Elektrisch vliegen klinkt als een droom, maar tot nu toe was het vooral een nachtmerrie voor ingenieurs.
Elektrische vliegtuigen lijken voorlopig nog altijd grotendeels toekomstmuziek. Dat heeft een simpele reden: batterijen zijn veel te zwaar. Een vliegtuig dat op stroom vliegt, zou het grootste deel van zijn gewicht immers moeten gebruiken voor energieopslag in plaats van passagiers. Maar daar komt misschien verandering in. Onderzoekers van MIT hebben een nieuwe technologie ontwikkeld die deze hindernis misschien zou kunnen overwinnen. Ze ontwikkelden een brandstofcel die werkt met vloeibaar natrium, die volgens hen driemaal zoveel energie per kilogram kan vasthouden vergeleken met de beste batterijen van vandaag.
Reactie met vloeibaar natrium
Het werkingsprincipe is eigenlijk best wel simpel. Stel je voor dat je een batterij hebt die je niet oplaadt, maar bijvult, net als een gastank. Dat is in essentie wat deze nieuwe brandstofcel doet, maar dan met vloeibaar natrium. In deze brandstofcel zit aan de ene kant vloeibaar natrium, een metaal dat smelt bij relatief lage temperaturen. Aan de andere kant zit gewoon lucht. Tussenin zit een speciaal keramisch membraan dat natriumdeeltjes doorlaat. Wanneer het natrium in contact komt met zuurstof uit de lucht, ontstaat er een chemische reactie die elektriciteit opwekt.
Het grote voordeel, zoals hierboven al vermeld: je hoeft de brandstofcel niet urenlang op te laden. In plaats daarvan vervang je gewoon de lege natriumcartridges door volle, net zoals je een gasfles vervangt. Dat maakt de technologie een stuk praktischer voor toepassingen waarbij downtime kostbaar is, zoals in de luchtvaart.
Een sprong in energiedichtheid
De echte doorbraak zit hem echter in de energiedichtheid. Huidige batterijen voor elektrische auto’s halen ongeveer 300 wattuur per kilogram. Voor vliegtuigen heb je minstens 1000 wattuur per kilogram nodig om het praktisch te maken. Deze nieuwe brandstofcel haalde in laboratoriumtests bijna 1700 wattuur per kilogram op celniveau, wat neerkomt op ruim 1000 wattuur als je op het niveau van een hele brandstofcel rekent. Dat is een enorme sprong voorwaarts, en genoeg om vliegtuigen aan te drijven.
Nog geen intercontinentale vluchten
Wel even om duidelijk te zijn: deze technologie (eigenlijk alle technologieën vandaag de dag) is niet geschikt voor elektrische intercontinentale vluchten. Wel zet dit de deur op een kier voor kortere, regionale vluchten. En dat is niet onbelangrijk: het merendeel van alle vluchten valt in deze categorie. Ze zijn verantwoordelijk voor dertig procent van de totale uitstoot door luchtvaart. Elektrificatie van dit segment kan dus al een flinke deuk slaan in de CO2-uitstoot van de sector.
Wat is het risico?
Veiligheid is natuurlijk een grote zorg. Natriummetaal reageert namelijk heel snel. Het kan onder meer spontaan ontbranden bij contact met vocht. Toch beweren de onderzoekers dat hun systeem veiliger is dan traditionele batterijen. In een gewone batterij zitten twee geconcentreerde chemicaliën naast elkaar, wat bij een defect tot explosies kan leiden. In deze brandstofcel zit aan de ene kant natriummetaal en aan de andere kant gewoon lucht, wat het risico op ongecontroleerde reacties zou moeten verkleinen. Toch zal de technologie wel zeer veilig moeten worden, als we er straks duizenden of zelfs miljoenen vluchten mee willen uitvoeren.
Productie opschalen gaat uitdaging zijn
Nog een uitdaging ligt in de opschaling naar commerciële productie. Dat is wel vaker het geval bij dergelijke technologieën, die door onderzoekers als doorbraak worden benoemd. Tot nu toe is er maar een klein prototype gebouwd, enkel genoeg om in het laboratorium aan te tonen dat het concept werkt. Dat beschrijven de onderzoekers in een studie in het vakblad Joule. De onderzoekers geloven echter dat ze dit probleem kunnen oplossen. Ze hebben al een bedrijf opgericht, Propel Aero, om de technologie naar de markt te brengen. Hun eerste doel is een demonstratie met een brandstofcel ter grootte van een baksteen, die genoeg energie moet leveren voor een grote drone. Ze hopen dit binnen een jaar te realiseren.
