Vliegen op vloeibare waterstof moet de klimaatimpact van de luchtvaart verminderen. Het PHYREX-project (Pipistrel Hydrogen Range Extender) van NLR zet een stap in de goede richting. ‘In 2027 testen wij een bemand waterstofvliegtuig.’
De luchtvaart moet de CO2-uitstoot en bredere klimaatimpact de komende decennia drastisch verminderen. NLR werkt aan allerlei onderzoeken en demonstratieprojecten om dat voor elkaar te krijgen. Een belangrijk voorbeeld is de ontwikkeling van een klein bemand elektrisch vliegtuig dat op vloeibare waterstof kan vliegen.
Vliegen op waterstof
‘Binnen het PHYREX-project wordt het elektrisch aangedreven Pipistrel-vliegtuig voorzien van een waterstof-aandrijflijn, waardoor de piloot tijdens de vlucht kan overschakelen naar waterstof-aandrijving’, legt Arjen Kloosterman, NLR-projectleider van PHYREX, uit. Het project werkt toe naar een bemande testvlucht in 2027. Floris Bremmers, Chief Design Engineer bij NLR, vult aan: ‘Vloeibare waterstof is veelbelovend omdat vliegtuigen daarmee langere afstanden kunnen afleggen dan alleen met batterijen. Een waterstofsysteem is namelijk lichter dan een batterij met dezelfde hoeveelheid energie. Daardoor kan het vliegtuig verder vliegen of meer passagiers meenemen.’ Het project kijkt overigens specifiek naar vloeibare waterstof. ‘Gasvormige waterstof zou te veel ruimte innemen’, licht Bremmers toe. ‘De keuze voor vloeibare waterstof vergt alleen wel dat we de waterstof moeten afkoelen tot 253 graden onder nul. Dat maakt het project dus des te uitdagender.’
Ombouw Pipistrel
De constructie van de tweepersoons Pipistrel is verstevigd om de waterstoftank en de brandstofcel te kunnen dragen. ‘De tank is dubbelwandig en vacuümgeïsoleerd, als een extreem goede thermosfles.
Dat is nodig om de temperatuur van de waterstof laag genoeg te houden zodat het vloeibaar blijft’, legt Bremmers uit. Kloosterman vertelt dat de tank in de cockpit op de plek van de passagiersstoel wordt geïnstalleerd. ‘Dit brengt extra risico’s met zich mee: waterstof is kleur- en geurloos, licht ontvlambaar en als het zich ophoopt in een ruimte kan er een explosief mengsel ontstaan. Aan het beheersen van die risico’s besteden we veel aandacht, bijvoorbeeld door gebruik te maken van automatische afsluitkleppen en detectiesystemen en door ventilatiemogelijkheden in te bouwen.’
De brandstofcel wordt onder het vliegtuig geplaatst, in een zogenoemde ‘belly fairing’. De brandstofcel werkt door de chemische reactie tussen waterstof en zuurstof, waarbij elektriciteit wordt opgewekt voor de elektromotor. ‘Bij die reactie komt ook water en veel warmte vrij’, geeft Bremmers aan. ‘Bij een traditionele vliegtuigmotor wordt de warmte via de grote hoeveelheid lucht die door de motor stroomt, afgevoerd via de uitlaat. Een brandstofcelsysteem werkt heel anders en moet gekoeld worden met een apart systeem, waar ook luchttoevoer en afvoer voor nodig zijn. Dat koelsysteem hebben we ontworpen en ook tussentijds getest in onze windtunnels’, vertelt Bremmers.
Groene waterstof
PHYREX is gericht op de integratie van waterstoftechnologie in vliegtuigen. ‘Om bij te dragen aan klimaatneutrale luchtvaart, is het belangrijk dat die waterstof groen is: opgewekt uit hernieuwbare energie’, geeft Kloosterman aan. ‘Dat ligt buiten de expertise van NLR. Met onze ontwikkelingen, en die van andere luchtvaartpartijen, geven we echter wél een signaal af aan waterstofproducenten: vliegen op waterstof is haalbaar, en daarvoor hebben we groene waterstof nodig.’
Voorlopers
PHYREX is meer dan een demonstratieproject. Het levert kennis op die gebruikt kan worden voor de ontwikkeling van toekomstige waterstofvliegtuigen en voor nieuwe veiligheidsregels. Die zijn er namelijk nog niet. De kennis opgedaan in het PHYREX-project is ook interessant voor luchtvaartautoriteiten. ‘Wij zijn in gesprek met de Inspectie Leefomgeving en Transport over regelgeving rondom deze innovatie zodat die zo spoedig mogelijk kan worden toegepast in de civiele luchtvaart’, sluit Kloosterman af.