Sinds de ontwikkeling van elektrische speedboten bij Ripple Yachts, ben ik altijd gefascineerd geweest door de reinheid, kracht en efficiëntie van elektrische tractie.
Speedboten en vliegtuigen verschillen eigenlijk niet heel erg. Bij beide zijn een hoog motorvermogen en een laag gewicht heel belangrijk. Dus hun prestaties bij elektrische aandrijving worden begrensd door het maximale gewicht van de accu’s aan boord.
Door mijn ervaringen met de 250kW-aandrijvingen in boten en de stand van de techniek op het gebied van ontwikkelingen in motoren en accusystemen, ben ik sinds 2016 haalbaarheidsberekeningen voor elektrisch vliegen gaan bijhouden. Dat deed ik in de hoop het moment te voorspellen waarop we het bedrijf zouden kunnen omzetten naar “Ripple Planes” 😀.
Door het analyseren van bestaande gecertificeerde casco’s, bestaande elektromotoren en geplande iteraties op de huidige accutechnologie werd duidelijk dat volledig elektrische 250+km vluchten met maximaal 6 passagiers ergens tussen 2025 en 2027 realistisch zullen zijn. Bovendien zouden deze vluchten ver vooruitlopen op elke andere belangrijke ontwikkeling in de duurzame luchtvaart vanwege:
- de inherente inefficiëntie van het energiegebruik in alternatieven zoals duurzame vliegtuigbrandstoffen (SAF) en waterstof. Minstens een factor vijf minder efficiënt dan batterij-elektrische aandrijving,
- de strenge veiligheidsvoorschriften in de luchtvaart die radicale of op dit moment nog niet bewezen ontwerpen vertragen. Alles wat verder gaat dan incrementele innovatie kan meer dan een decennium duren om te testen en te certificeren en zal lijden onder grote risico’s en onzekerheid,
- het onvermogen om de emissies van alle verbrandingsalternatieven volledig te elimineren, ook al kunnen de brandstoffen emissievrij worden geproduceerd.
Voor het geval dat u geïnteresseerd bent in de details, heb ik mijn onderzoek en redenering gedocumenteerd in dit whitepaper.
Uiteraard zijn vluchten met een actieradius van 250 km voor de klassieke luchtvaartindustrie niet aantrekkelijk, omdat dit geen commercieel interessante niche is. Dit betekent dat de industrie (luchtvaartmaatschappijen, fabrikanten en research) zich richt op alternatieven die een grootschalige lange-afstandsluchtvaart mogelijk moeten maken. Dit is een zeer rationele en begrijpelijke prioriteit, gezien de schaal en de economische aspecten van de huidige operaties. Maar voor de industrie is dit een enorme gemiste kans…
Maar voor de industrie is dit een enorme gemiste kans…
De industrie richt zich nu vooral op radicaal nieuwe ontwerpen en alternatieven die wellicht nooit tot nul-emissie of efficiënt gebruik van nul-emissiebronnen zullen leiden. Daardoor zal in de eerste plaats de luchtvaart een ogenschijnlijk achterblijvende industrie in de energietransitie worden. Daar waar echter andere industrieën in relatief korte tijd echte nul-emissieprestaties kunnen bereiken met behulp van de huidige gedemonstreerde technologie.
Ten tweede is de kleinschalige reisniche op afstanden tussen 250 en 500 km misschien niet commercieel interessant in vergelijking met grootschalige langeafstandsvluchten. Maar het vertegenwoordigt wel een aanzienlijke markt in Europa.
De komst van vele luchttaxi- en VTOL-initiatieven zijn een bewijs van de commerciële belangstelling voor het commerciële luchtvervoer op de korte afstand. Bovendien kan deze niche, als het gaat om emissievrije alternatieven, niet zomaar worden overgenomen door hogesnelheidstreinen of andere land-alternatieven vanwege de beperkingen van de infrastructuur.
Waarom gebeurt er nog niets?
Daarom verbaast het mij zeer dat er geen enkel initiatief voor een emissievrije luchtvaart is genomen dat realistische stappen heeft gezet in de richting van de certificering van een commercieel operationeel vliegtuig in 2025. De lijst van initiatieven groeit. Maar die richten zich vooral op de lange termijn, op moeilijk te certificeren VTOL in de stad, op grote schaal, op de lange afstand en op trainers.
