Dit is elektrisch vliegen anno 2023

Als een golfkarretje dat is verdwaald op de snelweg. Zo hobbelt de Pipistrel Velis Electro op een zonnige maandag in augustus over het asfalt van Schiphol.

Het elektrische vliegtuigje van Sloveense makelij passeert de hangars met de jets die KLM gebruikt voor intercontinentale vluchten. Het contrast tussen de Pipistrel (Sloveens voor dwergvleermuis) en deze wide-bodies is enorm.

Voor de draai naar de Oostbaan zoekt piloot Mirella Janssen contact met de verkeerstoren. „Cleared for departure.” De Pipistrel mag vertrekken.

Dan geeft Janssen gas. Al na een paar seconden komt het tweepersoonstoestel van de grond. „Dankzij de elektromotor accelereert hij veel sneller dan een vliegtuig met een brandstofmotor”, zegt Janssen. „Datzelfde zie je bij een elektrische auto.” De Pipistrel heeft een accucapaciteit van 22 kWh, net zoveel als een kleine elektrische auto. Een Tesla komt op pakweg 75 kWh.

Dit is elektrisch vliegen anno 2023. Klein, licht en kwetsbaar.

De Pipistrel is het enige elektrische vliegtuig in de wereld dat officieel is gecertificeerd. Dat betekent: het mag in principe overal vliegen. E-vliegtuigen van bijvoorbeeld het Zweedse Heart, de Amerikaanse firma’s Eviation en ZeroAvia of het Nederlandse Maeve, maakten hoogstens testvluchten of bestaan slechts op papier.

Het toestel van het Sloveense bedrijf Pipistrel – sinds april 2022 in handen van Textron Aviation, de Amerikaanse makers van Cessna en Beechcraft – is klein. „Je trekt het aan”, lacht piloot Janssen. Ook andere e-vliegtuigen hebben een beperkte capaciteit, van enkele tientallen passagiers.

Dat komt vooral door de accu’s. Voor een vlucht van Amsterdam naar New York zou je zoveel accu’s moeten meenemen dat het toestel te zwaar wordt en er geen of nauwelijks ruimte is voor passagiers of vracht. Ook Barcelona of Londen haal je niet. Lelystad is zo’n beetje de maximale afstand vanuit Amsterdam.

En zo vliegt de Pipistrel vandaag van Schiphol naar de Flevopolder. Dat is op uitnodiging van luchtvaartmaatschappij KLM en de Nederlandse branchevereniging Electric Flying Connection (EFC), die bedrijven vertegenwoordigt die werken aan duurzamer vliegen. Zij lieten achttien relaties meevliegen in een elektrisch vliegtuigje, één deelnemer per vlucht van Amsterdam naar Lelystad of vice versa. NRC was een van de deelnemers.

Witte letters Ajax

Aan boord van de Pipistrel, op 1.000 voet (300 meter), bepaalt piloot Mirella Janssen de koers naar Lelystad. „We volgen de snelweg”, zegt ze met haar tablet op schoot, voor de navigatie. Het gaat rap: de flats van Amsterdam-Zuidoost, de Johan Cruijff ArenA – de witte letters ‘Ajax’ duidelijk leesbaar tussen de rode stoeltjes, de groene weilanden van de Flevopolder, het woeste land van de Oostvaardersplassen.

Janssen, vlieginstructeur bij de door EFC ingehuurde vliegschool E-Flight Academy, geeft de stuurknuppel over aan de verslaggever. Op Schiphol had ze al uitgelegd: hou altijd twee vingers zicht tussen het dashboard van het vliegtuig en de horizon. Zo hou je ons recht. En maak heel rustige bewegingen met de knuppel.

„Vlieg maar iets meer naar links. Dan blijven we uit de buurt van die windmolens.” Janssen geniet van de ‘stilte’ van de Pipistrel. „Hij maakt veel minder geluid dan een gewone motor.”

