Vliegen met een ecolabel

Eén kilo bagage te veel? Dat is dan 10 euro extra, dank u wel. Wie wel eens met het vliegtuig reist, voelt al bij de incheckbalie aan dat gewicht geld kost. Hoe zwaarder het toestel, des te meer brandstof het verbruikt, en des te duurder de reis.

Daarom doet het Koen de Cock, afdelingshoofd bij het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR), altijd een beetje pijn als hij een langeafstandsvliegtuig ziet overvliegen. Want on-ge-loof-lijk, wat zeulen die een hoop gewicht mee. Al die duizenden liters brandstof die maar in de tank liggen te wachten tot ze eindelijk ergens boven China opgestookt kunnen worden. De Cock: "Het is alsof je met de auto naar Zuid-Spanje rijdt met 200 liter benzine in je achterbak. Niemand doet dat. Je tankt onderweg, dat scheelt gewicht en ruimte."

Een tussenlanding dan maar? Dat zou geen populaire maatregel zijn. Zo'n reisje naar Hongkong duurt al lang genoeg. Dus wat te doen? De Cock werkt sinds kort, in opdracht van de Europese Commissie, aan een nieuw vliegconcept. Korteafstandstoestellen vol brandstof en passagiers, zogeheten feeders, koppelen zich aan grote langeafstandstoestellen. Het grote vliegtuig, de cruiser, landt bijna nooit en blijft rondjes om de aarde vliegen. Elke kwart aardbol stappen nieuwe passagiers in en uit, en wordt het toestel van brandstof voorzien. "In de lucht bijtanken scheelt 30 procent brandstof vergeleken met de huidige langeafstandsvluchten", zegt De Cock. "En door in de lucht over te stappen zijn veel passagiers nog sneller op hun bestemming ook."

Het plan van De Cock is niet het enige futuristische idee om vliegtuigen zuiniger te laten vliegen. De Zwitserse arts Bertrand Piccard wil dit jaar met zijn Solar Impulse de Atlantische Oceaan over vliegen op louter zonne-energie. De TU Delft en andere onderzoeksgroepen pleiten al jaren voor gigantische vliegende vleugels, die gestroomlijnder zijn dan de huidige vliegtuigen.

Toch komt er van al die revolutionaire ideeën in de praktijk maar weinig terecht. De luchtvaartindustrie staat bekend als zeer conservatief. Wie een passagiersvliegtuig van vijftig jaar geleden vergelijkt met die van nu, moet hard zoeken naar de verschillen.

Maar toch, onder druk van stijgende brandstofprijzen en strengere milieumaatregelen lijkt er langzaamaan iets te veranderen. Nu al beslaan de brandstofkosten circa een derde van de operationele kosten van een vliegtuig. Daar komen CO2-heffingen, sinds dit jaar van kracht in Europa, nog bij. Niet voor niets investeerden grote bedrijven zoals Airbus en motorbouwer Rolls-Royce samen met de Europese Unie 1,6 miljard in het Clean Sky-programma.

Doel is om voor 2020 de technologie te bouwen voor vliegtuigen die 50 procent minder CO2 uitstoten dan de huidige generatie vliegtuigen. "De luchtvaartsector is zich ten zeerste bewust van het milieu en investeert daarom veel in programma's zoals Clean Sky", zegt Michel Peters, directeur van het NLR, dat ook deelneemt aan het Clean Sky-programma. "Olie wordt schaarser en duurder. Voordat een luchtvaartmaatschappij een nieuw vliegtuig koopt, zal steeds vaker als eerste de vraag klinken: hoe zuinig vliegt het?"

De traditionele brandstof, kerosine, zal nog tientallen jaren de boventoon voeren, denkt Peters. "Het heeft de grootste energieopbrengst per kilogram, daarom is het zo populair in de luchtvaart. Elektrische vliegtuigen, volgeladen met accu's, zouden veel te zwaar worden. Vliegen met kleine kernreactoren zie ik ook niet snel gebeuren: te gevaarlijk."

