Een tekort aan Europese grondstoffen voor duurzame luchtvaartbrandstoffen beperkt vanaf 2035 de mate waarin de Europese luchtvaart haar broeikasgasemissies terug kan dringen. Dat is één van de hoofdconclusies van een nieuwe studie, uitgevoerd door Koninklijke NLR en Technische Universiteit Delft . Het tekort betekent dat broeikasgasemissies in 2050 slechts 40% afnemen ten opzichte van een situatie waarin alleen vliegtuigen op fossiele kerosine worden gebruikt. Voldoende beschikbaarheid van duurzame brandstoffen zou kunnen zorgen voor een twee keer zo grote verlaging van broeikasgasuitstoot.

De beperkte beschikbaarheid van Europese grondstoffen die nodig zijn voor het produceren van duurzame luchtvaartbrandstoffen, ook bekend als ‘sustainable aviation fuels’ (SAF), is een barrière bij het behalen van de door de Europese Commissie voorgestelde bijmengdoelstellingen op de middellange en lange termijn. “Hoewel de resultaten laten zien dat de beschikbaarheid van grondstoffen voldoende is om de doelstellingen tot en met 2030 te halen, zien we vanaf 2035 een fors en groeiend gat tussen aanbod en verwachte vraag”, zegt Johan Kos, projectleider en hoofdauteur van de studie. Deze conclusies gelden voor twee situaties die in de studie zijn onderzocht. In één daarvan worden vliegtuigen op groene waterstof vanaf 2035 ingezet op korte en middellange afstanden. In het andere geval worden zulke toestellen niet ingezet, en worden in plaats daarvan extra vliegtuigen op SAF gebruikt.

Potentieel van nieuwe vliegtuigen

De studie heet TRANSCEND en is uitgevoerd binnen de ‘ Technology Evaluator ’ van het Europese Clean Sky 2 onderzoeksprogramma en NLR’s eigen programma Klimaatneutrale Luchtvaart , in samenwerking met TU Delft . TRANSCEND, dat gestart is in 2019 en recent is afgerond, onderzocht nieuwe voortstuwingstechnologieën en alternatieve brandstoffen voor de luchtvaart tot en met 2050, als kansrijke oplossingen om bij te dragen aan klimaatneutrale luchtvaart. De studie modelleerde de introductie van waterstof-aangedreven vliegtuigen in toestelsegmenten tot en met 300 passagiers op vluchten tot zo’n 3700 kilometer. Uit de studie blijkt dat die waterstof-aangedreven vliegtuigen er in 2050 voor zorgen dat de wereldwijde CO2-uitstoot door de luchtvaart tijdens de vluchten 16 tot 20% lager is dan in eenzelfde vervoersscenario waarin alleen SAF-aangedreven toestellen worden gebruikt. Het totale ‘well-to-wake’ energieverbruik [1] en de brandstofkosten voor luchtvaartmaatschappijen komen in een situatie met waterstof-aangedreven vliegtuigen eveneens lager uit dan in een situatie met alleen SAF-aangedreven toestellen.

Andere klimaateffecten dan CO2-uitstoot, zoals de invloed van waterdamp en roet, zijn niet onderzocht. “De volledige bijdrage aan de opwarming van de aarde is significant groter dan alleen CO2-uitstoot”, zegt Herma LAAMA-De Walle, programmaleider Klimaatneutrale Luchtvaart. “Eén van onze aanbevelingen is daarom om degelijke studies binnenkort uit te voeren”, vult Kos aan, “om daarmee een completere inschatting te kunnen maken van de mogelijke bijdrage van waterstof-aangedreven vliegtuigen en SAF op klimaatneutrale luchtvaart.”

Om een eerlijk vergelijk mogelijk te maken, zijn efficiëntieverbeteringen door innovatieve vliegtuigtechnologie voor zowel waterstof- en SAF-aangedreven toestellen hetzelfde gemodelleerd. Efficiëntieverbeteringen moeten worden gerealiseerd door verdere ontwikkeling van vliegtuig- en motortechnologieën. De luchtvaartindustrie moet die technologieën onderzoeken en vervolgens verder ontwikkelen. Daarnaast moeten autoriteiten de benodigde regelgeving ontwikkelen om waterstof-aangedreven vliegtuigen te certificeren en commercieel te gebruiken. “Vanwege de noodzaak van zekerheid over de regelgeving en de tijd die het kost om vliegtuigen en infrastructuur te ontwikkelen, moet die regelgeving over uiterlijk vijf jaar op orde zijn”, benadrukt Kos.

