CO2-emissies

Om inzicht te geven in de ontwikkeling van CO2-emissies in de toekomst zijn verschillende studies uitgevoerd. De verschillende studies geven ook verschillende informatie en resultaten. Dit komt zowel doordat andere uitgangspunten gebruikt worden (bijvoorbeeld met betrekking tot de groei van de luchtvaart en technologische ontwikkelingen) en door andere aannames en methoden bij het bepalen van de CO2-uitstoot. Ook sommige studies laten al zien dat er grote verschillen gevonden kunnen worden bij verschillende uitgangspunten, zoals beschreven in een notitie van het PBL[1]. Hieruit blijkt dat voor verschillende scenario’s een bandbreedte gevonden wordt van nauwelijks groei ten opzichte van 2017 tot een verdubbeling van het aantal passagiers via Nederlandse luchthavens tot 2050. De verkenning geeft ook een bespreking van de onzekerheden in relevante factoren.

Allereerst geven het PBL[2] en NLR[3] in de kennisscan voor de luchtvaartnota nadere informatie over dit onderwerp. Ook andere partijen, zoals CE Delft hebben onderzoek gedaan naar de toekomstige CO2-uitstoot[4]. In dit onderzoek is bestudeerd in hoeverre door de sector gestelde doel voor de emissies in 2030 haalbaar zijn. Onderzoek van EASA gaat onder andere in op verwachte ontwikkelingen in Europa[5]. Hierbij wordt zowel gekeken naar de uitstoot van CO2 als NOx.

Doelstellingen

In ICAO-verband hebben landen doelen voor duurzaamheid afgesproken. Nationaal zijn deze doelen vertaald in het Ontwerpakkoord Duurzame Luchtvaart. De luchtvaartsector spreekt via het ACARE collectief duurzaamheidsambities uit voor de luchtvaart in het ‘Flightpath 2050’-document. In 2050:

  • Is de CO2-emissie per passagierskilometer met 75% verminderd ten opzichte van een nieuw vliegtuig uit het jaar 2000,

  • is de NOx emissie per passagierskilometer met 90% verminderd ten opzichte van een nieuw vliegtuig uit het jaar 2000,

  • en is de ervaren geluidshinder van overvliegende vliegtuigen 65% minder

In de IATA roadmap (zie onder) zijn deze ambities terug te vinden. In het figuur hieronder wordt uitgegaan van een groeiende luchtvaart. In het geval er niets wordt ondernomen zal de uitstoot van CO2 meegroeien. IATA verwacht dat door het toepassen van de nu bekende mogelijkheden (technologisch, operationeel en infrastructureel) een deel van die groei in emissies kan worden afgeremd. Anderzijds zien ze de mogelijkheid om door middel van het gebruik van biofuels en nieuwe generatie technologieën in 2050 tot een CO2-emissie reductie van 50% te behalen.

Of dit daadwerkelijk wordt behaald is uiteraard sterk afhankelijk van een groot aantal factoren zoals de werkelijke groei van de luchtvaart en de mate waarin nieuwe technologieën worden ontwikkeld/geïmplementeerd in vliegtuigen en het luchtruim.

Roadmap CO2-emissies luchtvaart

De benodigde technologische ontwikkelingen komen voort uit de industrie zelf en worden gedreven door Europese onderzoeksprogramma’s zoals Horizon2020 (Smart, green and integrated transport), CleanSky (duurzamere en veiligere vliegtuigen) en SESAR (voor een efficiënter gebruik van het luchtruim).

Technologische ontwikkeling

Vliegtuigen zijn door de jaren heen significant zuiniger geworden door gebruik van nieuwere motoren (verhoging bypass ratio, ontwikkeling geared turbofan etc), verbeterde aerodynamica en toepassing van lichtere materialen in vliegtuigen. Door vlootvernieuwing, de invoering van nieuwere vliegtuigtypen, is het brandstofverbruik per passagier-kilometer over de laatste 50 jaar gemiddeld met ongeveer 50% gedaald. Omdat de CO2-uitstoot evenredig is met het brandstofverbruik is ook de CO2-uitstoot per passagier-kilometer met ongeveer 50% gedaald over de aangegeven periode. De verwachting is dat deze trend de komende jaren door zal zetten. Met het mogelijk gebruik van de open rotor techniek, de ontwikkeling van hybride voorstuwing, gevolgd door elektrische voortstuwing (beginnende bij de kleinere vliegtuigen) zijn naar verwachting ook in de wat verdere toekomst significante brandstofbesparingen en daarmee CO2 reducties mogelijk

Door de constante ontwikkelingen kan worden gesteld dat elke volgende generatie vliegtuigen zo’n 15 à 25% zuiniger is dan zijn voorganger[6].

Elektrisch vliegen

Elektrisch vliegen is op dit moment enkel beschikbaar binnen de General Aviation, oftewel kleine luchtvaart. Er is nog geen groot aanbod voor dit soort vliegtuigen en wordt dus nog niet veel gebruikt. De verwachting is dat er de komende decennia steeds meer kleine elektrische vliegtuigen (1 tot 50 passagiers) zullen worden ontwikkeld met een nog zeer beperkte range en capaciteit. Regionale jets (het kleine segment van de commerciële luchtvaart) zal waarschijnlijk eerst uitgerust worden met hybride-elektrische systemen. Ontwikkelingen voor de grote vliegtypen zullen langer op zich laten wachten en zullen vooral bestaan uit more-electric. Bij more-electric kunnen verschillende pneumatische, hydraulische en mechanische vliegtuigsystemen worden geëlektrificeerd om zo het vliegtuig lichter te maken. 

