Nieuwe studie onthult doorbraak in potentie van elektrische luchtvaart

DELFT – Nederlands luchtvaartbedrijf Elysian ontwikkelt een batterij-elektrisch vliegtuig voor 90-passagiers, op basis van onderzoek met de Technische Universiteit Delft.

Een nieuwe wetenschappelijke studie van Elysian in samenwerking met de Technische Universiteit Delft toont aan dat batterij-elektrisch vliegen op veel grotere schaal kan bijdragen aan verduurzaming van de luchtvaart dan tot nu toe gedacht.

Nieuwe ontwerp principes duiden op een fundamenteel groter potentieel van batterij-elektrische vliegen en verwerpen eerdere begrenzingen rondom capaciteit, gewicht en afstand. Op basis van deze bevindingen ontwikkelt Elysian het allereerste 90-passagier, batterij-elektrisch vliegtuig dat in staat is om 800 km te vliegen, uitgaande van een batterijpakket met een energiedichtheid van 360 Wh/kg. Het doel is om operationeel te worden in 2033.

De heersende consensus dat batterij-elektrisch vliegen alleen geschikt zou zijn voor kleine vliegtuigen, wordt betwist door twee wetenschappelijke artikelen, ‘A new perspective on battery-electric aviation, part I and II’ geschreven door Rob Wolleswinkel, Reynard de Vries, Maurice Hoogreef, en Roelof Vos. Het eerste wetenschappelijke artikel herziet aannames die leiden tot de huidige perceptie van de beperkte toepasbaarheid van batterij-elektrische vliegtuigen, en presenteert nieuwe ontwerpprincipes voor een batterij-elektrisch vliegtuig met 40-120 passagiers, in staat om tot 1000 km te vliegen.

“In tegenstelling tot wat lang werd gedacht kunnen grote batterij-elektrische vliegtuigen veel meer energie dragen en zijn ze aerodynamisch veel efficiënter dan oorspronkelijk werd aangenomen,” zegt Elysian mede-oprichter, co-CEO en Chief Technology Officer, Rob Wolleswinkel. “In plaats van een turboprop vliegtuig, hebben we als startpunt eerste generatie jets genomen. Omdat deze voertuigen brandstof inefficiënt waren en tegelijkertijd zijn ontworpen voor lange afstanden, moesten deze vliegtuigen veel energiemassa meenemen ten opzichte van het totale gewicht. Dat diende als inspiratie voor ons elektrisch vliegtuigontwerp.”

Het tweede wetenschappelijke artikel laat een ontwerp van een 90-passagier batterij-elektrisch vliegtuig zien dat in staat is om tot 800 km te reizen op batterijen, uitgaande van een batterij met een energiedichtheid van 360 Wh/kg. Dit ontwerp voldoet aan de vereiste specificaties die in het eerste artikel zijn beschreven en omvat een aantal markante ontwerpkeuzes, waaronder:

• Het plaatsen van batterijen in de vleugel om de vliegtuigconstructie te verlichten – dit legt de last daar waar de lift wordt gegenereerd en gebruikt de beschikbare ruimte binnen de vleugel.
• Verminderde propeller diameter dankzij gedistribueerde voortstuwing (“distributed electric propulsion”,DEP), wat een laagdekker configuratie met een korter landingsgestel mogelijk maakt. Dit leidt tot een lichter landingsgestel en romp.
• Het gebruik van een grote vleugel ten opzichte van de romp, waardoor de aerodynamische efficiëntie aanzienlijk toeneemt in vergelijking met conventionele vliegtuigen.
• Gezien de grote spanwijdte, worden opklapbare vleugeltips gebruikt om de aerodynamische prestaties te optimaliseren en binnen de afmetingen van de gate op de luchthaven te passen..
• Het gebruik van een “reserve-energiesysteem” met gasturbines om de vereiste reserves te dekken. Het reserve-energiesysteem wordt uitsluitend gebruikt voor de reserves, en niet om de nominale missie te verlengen.

Joris Melkert, docent Luchtvaarttechniek aan de Technische Universiteit Delft: “We verwachten dat Elysian een belangrijke bijdrage zal leveren aan het ontdekken van de grenzen van batterij elektrisch vliegen door een verfrissend nieuwe kijk te nemen op de combinatie van technologie en ontwerp. We steunen hun systematische en wetenschappelijke aanpak van harte en kijken uit naar hun oplossingen voor de technologische uitdagingen die voor ons liggen.”

Deze onderzoeksresultaten betekenen een belangrijke vooruitgang voor duurzaamheid en innovatie in de elektrische luchtvaart. Ze hebben de potentie om de toekomstbestendigheid van de luchtvaart aanzienlijk te versnellen. Momenteel maken vluchten tot 1000 km 50% uit van alle vluchten wereldwijd en zijn ze verantwoordelijk voor ongeveer een vijfde van alle luchtvaartgerelateerde CO2-uitstoot. De optie van batterij-elektrische vliegtuigen voor korteafstandsvluchten zal de klimaatimpact van de luchtvaartindustrie drastisch verminderen.

Daarnaast bereikt dit ontwerp tot vijf keer hogere efficiëntie per passagier kilometer dan waterstof- of SAF-aangedreven vliegtuigen, en is daarmee gelijk aan de energie-efficiëntie van een gemiddelde elektrische auto met 1.2 passagiers. Bovendien biedt dit vliegtuig, vanwege zijn hoge passagierscapaciteit, een economisch haalbaar en concurrerend alternatief voor conventionele vliegtuigen.

Hoewel deze bevindingen aangeven dat de haalbaarheid van grootschalige batterij-elektrische vliegtuigen binnen handbereik is, moeten tijdens de ontwikkeling nog verschillende technische uitdagingen worden opgelost, waaronder: de doorontwikkeling en integratie van batterijcellen, thermisch beheer van de batterijen en motoren, ontwerp en certificering van het reserve-energiesysteem, en de ontwikkeling van het hoogspanningssysteem voor de aandrijflijn.

Elysian werkt samen met vooraanstaande onderzoeksinstituten zoals de Technische Universiteit Delft, Universiteit Twente, Koninklijk Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR), en Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) om deze uitdagingen op te lossen voordat een ontwerp wordt gefinaliseerd.