De toekomst van de luchtvaart: de komende honderd jaar

Illustrations: Brett Ryder

 
De luchtvaart verandert nu technologie, economie en nieuwe globale ontwikkelingen samen komen op een spannende en uitdagende manier. Wat zal de toekomst brengen? Luchtvaartspecialist Satu Dahl blikt vooruit op de komende eeuw.

Verwacht hier het volgende te leren:

• ​ Hoe de luchtvaartindustrie omgaat met haar impact op het milieu.
• ​ Aan welke zonne-energie projecten NASA en een aantal luchtvaartmaatschappijen werken.
• ​ Hoe revolutionaire vliegtuigen zoals de Flying-V, Airlander en Overture de toekomst van de luchtvaart zullen veranderen.
• ​ Hoe innovatieve materialen en structuren leiden tot de ontwikkeling van vliegtuigen die hun vorm kunnen aanpassen naar de omstandigheden.
• ​ Hoe waarschijnlijk het is dat we in de toekomst klimaat neutraal kunnen vliegen.

Vliegende robottaxi’s. Elektrische vliegtuigen. Vliegtuigen die vliegen op gebruikte kookolie. Of dit nu je nu bekend in de oren klinkt of niet, deze concepten zijn ofwel in de maak of al in de lucht.

Dit zou niet echt een verrassing moeten zijn. In de luchtvaart, waar ontwerpers en specialisten ver vooruitwerken op wat het publiek kan zien, is de (verre) toekomst al in zicht.

Het is nu mogelijk om een burger te worden van ’s werelds eerste ruimtenatie: Asgardia.

De ruimtevaart is een van de meest innovatieve sectoren ter wereld. Vanaf het moment dat H.G. Wells en Jules Verne in de 19e eeuw gigantische luchtvaartuigen voorspelden, zijn dromen over een betere toekomst een drijfveer geweest voor het ontwikkelen van nieuwe technologieën.

Maar nu breidt de aard van de luchtvaart zich uit naar grenzen die raken aan science fiction.

De commercialisering van de ruimte leert ons meer over de materialen, ontwerpen en techniek die nodig zijn voor deze vluchten. Ruimtetoerisme maakt de weg vrij voor wonen in de ruimte: het is nu mogelijk om een burger te worden van ’s werelds eerste ruimtenatie, Asgardia. Als dat al bizar klinkt, bedenk dan dat duurzame luchtvaartbrandstof gemaakt van kookolie slechts dertig jaar geleden klonk als een fantasie voor de gemiddelde mens.

De grootste uitdaging voor luchtvaart in de komende eeuw is duurzaamheid.

Hoewel de luchtvaartindustrie gevormd is door innovatie, wereldwijde verbindingen en economische groei, is een vierde factor nu belangrijker dan ooit: duurzaamheid.

Dus, hoe ziet de toekomst van de luchtvaart er dan uit?

 
Mogelijke uitkomsten

Vliegen is nu populairder dan ooit, mede dankzij de economische groei.

Over de hele wereld groeien passagiersaantallen. De cijfers van 2019 zijn nog niet rond, maar naar verwachting reisde dat jaar een recordaantal passagiers met het vliegtuig: rond de 4.6 miljard. Dit is een verbluffende toename van 130% ten opzichte van 2004.

Normaal gesproken kunnen economisch voorspoedige tijden in bepaalde industrieën,  zorgen voor vertraging in de innovatiescyclus. Maar door de impact van dronetechnologie op allerlei zaken, van veiligheid tot verkeer, meteorologie en logistiek, kunnen concepten als PAV's (personal air vehicles) - tot voor kort nog beschouwd als utopische fantasie - al snel werkelijkheid worden. En dat zijn niet de enige factoren die meespelen.

Futurologen overschatten vaak de snelheid waarop de ene technologie zich ontwikkelt, maar onderschatten daarbij anderen die minstens net zo veel impact hebben. Zo heeft 20ste-eeuwse science fiction de vorderingen in ruimteonderzoek overschat, omdat de Space Race destijds bovenaan de politieke agenda stond. Tegelijkertijd hebben dezelfde science fiction-werken de ontwikkelingen in bijvoorbeeld telecom en IT, die een veel grotere impact hebben gehad op onze wereld, zwaar onderschat.

Futurologen overschatten de snelheid waarop de ene technologie zich ontwikkelt, maar onderschatten daarbij anderen die minstens net zo veel impact hebben.