Toen ik mij verdiepte in de verschillende initiatieven op de lijst, viel het me op hoe weinig initiatieven al een realistische weg naar certificering hebben ingeslagen. Andere initiatieven waren slechts visies of marketing-/PR-inspanningen.
Kan het op korte termijn een toegevoegde waarde bieden?
Het verlangen om elkaar te ontmoeten, de wereld te verkennen en sneller te reizen, is diep geworteld in de mens. Daarom blijven we vliegen. Illustratief genoeg is in de post-COVID-wereld de markt voor zakelijke 6-passagiersvliegtuigen enorm gegroeid door de angst voor virussen. Ook al is het de smerigste vorm van vervoer die er is. Het lijkt erop dat we de uitstoot niet kunnen verminderen door mensen te beperken in het gebruik van de luchtvaart. Vandaar dat we waar mogelijk, een emissievrije luchtvaart moeten implementeren. We hebben een perspectief nodig op vliegen zonder compromissen.
We moeten niet afhankelijk zijn van hogesnelheidstreinen.
We moeten ons niet beperken tot videovergaderingen.
We moeten ons niet schuldig voelen over vakantievliegreizen.
(Ik laat de opties van belastingheffing, demotivatie of compensatie als methoden om de uitstoot van de luchtvaart te fixeren buiten beschouwing, aangezien dit inherent destructieve en inefficiënte alternatieven zijn).
Door het ontwikkelen van speedboten heb ik iets geleerd over consumentengedrag en duurzaamheid. Elk duurzaam product of dienst zal beduidend succesvoller zijn wanneer het meer biedt dan het klassieke alternatief. Echte idealisten en early adopters daargelaten, de meerderheid van de consumenten heeft een lage tolerantie voor compromissen op dat vlak. In de wereld van de boten betekent dit dat als een duurzaam schip langzamer is, minder bereik heeft, kleiner is, of beduidend duurder, ze voor de dieselversie kiezen.
Dat hebben we natuurlijk steeds weer gezien bij elektrische auto’s, duurzame huisvesting, enz. Er vliegen al een decennium lang kleine elektrische vliegtuigen en prototypes. Maar we hebben snelle machines nodig met drukcabines voordat we een substantieel deel van de klassieke luchtvaart op rendabele wijze kunnen vervangen door compromisloze alternatieven met nul-emissie. Nu we hebben berekend dat dit binnen enkele jaren voor kleinschalige korte intercityvluchten haalbaar is, moet deze niche gemakkelijk emissieloos gemaakt kunnen worden!
Luchtvaart heeft een sterke verschuiving nodig
We missen hier kansen. We weten dat er op de lange termijn ambitieuze oplossingen zullen worden gevonden. Maar we hebben die nodig als voorbeeld voor een emissievrije luchtvaart om verandering teweeg te brengen. Het zal een impuls geven aan de innovatie en de reputatie in een sterk bekritiseerde sector.
We moeten niet te ver vooruit kijken, maar beginnen te werken aan wat gemakkelijk uitvoerbaar en aantoonbaar is.
De luchtvaart moet ingrijpend veranderen. Niet door het gebruik van minder slechte brandstof, niet door het richten op ver in de toekomst gelegen alternatieven. Maar door voorbeelden in de praktijk te brengen die aantonen dat er op dit moment schone commerciële mogelijkheden zijn! De dag waarop elke regelmatige reiziger een vliegticket kan kopen voor trajecten als Amsterdam- Parijs of Frankfurt-Berlijn met een volledig elektrisch zero-emissievliegtuig, is de dag waarop we de echte paradigmaverschuiving beginnen.
Dit is een mooie ‘call-to-action’, maar wat stel je voor, Tom?
We zijn dichterbij dan je denkt. Elektrische voortstuwingstechnologie met voldoende vermogen is direct beschikbaar (zie hieronder een demonstratie op een C208). De automobielindustrie investeert enorm in de batterijtechnologie die we in 2025 nodig hebben. En er zijn bestaande vliegtuigen in productie die goed genoeg presteren om omgebouwd te worden voor elektrische aandrijving.
