseestahl en Alpex) en DLR, was de consolidatiestap nooit gelukt. Hun innovatieve consolidatiemal en autoclaaf hebben ons geholpen onze kennis van het maken van grote objecten in thermoplast verder te ontwikkelen.”
Naast de ontwikkeling van het grote rompdeel heeft NLR met GKN Fokker en Airbus gewerkt aan maak-, simulatie- en testtechnologie voor lokale versterking van romponderdelen, lastechnologie gebaseerd op inductieverwarming en technologie voor de integratie van systemen in de romp.
Het moment dat Johan een belletje uit Duitsland kreeg – waar de huid door NLR werd geconsolideerd in de autoclaaf van DLR– met het bericht dat het was gelukt om het object te maken, zal hij niet snel vergeten. “Het was tijdens corona, dus ik kon er helaas niet zelf bij zijn. Een week later ben ik, samen met betrokkenen van Airbus en het EMOTION consortium, alsnog gaan kijken.”
Naar verwachting is de complete multifunctionele rompdemonstrator begin volgend jaar klaar, als ook de bovenste en onderste helft aan elkaar zijn gelast. “We kunnen echt gaan uitkijken naar commerciële vliegtuigen die gemaakt zijn van deze thermoplaststructuren. Dat is zo mooi van werken bij NLR: je doet onderzoek maar ziet het ook echt in de praktijk terug. Ons onderzoek kan de productie van de toekomst worden.”
*Clean Sky 2: het toonaangevende onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie voor de transformatie van de luchtvaart naar een duurzame en klimaatneutrale toekomst.