Van economische groei tot telefoons: de luchtvaart wordt beïnvloed door ontwikkelingen die op het eerste gezicht ver verwijderd lijken van luchtvaart en infrastructuur. En wie zegt dat onze verwachtingen voor de komende 100 jaar wél zullen kloppen?

Terwijl we er misschien nog steeds van dromen om net zoals de Jetsons in een vliegende auto naar ons werk te gaan, is het mogelijk dat het gebruik van persoonlijke luchtvoertuigen -áls deze al op de markt komen- beperkt zal worden door hun impact op het milieu. 

“Een van de grootste uitdagingen is het aanpakken van de impact die de luchtvaart heeft op het milieu”, zegt John Strickland, directeur van JLS Consulting. Hij is regelmatig te zien op de BBC, Bloomberg en CNN als commentator op de wereldwijde luchtvaartsector.

Consumenten, overheden, investeerders en bedrijven wereldwijd zijn zich steeds meer bewust van de manier waarop het gebruik van fossiele brandstoffen onze toekomst vormt. Zo is CORSIA ontstaan, een plan van de International Civil Aviation Organisation (ICAO, ofwel de Internationale Burgerluchtvaartorganisatie) om de luchtvaart zo klimaatneutraal mogelijk te maken. Het langetermijndoel van de industrie is het beperken van de CO2-uitstoot tot 50% ten opzichte van 2005. Dit vereist strenge maatregelen die de daadwerkelijke en directe uitstoot van vliegen verminderen.

“CORSIA compenseert de CO2-uitstoot die niet verminderd kan worden door technologische of operationele verbeteringen, of het gebruik van duurzame luchtvaartbrandstof. Dit doen ze door het afkopen van uitstoot units binnen de markt”, vertelt Jane Hupe, adjunct-directeur milieu van de International Civil Aviation Organisation van de Verenigde Naties.

De sector moet echter hogere doelen voor zichzelf stellen wanneer het gaat om groene innovatie. Zo streeft de International Air Transport Association ernaar (IATA) om in 2025 een miljard passagiers te hebben vervoerd met behulp van duurzame luchtvaartbrandstof.

 
Nabije toekomst: de komende 50 jaar

Volgens NASA is de ruimte een waardevolle omgeving voor onderzoek en de ontwikkeling van technologieën die commerciële partners op aarde kunnen helpen. Een voorbeeld uit de geschiedenis is de ‘satnav’ ofwel satellietnavigatie, die als iets uit een science fiction film ineens op de commerciële markt verscheen.

De ruimte is waardevol voor onderzoek en de ontwikkeling van technologieën.

De ruimte vervult een onderzoeks- en ontwikkelingsfunctie die belangrijk is voor de toekomst van de luchtvaart. Boeing, Airbus en andere luchtvaartgiganten werken samen met ruimtevaartmaatschappijen om bijvoorbeeld nieuwe voorstuwmethoden en robot-gedreven navigatie en koeling te ontwikkelen. Maar wat ligt er nog meer in het verschiet?

Een van de antwoorden is een vliegtuig dat wordt aangedreven op zonne-energie. NASA’s Solar Electric Propulsion project ontwikkelt hiervoor essentiële technologieën om zo de lengte en afstand van ruimtemissies te vergroten. Dit verbreedt de mogelijkheden van ruimteonderzoek en wetenschapsmissies voor de overheid en commerciële klanten in de toekomst.

Duurzame voorstuwingstechnologie is de heilige graal van commerciële luchtvaart aan het worden.

Verschillende vliegtuigfabrikanten werken aan duurzame voortstuwingstechnologie, wat een heilige graal aan het worden is in de commerciële luchtvaart. Zo heeft Airbus onlangs de opening van een nieuw, zwaarbeveiligd ‘test house’ in Ottobrunn in Duitsland aangekondigd, exclusief bedoeld voor onderzoek naar alternatieve voortstuwingssystemen en brandstoffen in Europa. Hier worden de nieuwste elektrische en hybride motoren getest en, nog spannender, ontwikkelt Airbus een eigen, gloednieuwe voortstuwingsbron met lage uitstoot.

 
De klimaat neutrale vliegtuigen van de toekomst?

Dit zijn tussentijdse plannen. Maar hoe zit het met de ontwerpen die onze toekomst daadwerkelijk duurzamer kunnen maken?

