Zoals op de vorige pagina beschreven, is de huidige, relatief lage energiedichtheid van accu’s een knelpunt voor vliegtuigen. Voor kleine vliegtuigen en vluchten binnen Europa is het voor de toekomst niet per se een onmogelijk dilemma, maar voor intercontinentale vluchten is het voorlopig onoverkomelijk. Los van synthetische brandstoffen en biokerosine is waterstof daarvoor een mogelijk alternatief. Onder andere Airbus en Boeing werken op papier al aan dergelijke vliegtuigen. Ook waterstof kent diverse uitdagingen. Zo is het in twee vormen te gebruiken: vloeibaar en in gasvorm. Dat laatste is momenteel het gebruikelijkst, maar in vloeibare vorm is het veel makkelijker te vervoeren en op te slaan, hoewel dat zeer specifieke condities vereist.
Waterstofgas
Het belangrijkste voordeel van waterstof in gasvorm is het gewicht en de energiedichtheid. Onder ideale condities is de hoeveelheid energie per kilogram bijna driemaal zo hoog is als die van kerosine: 125MJ versus 43MJ. Het moet wel onder zeer hoge druk in cilinders worden opgeslagen. Bij atmosferische omstandigheden is de energiedichtheid van waterstof per liter verwaarloosbaar laag, dus moet de druk flink worden opgevoerd om die te vergroten. Hiervoor worden cilindrische opslagtanks van composiet gebruikt met een druk van 350 tot 700 bar. Hoe hoger de druk, des te steviger de tank moet zijn. Dat heeft gevolgen voor het gewicht, waardoor momenteel voor schepen, bussen en vrachtwagens tanks van 350 bar worden gebruikt en van 700 bar voor fcev's, oftewel personenwagens op waterstof. Waterstofgas is niet zwaar, maar hogedruktanks zijn dat wel en dat geldt ook voor brandstofcellen. Bovendien hebben vliegtuigen op basis van waterstof en een brandstofcel ook accu's nodig om energie tijdelijk in op te slaan, maar natuurlijk veel minder dan een volledig accu-elektrisch vliegtuig.
Cilindrische tanks zijn rond en daardoor veel minder praktisch in bestaande vormen in te passen. Een andere vorm kan niet, omdat het om gas onder hoge druk gaat. De cilinders fysiek veel groter maken kan daardoor ook niet. Dat betekent dat waterstof in een vliegtuig in tientallen of zelfs honderden cilinders moet worden opgeslagen, wat met de huidige vormgeving slechts gedeeltelijk in de vleugels kan. Op basis van de huidige vormgeving van vliegtuigen zou het logischer zijn om waterstof onder de vleugels op te slaan in auxiliary fuel tanks, oftewel losse modules, of door de vleugels van vliegtuigen drastisch te vergroten en ook in de romp wat ruimte op te offeren voor gastanks.
:strip_exif()/i/2004024422.jpeg?f=imagenormal)
Vloeibare waterstof
Een alternatief voor waterstofgas is vloeibare waterstof. Dat is net als kerosine vloeibaar en laat zich dus veel makkelijker opslaan en vervoeren. Om waterstof vloeibaar te maken, is echter een extreem lage temperatuur van -252,87°C (20 kelvin) nodig. Op die temperatuur wordt waterstof vloeibaar bij een normale druk van 1 bar; we spreken dan over LH₂. Deze vorm van waterstof kan worden gebruikt in combinatie met een brandstofcel en, met aanpassingen, ook met een reguliere verbrandingsmotor, zij het met energieverliezen. Dat is voor de korte termijn praktisch, omdat dan dezelfde turbines kunnen worden gebruikt en een vliegtuig niet geheel afhankelijk wordt van elektromotoren.
Cryo compressed
Een combinatie van compressie tot 700 bar én een lage temperatuur van -220°C (70 kelvin) is ook een optie. Waterstof wordt dan als gas opgeslagen in cilinders, maar heeft dankzij de lagere temperatuur minder volume nodig, omdat de energiedichtheid per liter hoger is. Er zijn dan in totaal minder cilinders nodig. Net als bij vloeibare waterstof neemt de koeling wel extra ruimte in beslag en kost die energie.
Het proces om waterstof af te koelen tot -252,87°C is energie-intensief, maar als het eenmaal vloeibaar is kan het worden bewaard in onder druk staande en thermisch geïsoleerde containers, cilindrisch of bolvormig. LH₂ houdt zichzelf onder het kookpunt dankzij de energie die bij verdamping verloren gaat in een dewar-tank, maar dit verdampingsverlies leidt wel tot energieverlies. Daar komt nog bij dat het volume van waterstof in vloeibare vorm vier keer zo groot is als dat van kerosine met dezelfde energetische inhoud. Dat betekent dat de brandstofopslag beduidend meer ruimte in beslag zal nemen. Ondanks de genoemde nadelen lijkt het gebruik van vloeibare waterstof voor grote vliegtuigen praktischer dan dat van waterstof in gasvorm. Bovendien wordt momenteel veel ervaring opgedaan met LNG, oftewel vloeibaar aardgas. Dit wordt vloeibaar bij -160°C en kan op die manier veel makkelijker vervoerd worden.
/i/2004026924.png?f=imagearticlefull)
Kosten
Een pijnpunt is dat een waterstofvoertuig op termijn wel enigszins moet kunnen concurreren met een 'fossiel' voertuig. Een verschil van tientallen procenten valt misschien nog voor lief te nemen, maar als het gaat om een factor twee of meer, is het economisch gezien, zachtjes uitgedrukt, niet aantrekkelijk. Bovendien functioneert de hele vliegtuigindustrie nu op basis van vrij goedkope kerosine.
Vliegen op waterstof zal beduidend duurder zijn. In tegenstelling tot olie of gas is waterstof zelf geen energievorm, maar een -drager. Dat betekent dat het eerst geproduceerd moet worden. De duurzaamste methode is om dit te doen met energie van windmolens of zonnepanelen. Door elektriciteit toe te voegen aan water splitst zich dat in waterstof en zuurstof. Deze methode vergt wel veel energie en tijdens de productie gaat een aanzienlijk deel daarvan verloren. Als waterstof weer wordt omgezet in elektriciteit, gaat opnieuw energie verloren, waardoor er circa 35 procent overblijft. Dat is dus alleen rendabel als energie goedkoop is, zoals tijdens overschotten van stroom van zonnepanelen en windmolens.
Voor korte afstanden binnen Europa zouden op accu’s gebaseerde vliegtuigen veel goedkoper in gebruik zijn doordat de energiekosten per kWh een stuk lager zijn. Voor vluchten boven de 500km zijn accu’s vanwege het gewicht voorlopig nog geen optie, dus daarvoor ligt waterstof meer voor de hand. Zonder aangepaste wet- en regelgeving zal waterstof lastig met kerosine kunnen concurreren. Kerosine is op dit moment niet belast en wordt in feite dus enorm gesubsidieerd. Als er energie in overvloed is en waterstof wereldwijd massaal wordt geproduceerd, zal de prijs dalen, maar het is lastig te voorspellen tot welk niveau.
:strip_exif()/i/2006078616.jpeg?f=fpa)
:strip_exif()/i/2005927410.jpeg?f=fpa)
/i/2005773876.png?f=fpa)
/i/2004620466.png?f=fpa)
/i/2004739610.webp?f=fpa)
:strip_exif()/i/2005227792.jpeg?f=fpa)
/i/2004625602.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/2003588876.jpeg?f=fpa)