Nederlandse Elysian: batterij-elektrisch vliegen mogelijk, maar hoe?

Aan elektrisch rijden zijn we langzaam maar zeker gewend geraakt. Ook accepteren we dat we uiteindelijk allemaal moet overstappen op de stekkerauto. Maar dat geldt nog niet voor de elektrische luchtvaart. En dat is vreemd, want daar valt heel veel te winnen, vooral op het gebied van CO2-uitstoot.

Elektrisch vliegen is dan ook iets waar we onvermijdelijk aan moeten geloven, maar het lijkt erop dat we ons nog niet kunnen vastleggen op een manier waarop het moet gebeuren.

Dat is niet gek, want de elektrificatie van een vliegtuig brengt aanzienlijk meer uitdagingen met zich mee dan het op stroom laten rijden van een auto. Je zit niet alleen met omvang en laadvermogen, maar ook met gewicht en energiedichtheid van accupakketten. Hoewel dat laatste ook een rol speelt bij EV’s, is het nog belangrijker bij elektrisch vliegen.

Hierdoor heerst de aanname dat batterijen geen uitkomst bieden voor een elektrisch vliegtuig. De dingen hebben een te lage energiedichtheid, wat ervoor zorgt dat er teveel gewicht en volume aan accu’s mee moet om een batterij-elektrisch vliegtuig enigszins rendabel te maken. Het idee leek dan ook al van tafel geschoven als werkbaar alternatief voor de kerosine-vliegtuigen.

Aan de andere kant wordt er ook gekeken naar waterstof. Maar dat is ook niet zonder uitdagingen. Het gewicht van waterstof mag dan vele malen lager liggen dan die van een batterij met een gelijk vermogen, maar het volume van het gas is een veelvoud groter. Daar is een oplossing voor, want het gas kan ook als vloeistof bewaard worden. Maar dat moet dan onder extreem lage temperatuur gebeuren. Iets wat ook onmogelijk lijkt in een vliegtuig. 

De impasse werd onlangs doorbroken door het Nederlandse vliegtuigbedrijf Elysian. Dit bedrijf deed samen met de TU Delft opnieuw onderzoek naar de haalbaarheid van batterij-elektrisch vliegen. Doordat ze helemaal opnieuw begonnen, kwamen ze erachter dat er wel degelijk een mogelijkheid is om met 90 mensen een volledig elektrische vlucht van zo’n 800 kilometer te maken. En dat bleek nog rendabel ook. 

“We deden een ontwerpstudie met de TU Delft en daaruit kwamen eigenlijk verbazend goede resultaten die aantonen dat het gewoon mogelijk is”, zegt directeur design en engineering Reynard de Vries van Elysian tegen Business Insider Nederland. “Hier moeten we verder naar kijken, want dit kan zo'n grote impact hebben op de luchtvaartsector.” 

Maar als leek lijkt die impact in eerste instantie misschien niet zo heel groot. Hoeveel kan je doen met een relatief klein vliegtuig dat slechts 800 kilometer kan vliegen?

In de praktijk blijkt de impact groter dan je zou verwachten. Ongeveer 40 procent van alle vluchten wereldwijd ligt binnen die afstand. De inzet van elektrische vliegtuigen op deze routes, kan dus een enorm deel van de CO2-uitstoot van de gehele luchtvaart wegnemen. In potentie zelfs nog meer als er wordt gewerkt met het opbreken van langere vluchten in twee of meer kortere, stelt co-CEO en chief business officer Daniel Rosen Jacobson van Elysian tegen Business Insider Nederland.

Elektrisch vliegtuig gebaseerd op ontwerp uit 1960

Als een elektrisch vliegtuig probeert te visualiseren, dan kom je waarschijnlijk uit op een zwevende vleugel, of een hyperstrakke jet. Hoewel dat er lekker futuristisch uitziet, is het helemaal niet efficiënt voor een batterij-elektrisch vliegtuig. De Vries legt uit dat ze met de TU Delft uitkwamen op iets wat gebaseerd is op een verouderd vliegtuigontwerp uit de jaren 1960. 