Bestaande turboprop-cabineklasse 6-9-zits productievliegtuigen zoals de Pilatus PC-12 bieden voldoende prestaties en capaciteit om te kunnen worden voorzien van de direct beschikbare axiale flux permanente magneet AC-motoren van fabrikanten zoals Siemens of MagniX en voldoen aan de normen voor commercieel gebruik.
Incrementele innovatie
Omdat (ruwweg) alleen de motor, de drukregeling en het brandstofsysteem worden vervangen door de elektromotor en de accu’s, zullen veel beproefde en gemakkelijk te certificeren systemen onveranderd blijven. Dit beperkt de test- en certificeringsinspanningen en de tijd die nodig is voor het verkrijgen van typecertificaten (of misschien zelfs aanvullende typecertificaten) volgens de EASA CS-23-regelgeving, die een uitdrukkelijke certificering mogelijk maakt.
Accu’s zullen regelmatig moeten worden vervangen (ongeveer eens in de 2 à 3 jaar) vanwege de levensduur van de batterij. Dit is vergelijkbaar met grote onderhoudsintervallen van gasturbinevliegtuigen. De voortdurende ontwikkeling van de massadichtheid van de accu’s maakt het mogelijk om om de paar jaar nieuwe accu’s te certificeren, waardoor elektrische vliegtuigen hun bereik of nuttige lading tijdens hun productieve levensduur kunnen vergroten.
Hoewel de huidige accu’s geen ideaal uithoudingsvermogen bieden voor elektrische commerciële operaties, kan er al veel werk worden verricht bij de certificering van andere onderdelen en de voorbereiding van operaties. Zodra de accu’s voldoende massadichtheid hebben bereikt, zullen ze alleen nog maar het laatste element zijn dat gecertificeerd moet worden om een snelle start mogelijk te maken.
Volgende stap: een concreet plan
Het is niet nodig om een nieuwe vliegtuigfabrikant of exploitant te certificeren. Het is heel goed mogelijk om een partnerschap te vormen en toe te werken naar een financieringsronde. Tussen 2021 en 2023 zou een experimentele technische implementatie voor een elektrische aandrijving kunnen worden gemaakt bij een turboprop vliegtuig, waarvan de motor toch op korte termijn gereviseerd moet worden.
Het testen van de motor en de hulpsystemen op de grond zou belangrijke stappen in de richting van certificering mogelijk maken. Wanneer voldoende betrouwbaarheid wordt bereikt, kan met behulp van een experimentele vliegvergunning van een nationale burgerluchtvaartautoriteit, de motor en de hulpsystemen worden getest met tijdelijke batterijen in de passagierscabine en kan de EASA-certificering van de combinatie van de motor en het casco worden afgerond.
Met behulp van de ervaring van een huidige AOC-houder kan worden begonnen met de certificering van de elektrische bediening. In samenwerking met de luchthavens kan de oplaadinfrastructuur worden geïnstalleerd. In 2024-2025 konden de meest recente inzichten in batterijtechnologie worden gebruikt voor het selecteren van de nieuwste, beste batterijtechnologie, waarbij de tijdelijke batterij werd vervangen door een definitieve, gecertificeerde keuze.
Tot slot zou het volledige vliegtuig kunnen worden voorbereid op het vervangen van de batterij. Dit zou het mogelijk maken om een rollend batterijtechnologie-certificeringsprogramma te starten, wat een geleidelijke verbetering van het vermogen in de loop van de jaren mogelijk zou maken. In 2025 zou met de ombouw of nieuwbouw van operationele vliegtuigen kunnen worden begonnen, zodat de commerciële exploitatie in 2026 kan beginnen.
Dit is geen ‘rocket science’, maar gewoon een kwestie van doen. Bijna alle huidige initiatieven zijn gericht op experimenten voor grootschalige langetermijnoplossingen. Maar laten we beginnen met het daadwerkelijk commercieel exploiteren van routes waar dat mogelijk is. Het zal je verbazen hoe lang deze eerste eenvoudige commerciële operaties de enige nul-emissie operaties zijn die er zijn.
Lees mee over elektrische luchtvaart op Innovation Origins
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