Na ruim een half uur komt Lelystad in zicht. Janssen neemt het toestel over, draait naar rechts en landt rustig op het vliegveld. Ze zet haar passagier af en rijdt naar de hangar om op te laden. Dat kost een uurtje, gelijk aan de maximale vliegtijd van 50 minuten plus 10 minuten reserve. Een (elektrische) auto brengt de passagier terug naar Schiphol.

Nuttige aanvulling

Een pr-stuntje kan je KLM en EFC’s ‘e-tour’ noemen. Vliegen ligt onder vuur. En dan is het prettig als je kan laten zien dat je werkt aan duurzaamheid. Dat je geeft om schoner, stiller en zuiniger vliegen. En niet alleen om meer tickets te verkopen en Schiphol minder te laten krimpen.

„Een uniek kijkje in de toekomst van het vliegen”, noemt Jolanda Stevens, programmamanager zero emission aviation van KLM, de twee demonstratiedagen. „Om de luchtvaart te verduurzamen moeten we nieuwe technieken en innovaties in de praktijk uitproberen”, zegt ze op Schiphol.

Lees ook het interview met toenmalig KLM-topman Pieter Elbers uit oktober 2021: Hoe moet de luchtvaart duurzamer? ‘In alle eerlijkheid: er zijn veel unknowns’

Korte e-vluchtjes gaan de uitstoot van de luchtvaart niet verminderen. De meeste CO₂-uitstoot komt van lange, intercontinentale vluchten (long haul). Volgens de Europese luchtvaartorganisatie Eurocontrol is slechts 10 procent van de vluchten vanuit Europa langer dan 3.000 kilometer, maar die vluchten zorgen wel voor meer dan de helft van alle CO₂-emissies door de Europese luchtvaart.

Elektrisch vliegen is niet dé oplossing, erkent ook operationeel directeur Maarten Stienen van KLM. „Wij zullen nooit honderd procent elektrisch vliegen op trans-Atlantische routes. Maar misschien is een hybride vorm wel mogelijk, een combinatie van elektrisch en fossiel. Of wellicht vormen de kleine passagiersstromen van elektrisch vliegen in de toekomst wel een nuttige aanvulling op ons netwerk.”

Greenwashing, zullen critici zeggen. Alleen minder vliegen helpt het klimaat. Elektrisch vliegen? Dat wordt toch nooit wat.

„Dat is te makkelijk”, zegt hoogleraar Leo Veldhuis (vliegtuigprestaties en voortstuwing, TU Delft). „Met honderden passagiers elektrisch van Amsterdam naar New York is kansloos. Maar andere bestemmingen, tot pakweg 200, 300 kilometer met minder passagiers, komen wel in beeld. Er moeten nog veel technische vragen worden beantwoord, maar ik wil niet alleen maar negatief zijn.”

Lees ook: Wetenschappers waarschuwen de Tweede Kamer: de luchtvaart kan zich niet uit klimaatcrisis innoveren

Uitstoot beperken

Batterij-elektrisch vliegen, zoals met de Pipistrel, is een van de manieren om de uitstoot van de luchtvaart te beperken, legt Veldhuis uit. Het onderzoek naar duurzamere luchtvaart volgt twee paden: alternatieve brandstoffen en alternatieve toestellen.

Nieuwe soorten kerosine lijken een tijdelijke oplossing. Je kan ze gebruiken in bestaande toestellen, maar daarbij komt nog steeds CO₂ vrij. Als je schoner wilt vliegen op een ander type brandstof, moet je het ontwerp van een vliegtuig grotendeels opnieuw uitdenken. Waterstof, (groene) elektriciteit, ammoniak of methaan verschillen sterk van kerosine. Om daarop te kunnen vliegen zijn zaken nodig als grotere, andersvormige energieopslag, meer koeling, meer veiligheidsmaatregelen.

De Europese vliegtuigfabrikant Airbus lijkt het meest te zien in vliegen op waterstof. Dat kan op twee manieren: je kan waterstof direct verbranden voor de voortstuwing en je kan waterstof omzetten in elektriciteit via een brandstofcel.