Er is momenteel een explosie van activiteit, waarin talloze nieuwe en interessante vliegtuigconcepten op komst zijn. Kijk bijvoorbeeld naar de futuristisch vliegtuigen als de “Flying V”, supersonische vliegtuigen en de Airlander: een nieuw soort hybride vliegtuig uit Groot-Brittannië.

Het Britse Hybrid Air Vehicles (HAV) ontwikkelde de Airlander 10, een vliegtuig dat gebruik maakt van een combinatie van bewezen ruimtevaarttechnologieën gebruikt voor luchtschepen, vliegtuigen met vaste vleugels en helikopters.

De Airlander is ontwikkeld om afgelegen gebieden met elkaar te verbinden, waardoor nieuwe kansen ontstaan in logistiek, vervoer en noodhulp.

Met de mogelijkheid om te kunnen landen en opstijgen vanaf iedere geschikte vlakke oppervlakte, is de Airlander ontwikkeld om afgelegen gebieden met elkaar te verbinden, waardoor nieuwe kansen ontstaan in logistiek, vervoer en noodhulp. Maar, misschien nog verrassender dan het vliegtuig zelf, is dat het bedrijf het toestel klimaatneutraal wil ontwikkelen.

“We onderzoeken actief alle mogelijkheden om te zorgen voor een minimale CO2-uitstoot”, zegt HAV. “Momenteel richten we ons op het leveren van een Airlander 10 met een typecertificering.”

Het bedrijf hoopt de productie- en certificeringsplannen voor de Airlander 10 in de komende maanden op te starten. Begin 2022 moeten de eerste testvluchten plaatsvinden, met als doel om het vliegtuig in 2024 te kunnen leveren.

Hiermee introduceert HAV een duurzaam vliegtuig dat volledig groen is. Maar ze hebben nog meer plannen.

HAV is ervan overtuigd dat het een compleet klimaatneutrale Airlander kan leveren binnen 10 jaar.

“Ons team is al verder aan het kijken en werkt aan een ontwikkelingsplan voor een klimaatneutrale vlucht”, zegt het bedrijf.

“We verkennen een breed scala aan technologieën om de stroomopwekking, opslag en prestaties te leveren die nodig zijn om een Airlander te laten vliegen zonder fossiele brandstoffen. We werken hiervoor onder andere samen met Collins Aerospace en de Universiteit van Nottingham om elektrische aandrijving te ontwikkelen voor de Airlander.” HAV is ervan overtuigd dat het binnen 10 jaar een volledig klimaatneutrale Airlander kan leveren.

 
Vliegtuig van morgen

Een ‘sneak peek’ van de vreemde en prachtige ontwerpen in het duurzame luchttransport.

Het gelikte commerciële vliegtuig Overture van het Amerikaanse Boom heeft 55 tot 75 zitplaatsen en is nu voorbij haar ontwerpfase. Boom test de laatste technologieën van de futuristisch XB-demonstratievliegtuig.

Buckminster Fullers geodetische koepels hebben een duidelijke invloed op de nieuwe generatie luchtvaarttechnici en -ontwerpers.

Het Britse Airlander-prototype gebruikt technologie van luchtschepen, vliegtuigen en helikopters. Ontwikkelaar Hybrid Air Vehicles is vastbesloten om klimaatneutrale vluchten mogelijk maken.

NASA’s Solar Electric Propulsion project ontwikkelt technologieën om de lengte en afstand van luchtvaart te vergroten.

 
Hoe lichter, hoe beter

Visionair Buckminster Fuller en architect Shoji Sadao’s voorstel uit 1960 voor de uitputting van grondstoffen was het Project for Floating Cloud Structures (Cloud Nine): een bovennatuurlijk concept van vliegende steden in gigantische geodetische bollen. Fuller stelde dat ze konden zweven door de interne lucht te verhitten tot slechts een graad boven de externe temperatuur in hun omgeving.

Het is een visie die ontwerpers in de luchtvaart vandaag de dag nog steeds inspireert. En niet alleen vanwege de vindingrijkheid. De visie biedt praktische uitdagingen en herinnert ontwerpers eraan dat zij altijd rekening moeten houden met schaal en gewicht.

Voormalig NASA-directeur Mike Griffin stond bekend om zijn uitspraak “Yes, if…”. Griffin vroeg zijn team om een harde “nee” altijd te vermijden in hun antwoorden. In plaats daarvan konden ze zich beter richten op de obstakels die -hoe gigantisch ze ook leken- uit de weg geholpen moesten worden om zo tot een “ja” te komen. Plotseling werd het niet meer als onmogelijk gezien dat mensen op Mars konden leven. ’Ja het is mogelijk, als we een manier vinden om zuurstof te creëren en te vernieuwen en om voedsel te laten groeien.’ Deze factoren gaven vervolgens richting aan het verdere onderzoek door NASA. 