“Het gekke is dat de oude jets uit de jaren '60 er heel anders uitzien dan een vliegtuig van nu, maar in één aspect zijn ze heel vergelijkbaar: dat is in de verhouding van energie die ze aan boord hebben ten opzichte van de totale massa van het vliegtuig”, legt De Vries uit. “Vroeger waren ze gewoon niet zo efficiënt en voor hele lange afstanden ontworpen. Dus ze hadden relatief veel brandstof nodig, heel veel energie. Iets wat nu ook het geval is voor batterij-elektrisch vliegen, omdat de energiedichtheid van accu’s nog zo laag is."

Zoals je kunt zien heeft het getekende conceptmodel van Elysian enorme vleugels. Die zijn zo groot om meer lift te kunnen genereren en genoeg ruimte te bieden aan de accupakketten van meer dan 30 ton. 

Ook de propellers doen vermoeden dat we hier te maken hebben met een verouderd idee van denken over vliegtuigen, maar daar is De Vries het niet mee eens. “We kozen bewust voor de propellers, omdat ze de hoogste efficiëntie hebben van alle aandrijvingen in de luchtvaart. Je vliegt er wel iets langzamer mee, maar dat verhoogt de efficiëntie alleen maar. Een vlucht duurt ook niet heel veel langer, denk aan een minuut of vijf.”

De enorme hoeveelheid accu’s die nodig blijkt om 800 kilometer te kunnen vliegen, staat nog niet helemaal vast. Elysian werkt hiervoor met een aanname van een energiedichtheid van een accu van 360 Wh/kg. Iets wat hoger ligt dan het maximale wat er op dit moment op schaal mogelijk is: 275 Wh/kg. Maar dat betekent niet dat de aanname van de startup onhaalbaar is. In tegenstelling zelfs. Onderzoekers claimen dat ze 1.000 Wh/kg hebben gehaald, en ’s wereld grootste accufabrikant CATL heeft aangegeven een 500 Wh/kg-accu vrijwel klaar te hebben.

Dat wetende lijkt 360 Wh/kg eerder een conservatieve aanname die de vraag oproept waarom er niet met een hoger getal werd gerekend bij het ontwerpen, zeker omdat het vliegtuig er pas in 2033 zou moeten komen. “Je moet er rekening mee houden dat je bij het ontwikkelen van een vliegtuig al in 2027-28 vast moet stellen welke onderdelen je gaat gebruiken, daar ga je mee testen. Dat geldt dus ook voor de accupakketten. Het maakt dat we over een paar jaar al moeten kiezen en als er dan een hogere energiedichtheid haalbaar is, dan zijn we natuurlijk blij, maar dit lijkt ons nu realistisch”, zegt De Vries. 

Hij verklaart ook dat met het oog op wat er nu mogelijk is, 360 Wh/kg een optimale configuratie lijkt met het oog op duurzaamheid. Op dit moment geldt de regel dat hoe hoger de energiedichtheid, hoe minder volledige oplaadcycli mogelijk zijn. Een belangrijk punt voor een vliegtuig dat toch na elke vlucht aan de lader moet. “We verwachten nu dat ons vliegtuig zo’n twee keer per jaar de accupakketten moet laten vervangen”, stelt Rosen Jacobson. “Maar dat is allemaal meegenomen in het totale kostenplaatje.”

Vliegtickets worden niet duurder door elektrisch vliegen

Hoe milieuvriendelijk elektrisch vliegen ook mag zijn, als het twee keer zo duur zal zijn als de huidige jets, dan stapt geen luchtvaartmaatschappij over. En dat weten ze donders goed bij Elysian. Het is dan ook de hoofdreden waarom ze zijn gestopt bij 800 kilometer en 90 personen. Het is natuurlijk eenvoudig om het conceptmodel te vergroten en de actieradius en het aantal passagiers te verhogen, maar dan kom je volgens De Vries in een compleet andere klasse vliegtuigen en dus ook kosten terecht. 

“Als we verder waren gegaan, had ons model niet meer bij gates gepast voor de vliegtuigen die hij nu zou kunnen vervangen. Dan moet hij een klasse hoger, wat ook weer hogere fees met zich meebrengt voor de luchtvaartmaatschappij, die daar natuurlijk niet op zit te wachten”, zegt De Vries. 