De Amerikaanse start-up Zeroavia volgt die laatste techniek. Het bedrijf hield in januari 2023 een testvlucht met een waterstof-elektrisch vliegtuig voor negentien passagiers; in 2027 hoopt Zeroavia een 80-zitter te testen. American Airlines, United Airlines en British Airways hebben belangstelling.

Beide toepassingen van waterstof hebben nu nog een groot nadeel: bij het gebruik gaat veel energie verloren. Dat geldt ook voor de verbranding van kerosine; de helft van de energie vervliegt aan warmte.

„Een elektromotor en propeller zijn veel efficiënter”, zegt de Delftse hoogleraar Veldhuis. „Die kennen een gecombineerd rendement van rond 80 procent. Dat is een gunstige eigenschap. Maar bij alle andere parameters staan de lichten voor grootschalig elektrisch vliegen nog op rood.”

Accu is probleem

De accu blijft het grootste probleem bij elektrisch vliegen, om een groot aantal redenen. Veldhuis somt op: het gewicht, de energiedichtheid, de koeling van batterijpakketten, de laadsnelheid, het aantal laadcycli voordat een accu ‘op’ is, veiligheid, recycling.

Simpel gesteld: de hoeveelheid energie die je kan opslaan in 1 kilo accu is veel kleiner dan in 1 kilo kerosine. Dat scheelt een factor 50 tot 100. Het gevolg is dat je veel meer accu’s moet meenemen om hetzelfde vermogen te krijgen. „De afgelopen jaren is de energiedichtheid van batterijen toegenomen”, zegt Veldhuis. „Maar dat gaat nog niet heel hard.”

Bovendien: een vliegtuig dat kerosine verbrandt wordt tijdens de vlucht steeds lichter – en kan dan langer vliegen. Dat gaat niet op voor een toestel met accu’s. De Pipistrel is en blijft 600 kilo, bij start en landing.

Foto Arnoud Raeven/KLM

Een belangrijk punt noemt Veldhuis de achteruitgang van de accu. Als die al na pakweg een jaar veelvuldig opladen is uitgeput, moet je hem vervangen. „Dat is niet duurzaam. En het jaagt luchtvaartmaatschappijen op kosten. Je zou kunnen zorgen dat luchtvaartaccu’s later in auto’s of huishoudens worden gebruikt.”

Veel start-ups in elektrisch vliegen proberen van dit nadeel een voordeel te maken. Veldhuis: „Zij zeggen: als je de batterij na een jaar moet vervangen, zorgt de voortschrijdende techniek ervoor dat je een steeds efficiënter exemplaar krijgt.” Dan nog blijven volgens hem duurzaamheid en financiële kosten een punt van zorg.

Veldhuis ziet enige kansen voor ‘hybride’ toestellen: daarbij gebruik je zowel batterijen als fossiele brandstof. De kerosine wordt gebruikt in een range extender, die je aanzet als de batterijen bijna leeg zijn en je moet uitwijken naar een andere luchthaven of ‘reservetijd’ moet aanspreken.

Een hybride toestel wordt ook sneller goedgekeurd door luchtvaartautoriteiten als het Europese EASA en de Amerikaanse FAA. Als de elektromotor uitvalt, is de veiligheid immers gewaarborgd door de bewezen techniek van de brandstofmotor. Een nadeel, zegt Veldhuis, is dat een hybride toestel een hoop extra technische systemen (en dus gewicht) moet meenemen.

China

Kan de luchtvaart meeliften met de ontwikkeling van accu’s voor auto’s? Misschien, zegt Veldhuis, maar bij auto’s speelt gewicht een veel kleinere rol. „Wij zijn in de luchtvaart allergisch voor gewicht.”

China is marktleider in accu’s voor elektrische auto’s. Dat maakt de rest van de wereld afhankelijk van Chinese producenten, een heikel punt in tijden van geopolitieke spanningen. Dreigt dat risico ook in de luchtvaart? „Daar kan ik geen uitspraak over doen”, zegt Veldhuis. „In de automotivesector speelt dit wellicht eerder dan in de luchtvaart. Daarvoor is batterij-elektrisch vliegen nog te klein.”