Een van de beperkende factoren voor elektrisch vliegen is het gewicht. Accu’s hebben ten opzichte van kerosine een zeer groot gewicht voor de hoeveelheid energie die ze meedragen. Door onder andere de ontwikkelingen in de elektrische auto-industrie zijn batterijen steeds beter geworden en de verwachting is dat deze groei zal doorzetten, maar het is nog niet goed te voorspellen hoe snel deze ontwikkeling zal doorzetten. De vraag is hierbij wel of de te ontwikkelen batterijen op een duurzame wijze kunnen worden geproduceerd en geen grote impact hebben op het milieu.

Met de opkomst van kleine elektrische vliegtuigjes rijst tegelijkertijd de vraag of deze kunnen worden toegepast ter vervanging van wegvervoer (pakketbezorging, passagiersvervoer, etc.). Op dit moment zijn bedrijven als Airbus, Uber en Lilium bezig met de ontwikkeling van Urban Air Taxi’s, deze verwachten allen binnen 10 jaar hun taxi’s te kunnen verkopen. Of dit realistisch is valt op dit moment nog niet goed in te schatten. Voordat deze technologie beschikbaar komt zal er moeten worden onderzocht of dit op een veilige manier kan worden geïmplementeerd. Een andere belangrijke factor is het effect van deze technologie op de leefomgeving, in de vorm van geluidshinder en zicht(vervuiling)[7].

Alternatieve brandstoffen

De afgelopen jaren zijn er grote stappen gemaakt in de ontwikkeling van alternatieve brandstoffen anders dan kerosine uit aardolie. Een subgroep van alternatieve brandstoffen worden de drop-in fuels genoemd, deze kunnen zonder aanpassingen aan de motoren of systemen gebruikt worden in plaats van kerosine. Een drop-in fuel is niet intrinsiek schoner dan kerosine, maar er wordt veel onderzoek gedaan om alternatieve drop-in fuels te ontwikkelen die lage schadelijke uitstootwaarden hebben.

Biobrandstof is volgens de luchtvaartsector een voorziene optie als duurzame alternatieve brandstof om in de nabije toekomst substantieel bij te dragen aan de benodigde CO2 reductie binnen de grote luchtvaart. Biobrandstof wordt gemaakt uit biomassa van gewassen. Tijdens het groeiproces onttrekken deze CO2 uit de atmosfeer. Tijdens de verbranding komt de CO2 weer vrij en begint de cyclus opnieuw. Echter doet CO2 die op grote hoogte wordt uitgestoten er 100 jaar over voor het opnieuw kan worden ingevangen en blijft dus lange tijd aanwezig. Voor het produceren van biomassa en de uiteindelijke biobrandstof is in veel gevallen energie nodig, als deze energie niet van een duurzame bron afkomstig is wordt er geen CO2-neutraliteit behaald.

Niet elke biobrandstof geeft een even grote CO2 uitstoot. Het SWAFEA-onderzoek (Sustainable Way for Alternative Fuel and Energy in Aviation) in opdracht van de Europese Commissie geeft aan dat er 50% tot wel 90% reductie valt te behalen als het productiepad op de juiste manier wordt doorlopen[8].

Synthetische brandstoffen gemaakt met stroom uit hernieuwbare bronnen als zon en wind worden gezien als een oplossing voor de luchtvaart om bij te dragen aan de klimaatdoelstellingen van Parijs. De opgewekte stroom wordt gebruikt om waterstof te produceren door middel van elektrolyse. Waterstof kan anderzijds ook worden gewonnen uit andere processen als thermochemische productie of bijvoorbeeld uit aardgas. De waterstof die uit dit proces vrijkomt wordt gecombineerd met CO2 om daar koolwaterstoffen uit te synthetiseren. Koolwaterstof kan vervolgens worden gebruikt om verschillende synthetische brandstoffen te produceren. Er zijn verschillende manieren om synthetische kerosine te maken, zoals gas to liquid (GTL), coal to liquid (CTL), power to liquid (PTL) en sun to liquid (STL). Uit deze voorbeelden kan PTL op de meest duurzame wijze worden geproduceerd. Om dit te waarborgen is het van belang dat de elektriciteit afkomstig is van duurzame bronnen en koolstofatomen worden hergebruikt of uit de lucht worden gehaald.

Alternatieve brandstoffen worden dus gezien als een middel tot verduurzaming van de luchtvaart, maar het wordt op dit moment nog niet op grote schaal geproduceerd. Dit betekent dat er niet genoeg brandstof beschikbaar is om alle mogelijke gebruikers te kunnen voorzien. Daarnaast zijn de brandstoffen duurder dan kerosine, wat de transitie niet bevordert. Om het gebruik te bevorderen zal er een schaalvergroting moeten plaatsvinden en zal het prijsverschil (natuurlijk of kunstmatig) moeten worden verkleind[9]. Mits de juiste maatregelen worden getroffen wordt de potentiele CO2 reductie door biobrandstoffen geschat op 7% in 2030 en 26% in 2050. Voor synthetische brandstoffen wordt een reductie van 2% in 2030 en 63% in 2050 geschat[10].

  • 1 PBL, 2019
  • 2 PBL, 2018
  • 3 Expert judgement NLR, 2019
  • 4 CE Delft, 2018
  • 5 EASA, 2019
  • 6 Expert judgement NLR, 2019
  • 7 Expert judgement NLR, 2019
  • 8 SWAFEA, 2011
  • 9 Expert judgement NLR, 2019
  • 10 RHDHV, 2019