Het is duidelijk dat er veel komt kijken bij het ontwerpen van een elektrisch vliegtuig. Het is één ding om met een onderzoek te bewijzen dat het daadwerkelijk kan, het is iets heel anders om aan te tonen dat het ook haalbaar is.

En dat niet alleen op het gebied van duurzaamheid, maar ook op financieel gebied. “We zijn er met elke stap vanuit gegaan dat het niet duurder moet worden dan wat luchtvaartmaatschappijen tegen die tijd zouden moeten betalen voor een normaal vliegtuig”, legt Rosen Jacobson uit. “We zijn er daarbij wel vanuit gegaan dat kerosine steeds duurder wordt, maar dat is een gegeven dat onderbouwd is door experts.”

Maar hoewel de kosten voor de luchtvaartmaatschappijen over het geheel niet zullen stijgen, moeten ze toch wat water bij de wijn doen om batterij-elektrisch te kunnen vliegen. Zoals gezegd wordt de vluchtduur niet alleen wat langer, ook de tijd dat de kisten aan de grond staan wordt waarschijnlijk wat langer. Er moet immers geladen worden na elke vlucht. De Vries zegt dat de doelstelling hiervoor tussen de 30 en 45 minuten zal zijn, afhankelijk van de vluchtafstand.

Certificering kan roet in het eten gooien voor elektrisch vliegen

Hoe goed de plannen van Elysian ook in elkaar mogen zitten, het bedrijf werkt wel aan iets dat nog niet bestaat in een wereld waar er heel veel aandacht is voor veiligheid. Dat houdt in dat het vliegtuig tijdens de ontwikkeling aan grote hoeveelheden certificeringen moet voldoen, maar ook moet bewijzen dat het veilig genoeg is op gebieden waar nog geen regels zijn. 

“Certificatie is een superbelangrijk proces, natuurlijk. We hebben al een paar informele eerste gesprekken gehad met de autoriteiten daarover. Het is lastig, omdat certificatie over het algemeen lastig is. Maar het is nu nog iets lastiger, want je hebt het over een technologie die nog niet echt bestaat op dit soort vliegtuigen. Dus dat betekent dat de regels ook nog niet staan opgeschreven “, zegt De Vries.

Toch ziet hij dit proces eerder als een kans dan een uitdaging, want Elysian wil als pionierende partij natuurlijk de helpende hand bieden bij het maken van de toekomstige regels. “De mensen die vliegtuigen maken willen regels hebben, maar de mensen die de regels schrijven weten niet wat de regels zijn, want die weten niet hoe het vliegtuig eruit ziet. Dus hoe ga je regels maken? Dat maakt het een soort iteratief proces waar de industrie samen met de regelmakers aan tafel zit en langzaam tot de consensus komt. Niet alleen met onze input, maar ook met die van andere bedrijven.”

Of het eerste vliegtuig van Elysian daadwerkelijk in 2033 aan de gate bij Schiphol staat, hangt dus nog van heel veel factoren af. Maar De Vries en Rosen Jacobson zijn op dit moment al heel erg blij dat ze hebben kunnen aantonen dat elektrisch vliegen daadwerkelijk mogelijk is. “Ik denk dat we wetenschappelijk hebben bewezen, niet met heel veel mooie plaatjes, maar echt wetenschappelijk hebben bewezen, dat er meer in zit. En ik hoop dat dat overkomt bij mensen”, zegt Rosen Jacobson.

“Nog los van of er een Elysian-vliegtuig met 90 passagiers komt, hoop ik dat duidelijk is dat een groter batterij-elektrisch vliegtuig mogelijk is en heel veel impact kan hebben. Dat het 20 procent van het wereldwijde CO2-probleem in de luchtvaart kan oplossen. Als we dat kunnen overbrengen zou dat voor mij het belangrijkste zijn.”

LEES OOK: Dit zijn de 29 onveiligste luchtvaartmaatschappijen ter wereld – Russische vliegmaatschappijen scoren zwakst