Hoever Chinese batterijproducenten al zouden zijn, bleek in juli. Chinese media meldden dat CATL, een van de grootste batterijfabrikanten voor elektrische auto’s in de wereld, een vliegtuigdivisie heeft opgericht. Samen met de Commercial Aircraft Corporation of China (Comac) wil CATL onderzoeken of een nieuwe type accu dat het bedrijf heeft ontworpen, kan worden gebruikt in de luchtvaart.

Comac bouwt China’s eerste grote passagiersvliegtuig, de C919. Deze concurrent van Airbus’ en Boeings middellangeafstandstoestellen maakte in mei 2023 zijn eerste lijnvlucht.

E-vliegen op de Antillen

Wanneer de eerste e-vliegtuigen hun debuut in de burgerluchtvaart maken, is nog onduidelijk. De Pipistrels worden vooral gebruikt door vliegscholen. E-Flight Academy, gevestigd op vliegveld Teuge bij Apeldoorn, maakte met vier toestellen al meer dan 10.000 vluchten.

Heel optimistisch heeft het Nederlandse kabinet wel al een jaartal genoemd. Vorig jaar stelde minister Mark Harbers (Infrastructuur en Waterstaat, VVD) dat in 2050 alle uit Nederland vertrekkende vluchten over afstanden tot 500 kilometer elektrisch moeten zijn. En rond 2035 moeten de meeste vluchten tussen Aruba, Bonaire en Curaçao elektrisch worden uitgevoerd.

Lees ook: ‘De ferry is van levensbelang voor de Bovenwindse Eilanden’

Caribisch Nederland is „een gunstig gebied voor het verder ontwikkelen van elektrisch vliegen”, staat in Harbers’ Masterplan Elektrisch Vliegen (februari 2022). Tussen de ABC-eilanden zijn de afstanden kort (80 tot 100 kilometer), is het aantal passagiers beperkt (200.000 per jaar) en in de regio is voldoende wind en zon voor schone energie. Elektrisch vliegen zou een eis kunnen zijn in een openbare aanbesteding van vervoer door de lucht tussen de eilanden.

Het Masterplan „onderschrijft de conclusie dat elektrisch vliegen niet de silver bullet is voor volledige verduurzaming van de luchtvaart, maar kansrijk voor het segment van korte afstanden”, aldus Harbers.

In Noorwegen heeft de regering zich een vergelijkbaar doel gesteld: alle binnenlandse vluchten moeten in 2040 elektrisch zijn. In het onherbergzame land is de regionale luchtvaart belangrijk voor de bereikbaarheid. Driekwart van de vluchten van Widerøe, de grootste regiomaatschappij, is korter dan 300 kilometer.

Het Noorse doel is een stimulans voor start-ups in de regio. Bijvoorbeeld Heart Aerospace in Göteborg. Het Zweedse bedrijf hoopt in 2026 de eerste testvlucht te maken met de ES-30, een vliegtuig met vier elektromotoren voor dertig passagiers. United Airlines en het eveneens Amerikaanse Mesa Airlines hebben al orders geplaatst, net als het Scandinavische SAS en Icelandair. Air Canada en Saab zijn aandeelhouders van Heart.

Elektrisch vliegen gaat het duurzaamheidsprobleem rondom vliegen niet helemaal oplossen, schrijven mobiliteitsonderzoekers Carlo van de Weijer en Maarten Steinbuch (TU Eindhoven) in hun bundel Verder vooruit – De toekomst van mobiliteit. Op de cover staat een tekening van een elektrisch vliegtuig van het Nederlandse Maeve. „In potentie kan elektrisch vliegen 5 tot 10 procent van de vluchten vervangen.”

De kleine vliegtuigen hebben als voordeel, stellen Van de Weijer en Steinbuch, dat zij ook kleinere vliegvelden kunnen gebruiken. In Nederland zijn ongeveer twintig kleine velden, in Europa tweeduizend. Zo kan volgens de wetenschappers een nieuwe, fijnmazige vorm van mobiliteit ontstaan, via de lucht. Eerder ter aanvulling op de auto of de trein dan ter vervanging van het ‘fossiele’ vliegtuig.