Wel valt flink winst te boeken op de motoren. Op een recent Clean Sky-symposium in Amsterdam viel de term 'openrotorconcept' opvallend vaak. Dat is een motor met twee rijen schoepenbladen vlak achter elkaar. De ene draait linksom, de ander rechtsom. Het idee is niet nieuw - al in de jaren tachtig experimenteerden vliegtuigbouwers met open rotors. Uit tests bleek dat zo'n motor tot 30 procent minder brandstof verbruikt.

Toch bleef de doorbraak uit: de motoren gaven te veel geluidsoverlast. De wervelende lucht achter de voorste rotor stroomt dankzij de achterste rotor weer rechtdoor. Dit maakt de motor extra efficiënt, omdat lucht die wervelt niet bijdraagt aan de voortstuwing. Maar het zorgt ook voor herrie. De Cock: "Denk aan helikopters. Ook daar zoeft soms het ene rotorblad door de wervel van het andere rotorblad heen, resulterend in een dof wop-wop-wopgeluid. Als je daar niets op verzint, mag zo'n zuinig toestel met open rotor nergens landen."

Pas de laatste jaren lukt het onderzoeksinstituten en motorenbouwers om iets tegen het lawaai te doen. Met moderne computersimulaties kunnen onderzoekers voorspellen welke gevolgen ontwerpkeuzen hebben voor het geluid. De vorm van de bladen, het aantal bladen, de rotatiesnelheid; alles speelt mee. Ook is het mogelijk om het lawaai te beperken door via kleine gaatjes in de rotorbladen lucht aan te zuigen of juist weg te blazen, om zo plaatselijk kleine veranderingen in de luchtstroming te creëren.

Waar de Clean Sky-onderzoekers aan denken om hun open rotor stiller te maken? De Cock: "Ik mag niet eens zeggen hoeveel bladen hij gaat krijgen. Deelnemende partijen zoals Airbus en Rolls-Royce zien dat als concurrentiegevoelige informatie, wat ook direct aangeeft hoe serieus ze dit type motor overwegen voor nieuwe vliegtuigen."

Losvliegende schoepen

In dat diepste geheim werken de experts dan ongetwijfeld ook aan een manier om de veiligheid van de open rotor te vergroten. Want wat gebeurt er wanneer een vogel tegen de motor botst en er een rotorblad afbreekt? "Dat is inderdaad ook een nog op te lossen probleem. Een rondvliegend rotorblad mag nooit tegen een stuurvlak of ander cruciaal onderdeel knallen. Bij de gebruikelijke straalmotor draaien de schoepenbladen in een afgesloten koker, die ontworpen is om losvliegende schoepen binnenboord te houden."

Hoe zwaarder het vliegtuig, des te meer brandstof het nodig heeft. Extra brandstoftanks maken de constructie van het vliegtuig weer zwaarder en dat geeft weer een nóg hoger brandstofverbruik. Wie een vliegtuig ontwerpt, zit de hele dag te rekenen aan dit soort sneeuwbaleffecten.

Er is een troost: die sneeuwbaleffecten werken ook andersom. Elke kleine gewichtsbesparing, en elke kleine verbetering van de aerodynamica, kan tot een flinke daling van de brandstofkosten leiden. Het NLR werkt daarom aan 'slimme vleugels'. De vleugels, die in 2015 hun luchtdoop moeten maken, zitten volgepakt met technische snufjes. Door kleine gaatjes boven op de vleugel wordt de aansnellende lucht aangezogen. Hierdoor blijft de stroming langer in nette laagjes langs de vleugel stromen. Goed nieuws, want zodra die stroming op een chaotische manier gaat stromen, groeit de luchtweerstand drastisch.

