Schone vlucht, vuile lucht

Vliegtuigen vervuilen de atmosfeer door de uitstoot van stikstof- oxiden, kooldioxide en andere uitlaatgassen. Dat zal de komende jaren waarschijnlijk toenemen, zeker als het luchtverkeer in het huidige tempo blijft groeien.

ALS DE RIEMEN los mogen en de wolken zich stil uitstrekken onder de vleugels, is het vliegtuig aangekomen in één van de gevoeligste delen van de atmosfeer: de tropopauze. Ook de uitlaatgassen komen terecht in de koude luchtlagen op deze hoogte. Het koudste punt bevindt zich meestal zo'n tien kilometer boven de aarde, precies de hoogte waarop veel wordt gevlogen.

Juist door die kou is de vervuiling van het vliegtuig extra schadelijk. Dat geldt vooral voor de moleculen die de zonnewarmte vasthouden en daarmee zorgen voor het broeikaseffect. Hoe kouder het is, des te beter ze de warmte vasthouden.

Terwijl de luchtreizigers kauwen op hun broodjes, zorgen de stikstofoxiden (NOx) in de pluim achter de motor ervoor dat ozon wordt gevormd. Ozon is op deze hoogte een effectief broeikasgas. Hoeveel het vliegverkeer op deze manier aan het broeikaseffect bijdraagt, is lastig te berekenen. De meeste schattingen zijn gebaseerd op metingen van de uitlaatgassen vlak bij de grond. Niettemin gaat het om een aanzienlijke bijdrage. De hoeveelheid NOx in de tropopauze boven Europa is door toedoen van vliegtuigen gestegen met 20 à 70 procent.

Maatregelen tegen de NOx-uitstoot van vliegtuigen zijn technisch lastig. Auto's zijn voorzien van katalysatoren om uitstoot van NOx tegen te gaan en elektriciteitscentrales hebben kostbare de-NOx-installaties gekregen. Een straalmotor is moeilijk uit te rusten met chemische filters. De motor heeft nu eenmaal het grootste vermogen als hij zijn gassen ongehinderd naar achteren kan stuwen.

De enige mogelijkheid is sleutelen aan het inwendige van de motor. NOx ontstaat op de heetste plaatsen in de verbrandingskamer van de motor. Vooral als de motor bij de start en het stijgen op vol vermogen draait, wordt er veel NOx geproduceerd. Om de uitstoot van NOx terug te dringen, is het de kunst de brandstof gelijkmatig te verbranden en hete zones zo veel mogelijk te vermijden. Maar om het rendement van de motor zo hoog mogelijk te laten zijn, moet de verbranding juist intens en heet zijn.

De afweging is dus: NOx-uitstoot of brandstofgebruik. Veel ontwerpers hebben ervoor gekozen zo zuinig mogelijk met kerosine om te gaan. De vliegtuigen kunnen dan verder vliegen, maar stoten meer NOx uit. Rondom Schiphol groeit de uitstoot van NOx dan ook sneller dan het aantal vluchten.

De nieuwste motoren houden meer rekening met de vorming van NOx. Maar de winst die zo wordt bereikt, zal waarschijnlijk ruimschoots teniet worden gedaan door de groei van het aantal vluchten. Volgens berekeningen van TNO zullen vliegtuigen die in 2010 op Schiphol aankomen en vertrekken voor bijna een zesde van de Nederlandse NOx-uitstoot zorgen. Een deel daarvan komt in de onderste luchtlagen terecht, waar NOx zure regen veroorzaakt.

Vrijwel alle stoffen in de rookpluim van een vliegtuig hebben invloed op het broeikaseffect. Daarbij is het effect van kooldioxide, CO, waarschijnlijk even belangrijk als NOx. Kooldioxide is het hoofdprodukt bij verbranding van alle fossiele brandstoffen. Dit gas blijft meestal tientallen jaren in de atmosfeer actief en komt gedurende zijn levensduur in alle lagen van de atmosfeer terecht. De kooldioxide van een vliegtuig is daarom even schadelijk als de kooldioxide van auto's en elektriciteitscentrales. Ongeveer 2,5 procent van de wereldwijde uitstoot van kooldioxide komt voor rekening van vliegtuigen.

Zuiniger vliegen is de enige remedie om de vorming van kooldioxide tegen te gaan. Het helpt bijvoorbeeld om een vliegtuig uit te rusten met twee in plaats van vier motoren. De huidige krachtige motoren leveren voldoende stuwkracht. Reductie van het aantal motoren zorgt voor een betere stroomlijn en daarmee een zuiniger vliegtuig.

Dat kan echter niet op alle trajecten. Wanneer van een twee-motorig vliegtuig één motor uitvalt, moet de piloot in glijvlucht een luchthaven kunnen bereiken. Bij vluchten over oceanen zijn de afstanden daarvoor meestal te groot. Reductie van het aantal motoren kan dus ten koste gaan van de veiligheid.

Langzamer vliegen helpt ook. De effecten van de luchtweerstand nemen aanzienlijk af bij lagere snelheden. Vliegtuigen die voor een lagere snelheid worden ontworpen, zijn daarom zuiniger. Het zal echter lastig zijn om passagiers en luchtvaartmaatschappijen te verleiden tot tragere vluchten.

Wie de effecten van stikstofoxiden, kooldioxide en andere uitlaatgassen bij elkaar optelt, komt voor het wereldwijde vliegverkeer op een bijdrage van drie procent aan het broeikaseffect.

De onzekerheid in de cijfers is echter groot. Zo weet niemand precies wat het effect is van de waterdamp en de stofdeeltjes die uit de motoren komen. Wel is duidelijk dat vliegtuigen op het noordelijk halfrond voor 0,4 procent extra bewolking zorgen, in drukbevlogen gebieden kan dat zelfs oplopen tot twee procent.

De gevolgen voor de warmtebalans van de aarde zijn waarschijnlijk groot. Het kan zijn dat de bewolking de zonnewarmte tegenhoudt en zo zorgt voor afkoeling. Maar even goed kunnen wolken als een isolerende deken de warmte van de aarde vasthouden. Dat hangt van de omstandigheden af en van het type wolken.

De geschatte bijdrage van een paar procent door vliegtuigen zou dus nog wel eens hoger kunnen uitvallen wanneer het inzicht in wolkvorming verbetert. En de bijdrage zàl toenemen als het luchtverkeer het huidige groeitempo volhoudt. In dat geval is de uitstoot over 25 jaar driemaal zo hoog als nu.