Kerosine sjouwen vanuit Australië

Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.

Deze week: non-stop de aarde over vliegen is zeer inefficiënt.

Een B-52 bommenwerper wordt bijgetankt door een KC-767. De toestellen zijn even lang: 48,5 meter.
Een B-52 bommenwerper wordt bijgetankt door een KC-767. De toestellen zijn even lang: 48,5 meter. Foto USAF/Wikimedia

‘Het stoomvliegtuig is terug van weggeweest”, seinde een enthousiaste mederedacteur. Hij stuurde een persbericht als bewijs. Maar ’t was wishful thinking: Pratt & Whitney ontwikkelt vliegtuigmotoren die waterstof verbranden en stoominjectie toepassen om het rendement te verhogen en de NOx-uitstoot te verlagen. Injectie van huisgemaakte stoom. De futuristische motor is een turbine, geen stoommachine.

Wat niet wegneemt dat er stoomvliegtuigen wáren. In april 1933 steeg boven Californië een tweedekker op die was uitgerust met een stoommachine van het soort dat al sinds 1903 zware auto’s had aangedreven. Het water in de boiler werd er verhit door de verbranding van kerosine, de stoom werd weer water in een condensor. De machine liep praktisch geruisloos, maar was complex en zwaar (240 kg) en minder efficiënt dan explosiemotoren. Van herintroductie is geen heil te verwachten.

Het heil zal moeten komen van elektrisch vliegen, dat weet iedereen. Elektrische vliegtuigen waren er ook al vroeg. In oktober 1973 kon een aangepast vliegtuigje een persoon voorzien van NiCad-batterijen negen minuten in de lucht houden, schrijft Wikipedia. De vorderingen sindsdien waren maar mondjesmaat. Heel Nederland zit te wachten op vliegtuigen waarmee je zonder vliegschaamte naar Portugal en Turkije kunt vliegen maar er zal nog minstens drie decennia langer gewacht moet worden. Dat is in 2019 uitgezocht voor Nature Energy.

Belabberde energiedichtheid

De moeilijkheid zit hem in de belabberde energiedichtheid van lithium-accu’s. Die is op zijn best 0,25 kilowattuur per kg en in een praktische opstelling maar 0,20 kWh/kg. Dat is maar 1,7 procent van de energie-inhoud van kerosine. Als de energiedichtheid van de accu’s jaarlijks met 4 procent zou stijgen is de dichtheid over 18 jaar verdubbeld. Maar pas als de inhoud is verviervoudigd kan er elektrisch naar Parijs worden gevlogen en dan nog is dat kielekiele.

Het stuk in Nature Energy was verhelderend. Er werd vastgesteld dat vol-elektrisch vliegen binnen de VS de CO2-uitstoot van het vliegverkeer op dit moment zou vergroten, gezien de ongunstige brandstofinzet van de Amerikaanse centrales. Ook is all-electric vliegen niet geluidloos: de propellers van elektrische vliegtuigen maken aardig wat lawaai.

Voorlopig zitten we met die ellendige vliegschaamte, al maakt geen vliegmaatschappij zich daar zorgen over. En zeker de Australische maatschappij Qantas niet. Die liet begin mei weten vanaf 2025 non-stop-vluchten van Sydney naar Londen aan te bieden, reizen van 20 uur zonder tussenlandingen om bij te tanken en bij te komen.

Geen tussenlandingen

Sinds 2018 is er al een non-stopverbinding tussen Londen en Perth in het noordwesten van Australië, maar de afstand tot Sydney is groter, zo’n 17.000 km. De laatste decennia werden op de tocht meestal één of twee tussenlandingen gemaakt: in Singapore en/of Bahrein (of Dubai). De tussenlandingen worden geschrapt om de vliegroute te verkorten en natuurlijk vooral omdat ze veel tijd kosten: minstens een half uur, meestal het dubbele.

Maar wat betekent het voor het extra brandstofverbruik, dat wil je weleens weten. Het maximale startgewicht van de in te zetten Airbus A350-1000 is 319 ton, noteert Airbus. Er kan maximaal 127 ton kerosine worden ingenomen en voor de reis naar Londen wórdt die waarschijnlijk ook ingenomen. Het betekent dat het gewicht van de Airbus in Sydney voor maar liefst 40 procent uit brandstof bestaat en verklaart waarom er voor de payload (passagiers en bagage) maar een schamele 38,5 ton overblijft.

Een zwaar beladen vliegtuig verbruikt meer brandstof per uur dan een leeg vliegtuig, daarover is internet duidelijk. Maar hoe ligt het verband precies? De vuistregel is dat het verbruik evenredig is met het totaalgewicht van het vliegtuig, zegt de Delftse luchtvaartdeskundige Joris Melkert. Aan het eind van Qantas’ non-stop-vlucht kan het verbruik per uur wel dertig procent lager liggen dan aan het begin.

Praktijkberekeningen

De kernvraag is hoeveel Qantas met zijn non-stopvlucht méér aan kerosine verbruikt dan in tochten met één of twee stops. Dat is makkelijk te berekenen als je mag aannemen dat de Airbus steeds even snel vliegt. Van Melkert mag dat. De geleidelijke gewichtsafname van het vliegtuig wordt nu beschreven door een ‘exponentiële functie’ van een vorm die bijvoorbeeld ook radioactief verval beschrijft. Nemen we aan dat het vliegtuig altijd met 15 ton reservebrandstof bij eindbestemming of tussenstop wil aankomen dan leert de berekening dat non-stop vliegen 11 procent meer brandstof kost dan one-stop vliegen en zelfs 14 procent meer dan vliegen met twee stops. Het verbruik van de tussenlandingen (zo’n 2 ton) is verwaarloosd.

Luchtvaartdeskundige en verkeersvlieger Benno Baksteen stelt er secuurdere praktijkberekeningen aan een Boeing 777-200 tegenover. Die komen hoger uit en suggereren 19 procent extra verbruik voor een non-stopvlucht vergeleken met een two-stopsvlucht. Voor milieu en klimaat was 14 procent al erg genoeg.

Waarom, is aan Melkert en Baksteen gevraagd, waarom worden die passagiersvliegtuigen niet in de lucht bijgetankt als er zo’n vreselijke haast is. Dat kan helemaal niet, was het beleefde antwoord, en niemand wil dat ook. Het is moeilijk en riskant. Alleen de Air Force One van de Amerikaanse president kan het. Maar dat is dan ook een militair vliegtuig.