To decarbonize flying, we need biofuels

Hoewel de luchtvaart verantwoordelijk is voor 2,4% van alle uitstoot door het wereldwijde gebruik van fossiele brandstoffen, hangt tweederde van het opwarmende effect van de sector af van iets anders dan de CO₂-uitstoot. En een van de meest significante manieren waarop de luchtvaart bijdraagt aan de opwarming van de aarde is via de wolken die vliegtuigen creëren in de bovenste atmosfeer.

Maar, in een nieuwe studie hebben onderzoekers aangetoond dat alternatieve brandstoffen voor de kerosine die vliegtuigen doorgaans verbranden, kunnen helpen.

Op kruishoogtes waar de atmosfeer koud en vochtig genoeg is, vormen zich contrails (kort voor condensatiesporen) in het kielzog van vliegtuigen. Dit zijn wolken gemaakt van ijskristallen die aanvankelijk worden geproduceerd uit de roet- en wateremissies van de vliegtuigmotor – je hebt ze waarschijnlijk gezien als witte, pluizige strepen in de lucht op een heldere dag. Wanneer de atmosfeer bijzonder koud en vochtig is op grote hoogte, kunnen deze lijnvormige contrails vele uren blijven bestaan en zich verspreiden om uitgestrekte netwerken van cirruswolken te vormen, die eruitzien als witte slierten haar.

Deze wolken weerkaatsen de zonnestraling terug naar de ruimte, waardoor de atmosfeer afkoelt, maar ze kunnen ook infraroodstraling vasthouden die vanaf de aarde wordt weerkaatst. Dit proces verwarmt uiteindelijk de atmosfeer, omdat het opwarmende effect groter is dan het afkoelende. Dit wordt berekend als het grootste huidige opwarmingseffect van de luchtvaart – bijna twee keer zo groot als dat van historische CO₂-uitstoot.

Het verminderen van de klimaateffecten van de luchtvaart door condensatiesporen zal afhangen van het minimaliseren van roetdeeltjes uit vliegtuiguitlaten. Vliegtuiguitlaatpluimen waren vroeger rokerig, omdat ze veel roet bevatten. Moderne motoren zijn ontworpen om de hoeveelheid roetuitstoot te verminderen, maar de grootte en het aantal ijskristallen dat zich vormt, hangt af van het grote aantal roetdeeltjes. Er is slechts zoveel meer dat bereikt kan worden door vliegtuiguitlaten schoner te maken – toekomstige inspanningen moeten zich richten op de brandstof zelf.

Onzuiverheden zoals naftaleen, die van nature aanwezig zijn in vliegtuigfossiele brandstoffen zoals kerosine, worden aromatische verbindingen genoemd. Dit zijn koolstofringvormige chemische structuren die de bouwstenen vormen van roetdeeltjes. Biobrandstoffen gemaakt van gewassen en afgewerkte plantaardige oliën, en synthetische brandstoffen gemaakt met behulp van hernieuwbare elektriciteit, waterstof en CO₂, zijn ontworpen om de koolstofvoetafdruk van vliegen te verkleinen.

Er zitten geen aromatische onzuiverheden in deze brandstoffen, wat betekent dat er minder roetdeeltjes worden gegenereerd wanneer ze worden verbrand. In de nieuwe studie ontdekten de onderzoekers dat ze ook minder (maar grotere) ijskristallen in de atmosfeer genereren tijdens de vlucht. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat de condenssporen en de cirruswolken die ze vormen de aarde minder opwarmen.

Momenteel kunnen vliegtuigen alleen tanken met kerosine of mengsels van kerosine en biobrandstof. De auteurs van het nieuwe artikel ontdekten dat mengsels van brandstoffen met lage aromatische onzuiverheden de vorming van ijskristallen met 50 tot 70% verminderen. In een ander artikel voorspelden onderzoekers dat dit zou neerkomen op een vermindering van het algehele opwarmingseffect van condenssporen met ongeveer 20%-50%. Vluchten zullen waarschijnlijk op een bepaald moment in de toekomst toegestaan zijn om op pure biobrandstoffen te draaien, dus de potentiële vermindering van de opwarming veroorzaakt door de luchtvaart zou nog groter kunnen zijn.

De bevindingen van de nieuwe studie suggereren dat duurzame brandstofmengsels een win-winsituatie bieden voor het verlagen van de CO₂-uitstoot van de luchtvaart en de productie van contrailcirruswolken.

Andere oplossingen, zoals elektrische vluchten, zijn waarschijnlijk alleen mogelijk voor zeer korte routes. Zelfs vliegtuigen op waterstofbrandstof zullen mogelijk alleen ontwikkeld worden om middelgrote afstanden af te leggen. Beide technologieën zullen meer dan een decennium nodig hebben om volwassen te worden voordat ze in de wereldwijde vliegtuigvloot kunnen worden geïntroduceerd. Langeafstandsluchtvaart zal waarschijnlijk nog lange tijd afhankelijk blijven van vloeibare kerosine-achtige brandstoffen.

Een andere optie is dat piloten delen van de atmosfeer vermijden waar zich waarschijnlijker condenssporen vormen. Op een vlucht-voor-vlucht-basis zou het navigeren om deze gebieden te vermijden echter vrijwel zeker de CO₂-uitstoot van de vlucht verhogen. Weermodellen kunnen ook de gebieden waar condenssporen zich vormen niet nauwkeurig genoeg voorspellen.

Natuurlijk zullen de financiële kosten van het ontwikkelen en distribueren van biobrandstoffen en synthetische brandstoffen op voldoende schaal waarschijnlijk hoog zijn, en kunnen ze de kosten van vliegen verhogen. Naar alle waarschijnlijkheid zullen overheden een uitfasering van op fossiel gebaseerde kerosine moeten verplichten en grote stimulansen moeten bieden om luchtvaartmaatschappijen te laten overschakelen. Maar de tijd dringt om de luchtvaart te decarboniseren, en dit is een effectieve optie die luchtvaartmaatschappijen meteen kunnen ontwikkelen om de algehele klimaatimpact van de sector te verminderen.

Geschreven door David Simon Lee, Hoogleraar atmosferische wetenschap, Leider van de Onderzoeksgroep Luchtvaart en Klimaat, Manchester Metropolitan University. Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.