Nieuwe hoogwaardige samengestelde materialen, structuren en productiemethodes zullen doorslaggevend zijn in het reduceren van de uitstoot door vliegtuigen.

Net zoals bij gigantische zwevende objecten zoals de geodetische koepels, is gewicht een probleem wanneer het gaat om brandstofverbruik bij vliegtuigen. Daarom is het lichter maken van vliegtuigen een praktische manier om de luchtvaart een duurzame toekomst te bieden.

Dr. Ben Woods, docent Luchtvaarttechniek aan de Universiteit van Bristol zegt dat de ontwikkeling van vernieuwende samengestelde materialen en structuren doorslaggevend is voor de ontwikkeling van duurzamere ideeën voor de toekomstige luchtvaart.

“Ieder type vliegtuig is onderworpen aan dezelfde natuurwetten”, zegt hij. “Deze wetten bepalen dat hoe zwaarder iets is, hoe meer brandstof er nodig is om het te laten vliegen.”

“Als gevolg daarvan worden nieuwe hoogwaardige materialen, structuren en productiemethodes ontwikkeld bij het Bristol Composites Institute en andere onderzoeksinstituten over de hele wereld. Het doel is het verlagen van de massa van luchtvoertuigen, wat nodig is om conventionele en nieuwe vliegtuigen duurzamer te maken.”

Er liggen revolutionaire ideeën op tafel, zoals een vliegtuig dat van vorm kan veranderen.  

Woods zegt dat onderzoekers sterkere, stijvere en lichtere materialen ontwikkelen waar ze vervolgens samengestelde materialen van kunnen maken. De focus ligt daarbij op duurzame ontwikkeling, recycling en gewichtsreductie.

Daarnaast liggen er ook revolutionaire ideeën op tafel voor een intelligent, zoals een vliegtuig dat van vorm kan veranderen. Dit voertuig weet hoe het zich aan moet passen aan vluchtomstandigheden, zodat er brandstof wordt bespaard en er efficiënter wordt gevlogen.

“Het ontwerpen van vliegtuigstructuren heeft steeds meer te maken met aerodynamica”, zegt Woods. “Er worden meer flexibele vleugelstructuren ontwikkeld, waardoor het vliegtuig zich qua vorm aan kan passen aan veranderde omstandigheden. Zo wordt er altijd brandstof bespaard.”

 
Een betere toekomst aandrijven

Er staan ook duurzamere supersonische vluchten op de planning.

Boom, gesetteld in Colorado, ontwikkelt Overture, een commercieel vliegtuig met 55 tot 75 zitplaatsen. Momenteel zitten ze in de designfase. De technologie wordt ontwikkeld en aangescherpt op basis van testen die het bedrijf uitvoert met haar XB-1 demonstratorvliegtuig.

Het bedrijft hoopt Overture halverwege 2020 al te kunnen leveren met behulp van innovatieve, duurzame technologie. “We hebben met succes al een motor getest die loopt op pure biobrandstof”, zegt het bedrijf. “We houden bij het ontwerp van het vliegtuig rekening met het gebruik van alternatieve brandstof.”

IATA voorspelt dat passagiersaantallen in 2037 zullen verdubbelen tot 8.2 miljard. Daadwerkelijke oplossingen om uitstoot te verminderen zijn dus hard nodig. Maar is het mogelijk dat nog deze eeuw, alle vliegtuigen gebruik zullen maken van 100 % duurzame luchtvaartbrandstof?

Er zijn organisaties met de specifieke taak om de toekomst van de luchtvaart te bekijken. Een van die organisaties is de Air Transport Action Group (ATAG) in Genève dat “eraan werkt om duurzaamheid in de luchtvaart te bevorderen ten goede van onze wereldmaatschappij”.

Het moet mogelijk zijn om voor het einde van deze eeuw te vliegen met duurzame brandstof.

Michael Gill, Executive Director van de Air Transport Action Group, ziet voor zich hoe duurzame luchtvaartbrandstof zoals die van Neste in de nabije toekomst de norm wordt. “Zeker op het gebied van elektrische en hybride vliegtuigen voor kortere vluchten, zal er veel ontwikkeling zijn”, zegt hij. “Maar de meerderheid van vluchten zal afhankelijk zijn van vloeibare brandstof. Het moet mogelijk zijn om met deze vliegtuigen voor het einde van de eeuw aan te drijven met duurzame brandstof.”