In de voornoemde gevallen die in TRANSCEND zijn onderzocht nemen netto CO2-equivalente-emissies slechts 40% af in 2050. Dat is ten opzichte van een referentiescenario waarin efficiëntieverbeteringen door innovatieve vliegtuig- en voortstuwingstechnologie zijn meegenomen, maar is aangenomen dat deze toestellen volledig kerosine-aangedreven zijn.

Balans tussen aanbod en vraag

Op basis van het tekort in Europese grondstoffen voor de productie en beschikbaarheid van SAF, is één van de aanbevelingen van TRANSCEND dat beleidsmakers en industriële partijen zouden moeten zorgen voor voldoende beschikbaarheid van duurzame biomassa, reststromen en hernieuwbare elektriciteit, die gebruikt kunnen worden voor de productie van groene waterstof en SAF. Daarnaast raden de onderzoekers beleidsmakers, universiteiten en onderzoeksinstellingen expliciet aan om belangrijke variabelen die de balans tussen aanbod en vraag beïnvloeden periodiek te controleren en opnieuw te evalueren. “Voorbeelden daarvan zijn de energie-efficiëntie van nieuwe vliegtuigen, de vervoersontwikkeling en bijbehorende brandstofbehoefte, beschikbaarheid van duurzame biomassa, reststromen en groene stroom, en fabrieken om groene waterstof en SAF te maken,” zegt Kos. “Omdat het niet mogelijk is om de beschikbaarheid van grondstoffen en de brandstofproductie van de ene op de andere dag op te schalen, is het cruciaal dat we verschillen tussen aanbod en vraag op tijd zien aankomen, zodat we er op tijd naar kunnen handelen. Zo zorgen we ervoor dat de luchtvaart haar bijdrage kan leveren aan klimaatneutraliteit.”

TRANSCEND heeft meerdere scenario’s onderzocht ten aanzien van het deel van de totale hoeveelheid grondstoffen dat beschikbaar is voor luchtvaart. De in deze tekst gepresenteerde resultaten zijn geldig voor een luchtvaartaandeel van 10%. Dat betekent dat 90% van de totale hoeveelheid beschikbare grondstoffen voor andere sectoren wordt ingezet. Verbeteringen in motor- en vliegtuigtechnologie – als ontwikkeld en onderzocht in het Europese Clean Sky 2 programma – zijn vanaf 2030 gemodelleerd. Waterstof-aangedreven toestellen zijn gemodelleerd op basis van de laatst beschikbare kennis en feedback vanuit een expertworkshop. In de modellering worden deze toestellen, met maximaal 300 stoelen, vanaf 2035 geïntroduceerd op vluchten tot 3700 kilometer. De vraag naar alternatieve brandstoffen (dat wil zeggen: groene waterstof en SAF) is onderzocht voor vluchten die vertrekken vanaf luchthavens in de EU en het VK, in vervoersscenario’s die afkomstig zijn uit de eerste beoordeling door de Clean Sky 2 Technology Evaluator. Schattingen voor de beschikbaarheid van deze brandstoffen zijn gebaseerd op de verwachte beschikbaarheid van grondstoffen in deze zelfde landen, beperkt aangevuld met import uit omliggende regio’s. De keuze voor grondstoffen en productiemethoden van SAF uit duurzame biomassa of afvalstromen is gekozen om de reducties van CO2-equivalente-uitstoot over de levenscyclus te maximaliseren. Daarom wordt de meeste SAF via het Fischer-Tropsch proces geproduceerd. De hoeveelheid synthetische SAF is gebaseerd op de hoeveelheid groene waterstof die over was na de inzet van groene waterstof voor waterstof-aangedreven vliegtuigen.

Het eindrapport van TRANSCEND, met daarin negen strategische aanbevelingen, is beschikbaar als download . De projectwebsite geeft toegang tot gepubliceerde rapporten en artikelen.

[1] ‘Well-to-wake’-energie is de totale hoeveelheid energie die nodig is voor het uitvoeren van een vlucht, inclusief de energie die nodig is voor het produceren van de brandstof.