Nog een ideetje voor die slimme vleugel: maak onderdelen overbodig. Om af te remmen voor de landing maken passagiersvliegtuigen onder andere gebruik van spoilers. Passagiers zien dan door hun raampje schuine vlakken uit de vleugels omhoog steken die de wind opvangen. Aan de achterkant van de vleugel bewegen ook kleppen, maar dan om de kromming van de vleugel aan te passen. Hoe langzamer de vlucht, des te krommer de vleugel - vergelijkbaar met hoe een vogel zijn vleugels buigt bij een landing. De Cock: "We proberen die kleppen nu zo te ontwerpen dat ze ook als spoiler werken. Dan zijn de spoilers niet meer nodig, en dat scheelt weer een onderdeel."

Netwerk van luchtwegen

Tot slot: tussen al dat technische geweld zou je bijna vergeten dat er ook op andere fronten brandstofbesparing valt te halen. Om maar wat te noemen: hoe snel al die Airbussen en Boeings ook lijken te gaan, gemiddeld vliegen ze zo'n 10 procent om. NLR-directeur Peters: "Het Europees luchtruim bestaat uit tientallen zones die elk onder een eigen luchtverkeersleiding vallen. Alleen Nederland heeft er al drie. Daardoor ontstaat een complex netwerk van luchtwegen dat net niet optimaal is.

"Ook moeten passagiersvliegtuigen regelmatig om militaire oefenterreinen heen vliegen, zelfs als er nergens een F-16 te bekennen is. Als we beter samenwerken en slimmer plannen, kunnen vliegtuigen vaker in één rechte streep naar de eindbestemming vliegen. Ook dat scheelt brandstof, en je hoeft er niks voor aan het vliegtuig te veranderen."


10 TOT 30 PROCENT BESPARINGEN

Zuinig vliegen in 2020

1. Betere motoren Met een dubbele rij rotorbladen, die tegen elkaar in draaien, is het zuiniger vliegen dan met de huidige straalmotoren. Bij een vliegtuig met zo'n open rotor ligt de optimale kruissnelheid wel lager dan we gewend zijn: 800 km/u in plaats van 1.000 km/u.

Verwachte brandstofbesparing: 25-30 procent

Lichtere materialen en verbeterde aerodynamica.

Verwachte brandstofbesparing: 10 procent

Betere samenwerking tussen luchtverkeersleiders van verschillende landen, invoeren van een landingstechniek waarbij vliegtuigen naar de luchthaven 'glijden'.

Verwachte brandstofbesparing: 10 procent

Zuinig vliegen in 2050

Een druppelvorm is in theorie het meest gestroomlijnd. Toch lijken de huidige vliegtuigen daar amper op. Een blended wing body is een stuk aerodynamischer, doordat de vleugels vloeiend overlopen in de romp.

Nadelen: luchthavens zijn niet gebouwd voor dit soort brede vliegtuigen. Ook kan een vluchtje claustrofobisch aanvoelen: doordat de passagiers in de vleugel zitten, kunnen ze niet uit een rampje kijken. Onderzoekers van de TU Delft willen dat oplossen door livebeelden van de buitenlucht in de cabine te projecteren.

Verwachte brandstofbesparing: 20-30 procent

Passagiersvliegtuigen gaan in formatie vliegen, net als trekvogels. Boeings en Airbussen uit bijvoorbeeld Amsterdam, Brussel en Parijs maken dan bijvoorbeeld met z'n drieën de oversteek naar de Verenigde Staten. Door mee te liften op elkaars slipstream, hebben de vliegtuigen minder luchtweerstand. Ook worden ze lichter doordat ze minder brandstof mee hoeven te nemen.

Nadelen: de wervels achter de vleugel zijn behalve nuttig ook gevaarlijk. Alleen bij uiterst secuur vliegen kan een piloot meeliften met zijn voorganger, een stuurfout kan fataal uitpakken. Verbeterde automatische piloten, zoals die nu worden ontwikkeld voor onbemande vliegtuigen, kunnen formatievliegen dichterbij brengen.

Verwachte brandstofbesparing: 10 procent.