Wat zijn de struikelblokken volgens Gill? “Het zal enorm veel moeite kosten voor partners van de luchtvaartindustrie, overheden en traditionele brandstofleveranciers. Zij hebben lange tijd niet genoeg gedaan om deze toekomstvisie waar te maken”, zegt hij.

 
Praktische voordelen

Veel mensen zijn nog niet bezig met het jaar 2050. Maar Neste’s vice-president business development voor duurzame luchtvaart Sami Jauhiainen werkt juist wel met de verre toekomst in het vizier.

“Om de uitstoot met 50% te verminderen voor 2050 zullen nieuwe productietechnologieën voor duurzame brandstof essentieel zijn”, zegt hij. “Onze huidige grondstoffen, afval, tweedehands oliën en vetten, kunnen vandaag de dag al de luchtvaartuitstoot enorm verminderen. Er is wereldwijd ten minste 30 miljoen ton van deze grondstoffen beschikbaar. Maar de vraag zal stijgen tot honderden miljoenen tonnen.”

Er zijn veel grondstoffen met potentie. Algenolie en huishoudelijk afval zijn zeker interessante opties.

Met welke grondstoffen kunnen de duurzame vliegtuigen van de toekomst worden aangedreven?

“Er zijn veel grondstoffen met de vereiste potentie”, zegt Juahiainen. “Algenolie en huishoudelijk afval zijn zeker interessante opties. Ook overblijfselen van bos- en landbouw en de chemische recycling van plastic hebben potentie. Power-to-liquid brandstof van ‘groene’ waterstof is ook aantrekkelijk op de lange termijn, aangezien dit makkelijker verkrijgbaar is in vergelijking tot andere grondstoffen.”

 
Vliegen met algoritmes

Iain Gray is professor Aerospace Capabilities bij Cranfield University in het Verenigd Koninkrijk. Hij deelt zijn voorspellingen voor de toekomst van de luchtvaartindustrie. “Duurzaamheid zal een dominant onderwerp zijn in de toekomst van de luchtvaartindustrie en de groei ervan. Dat terwijl de laatste dertig jaar gedomineerd werden door efficiëntie en om luchtvaart mogelijk maken voor het grote publiek”, zegt hij.

PULL: Duurzaamheid zal een dominant onderwerp zijn in de toekomst van de luchtvaartindustrie en de groei ervan.

De verschuiving in hoe we over duurzaamheid denken heeft de kracht om te veranderen hoe we vliegen. Net zoals de enorme reisexplosie van de laatste 40 jaar heeft veranderd hoe we over vliegen denken. “Uiteindelijk”, zegt hij, “zijn de kosten van luchtreizen namelijk nagenoeg hetzelfde gebleven sinds de jaren ’70.”

Gray verwacht dat de toekomst van de luchtvaart afhangt van een betere samenwerking tussen luchtvaart, ruimtevaart en transportatie via de grond. Luchtvaartmanagement moet geoptimaliseerd worden. Daarnaast moeten zowel overheden als bedrijven samenwerken om duurzaamheid zowel in de lucht als op de grond te realiseren.

“In de toekomst cirkelen we niet met het vliegtuig 20 minuten boven Heathrow rond voordat we landen, maar regelt kunstmatige intelligentie het luchtverkeer. Vliegvelden moeten zich daarnaast richten op klimaat neutrale voertuigen, voor zowel grondtransportatie als vliegtuigen.”

In de toekomst cirkelen we niet met het vliegtuig 20 minuten boven Heathrow rond voordat we landen, maar regelt kunstmatige intelligentie het luchtverkeer.

Zal de luchtvaart deze eeuw nog 100% klimaatneutraal zijn?

Dat moeten we nog zien, maar de industrie is vastberaden om zich te ontwikkelen en haar doelen te bereiken.

Jules Verne schreef: “Er zijn geen onmogelijke obstakels. Er is alleen een sterkere of zwakkere wilskracht, dat is alles.”

Het is tijd voor de wereld en de industrie om net als voormalig NASA-directeur Mike Griffin uitdagingen aan te grijpen als een kans. Het is tijd dat we samenwerken en een “ja” bereiken voor duurzame luchtvaart.