Moderne vliegtuigmotoren die hun brandstof vooraf met veel lucht mengen, stoten op kruishoogte maar liefst 1.000 keer minder roetdeeltjes uit dan wanneer ze op de klassieke manier werken. Dat blijkt uit metingen van een onderzoeksvliegtuig dat vlak achter twee Airbus-toestellen vloog. Duurzame brandstof en zwavelarme kerosine kunnen de uitstoot van deeltjes nog verder verminderen.
Een vliegtuig stoot meer uit dan enkel CO2. Uit de motoren komen ook ontelbare minuscule deeltjes. Een deel daarvan is roet, eigenlijk stukjes onverbrande koolstof. De rest bestaat uit piepkleine druppeltjes. Die ontstaan wanneer hete gassen zoals zwaveldampen in de ijskoude buitenlucht afkoelen.
Die deeltjes zijn niet onschuldig. Rond luchthavens tasten ze de luchtkwaliteit aan. Hoog in de lucht doen ze nog iets anders. Waterdamp uit de uitlaat bevriest eromheen en zo ontstaan de witte strepen achter vliegtuigen. Die condensstrepen kunnen uitgroeien tot sluierwolken die warmte vasthouden. Volgens eerdere schattingen warmen ze de aarde ongeveer even sterk op als alle CO2 van de hele luchtvaartindustrie, of zelfs sterker. Meer deeltjes betekent meer ijskristallen en dus dikkere wolken.
Op jacht in de uitlaatpluim
Onderzoekers van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum werkten samen met Airbus en motorbouwer Safran. In 2021 en 2023 vlogen ze met een klein onderzoeksvliegtuig boven de Franse kust. Telkens doken ze 30 tot 250 meter achter een passagierstoestel de uitlaatpluim in. Aan boord telden instrumenten de deeltjes, tot op enkele miljoensten van een millimeter klein.
De geteste motoren behoren tot een nieuwe generatie. Ze mengen brandstof en lucht grondig voordat de boel ontbrandt. Dat heet arme verbranding. De vlam wordt op deze manier gelijkmatiger en er ontstaan minder plekken waar brandstof in overmaat brandt. Op zulke plekken vormt zich normaal gezien roet. Voor de test kon de motor via aangepaste software gedwongen worden om ‘rijk’ te verbranden, zoals oudere motoren doen. Zo konden de onderzoekers beide manieren vergelijken.
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Minder roet, niet minder druppeltjes
Het verschil was enorm. Bij arme verbranding daalde het aantal roetdeeltjes met ongeveer een factor 1.000. Het zakte zelfs bijna tot het niveau van gewone buitenlucht. Het totale aantal deeltjes bleef echter nagenoeg gelijk. De druppeltjes verdwenen dus niet.
Daarnaast testte het team verschillende brandstoffen. Een duurzame brandstof gemaakt van bewerkte vetten en oliën gaf bij rijke verbranding 64 procent minder roetdeeltjes vrij dan gewone kerosine. Bij arme verbranding was dat 25 procent. Het totale aantal deeltjes daalde met ongeveer twee derde.
Het belangrijkst lijkt het waterstofgehalte van de brandstof. Gewone kerosine bevat ringvormige moleculen met relatief weinig waterstof. Die ringen zijn uitstekende bouwstenen voor roet. Hoe meer waterstof een brandstof bevat, hoe sterker de uitstoot van roet daalt. Zwavel bepaalt dan weer vooral het aantal druppeltjes. Met bijna zwavelvrije brandstof daalde dat aantal met maximaal 80 procent.
Die ringvormige moleculen zijn wel nodig om rubberen afdichtingen in het brandstofsysteem goed te laten werken. Mede daarom mag duurzame brandstof vandaag slechts voor de helft worden bijgemengd.
Twee motoren, één vliegtuig
De linker- en rechtermotor van hetzelfde toestel verschilden sterk. De linkermotor stootte tien keer meer druppeltjes uit. Die motor was ook sterker versleten en verbruikte ongeveer een vijfde meer olie. Een deel van die olie belandt in de uitlaat. Op een andere dag was de condensstreep achter de linkermotor zichtbaar dikker.
Kanttekeningen
De metingen gingen over uitlaatgassen van hooguit anderhalve seconde oud. Druppeltjes groeien daarna nog minutenlang, dus verschillen tussen beide verbrandingswijzen kunnen later alsnog zichtbaar worden. Het onderzoeksvliegtuig was ook trager dan een normaal passagierstoestel. Het effect daarvan op roet schatten de onderzoekers echter op minder dan 5 procent.
De geforceerde rijke verbranding is bovendien niet helemaal identiek aan die van oudere motoren. Bij arme verbranding lag het roet zo dicht bij de meetgrens dat die cijfers onzeker zijn. Het verschil tussen beide motoren werd tijdens één vlucht gemeten en kan ook aan productieverschillen liggen.
Wie zwavel schrapt, verliest daarnaast een licht verkoelend effect: zwaveldeeltjes kaatsen namelijk zonlicht terug. Tot slot werken enkele van de auteurs van de studie voor Airbus en Safran, die het onderzoek mee financierden.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Schonere vliegtuigen zouden minder condenssporen achterlaten. Maar dat gebeurt helaas niet en Condensstrepen van vliegtuigen veroorzaken veel meer klimaatschade dan gedacht. Of lees dit artikel: De wetenschap achter bosbranden: worden ze erger? Wat zijn de gevolgen? En wanneer spreek je van een zombiebrand?.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
