Vlieghoogte bepaalt klimaateffect van hypersonische vliegtuigen
Onderzoekers van het Duitse luchtvaart- en ruimtevaartcentrum DLR, de TU Delft en de Université Paris-Saclay hebben ontdekt dat het klimaateffect van hypersonische vliegtuigen die op 25 en 35 km hoogte op vloeibare waterstof vliegen minstens 10 tot 20 keer erger is dan dat van een gewoon subsonisch vliegtuig op ongeveer 10 km hoogte op dezelfde routes en met hetzelfde aantal passagiers. Dit komt door de ophoping van waterdamp in de stratosfeer. Waterdamp is een belangrijk niet-CO2 broeikasgas dat wordt uitgestoten bij de verbranding van vloeibare waterstof in een verbrandingsmotor. Uit het onderzoek blijkt dat hoe hoger in de atmosfeer je vliegt op vloeibare waterstof, hoe groter het klimaateffect van de waterdamp is. Het artikel is verschenen in het journal Atmospheric Chemistry and Physics en werd door het tijdschrift geselecteerd als highlight. Het is open access beschikbaar: Pletzer, J., Hauglustaine, D., Cohen, Y., Jöckel, P., and Grewe, V., The climate impact of hydrogen-powered hypersonic transport, Atmos. Chem. Phys. 22, 14323-14354, 2022.
Hypersonische vlucht
Voor de luchtvaartindustrie is het - nog steeds - een interessante ‘business case’ om binnen enkele uren naar de andere kant van de wereld te vliegen. Verschillende vliegtuigfabrikanten en onderzoeksorganisaties werken aan innovatieve nieuwe supersonische en hypersonische 'Concordes' die sneller vliegen dan de geluidssnelheid. Aangezien de industrie ook hard werkt aan het verduurzamen van de luchtvaart, rijst de vraag: wat is het klimaateffect van deze hogesnelheidsvliegtuigen, zelfs wanneer ze vliegen op vloeibare waterstof, een veelbelovende duurzame vliegtuigbrandstof?
Onderzoekers van het Duitse luchtvaart- en ruimtevaartcentrum DLR, de faculteit Lucht- en Ruimtevaarttechniek van de Technische Universiteit Delft en de Université Paris-Saclay onderzochten het klimaateffect van twee verschillende hypersonische vliegtuigontwerpen, ZEHST en LAPCAT. Beide concepten gebruiken - duurzaam geproduceerde - vloeibare waterstof als brandstof. De snelheid van het vliegtuig is Mach 5 (~6000 km/h) resp. Mach 8 (~9500 km/h) en de kruishoogte is 25 resp. 35 km, d.w.z. in de stratosfeer, ver boven het dagelijkse weer, terwijl op deze hoogte ongeveer 18 resp. 21 Tg waterdamp per jaar wordt uitgestoten (1 Tg = 1 Mega-ton).
Hypersonische, supersonische en subsonische vlucht
- Subsonische vliegtuigen vliegen met snelheden onder Mach 1, de snelheid van het geluid. Dit zijn de gewone vliegtuigen van vandaag.
- Supersonische vliegtuigen vliegen met snelheden tussen Mach 1.2 en Mach 5. Voorbeelden zijn de Concorde en het nieuwe ontwerp Overture.
- Hypersonische vliegtuigen vliegen sneller dan Mach 5 (~6000 km/u). Voorbeelden zijn ZEHST en LAPCAT.
De schadelijke effecten van waterdamp
De onderzoekers gebruikten twee verschillende klimaat-chemische modellen om het effect van deze waterdampemissies op de atmosfeer te onderzoeken. Daaruit blijkt dat de droge stratosfeer aanzienlijk vochtiger wordt door de uitstoot van deze vliegtuigen en dat de ophoping van waterdamp op grotere hoogte aanzienlijk groter is. Volker Grewe, hoogleraar klimaateffecten van de luchtvaart aan de TU Delft en senior wetenschapper bij DLR, is een van de auteurs: "Deze resultaten zijn verbluffend. Op deze hoogten is waterdamp onderhevig aan snelle fotochemische depletie en zou de accumulatie laag moeten zijn. De modellen bevestigen deze depletie, maar de recombinatie van de verliesproducten leidt weer tot waterdamp, en tegelijkertijd wordt een toename van de methaanoxidatie gevonden, die ook tot de productie van waterdamp leidt. Deze chemische processen overcompenseren de oorspronkelijke fotochemische waterdampdepletie op deze grote hoogten. Uit ons gedetailleerde onderzoek is gebleken dat het effect op het klimaat ten minste 10 tot 20 keer groter is dan dat van een representatief subsonisch vliegtuig."
Niet-CO2-klimaateffecten
Het onderzoek toont duidelijk aan dat vliegen op het potentieel duurzame vloeibare waterstof hypersonische vliegtuigen in de stratosfeer niet klimaatneutraal zal maken. Dit komt door het niet-CO2-klimaateffect van waterdampophopingen. De vlieghoogte is een cruciale factor voor waterdampophopingen: hoe hoger je vliegt op vloeibare waterstof, hoe groter het negatieve klimaateffect. Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van de EU-projecten STRATOFLY en MORE&LESS.
Meer informatie
Publicatie
De onderzoekspaper is open access beschikbaar: Pletzer, J., Hauglustaine, D., Cohen, Y., Jöckel, P., and Grewe, V., The climate impact of hydrogen-powered hypersonic transport, Atmos. Chem. Phys. 22, 14323-14354, 2022.
EU-programma's
Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van de EU-projecten STRATOFLY en MORE&LESS.
Contact
Prof.Dr. Volker Grewe, Professor Klimaateffecten van de Luchtvaart, TU Delft en Senior Wetenschapper bij het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum DLR: volker.grewe@dlr.de
Persvoorlichter Ineke Boneschansker, +31 (0) 15 278 5361, i.boneschansker@tudelft.nl.