Luchtvervuiling rond vliegvelden en synthetische kerosine

De duurzame brandstof-tafel
Er is in het kader van de Proefcasus Eindhoven Airport een gespreksgroep opgericht, die zich bezig houdt met de eventuele invoering van duurzame brandstof op Eindhoven Airport. Op het moment dat dit geschreven wordt, heeft er nog maar één kennismakingsvergadering plaats gevonden waarbij de hele groep aanwezig was, plus een sessie in kleine kring op het ministerie van I&W. Wat er uit gaat komen moet dus nog blijken. Het eerste gesprek ging goed.

Duurzame brandstof betekent op dit moment biokerosine. Daarvoor bestaat een soort kip-ei verhaal: is duurder –> geen vraag –> geen productie –> geen schaal –> geen prijsverlaging. En ook na een eventuele prijsverlaging  zal het wel duurder blijven en dat moet dan maar op een of andere manier verrekend worden. Mogelijk zou het Eindhovense vliegveld hier wat kunnen gaan betekenen.
Er is momenteel bijna geen biokerosine te koop. De prognoses zijn dat er op termijn meer kan worden, zeker niet genoeg voor heel Europa, maar wel genoeg voor Nederland en dus ook voor Eindhoven Airport. Biokerosine is een goed begin, maar je haalt er het einde van de taak niet mee.

Biokerosine heeft voordelen. Het spaart, over zijn hele levenscyclus, CO₂ uit (van de EU moet dat minstens 60% zijn, maar de vuistregel is 80%), en biokerosine verbrandt veel schoner. Ongemengde biokerosine is, anders dan conventionele kerosine, (nagenoeg) zwavelvrij en bevat normaliter geen aromatische verbindingen. Zwavel leidt tot ultrafijn stof en aromaten leiden tot extra veel roet (zie voor een eerder artikel Roet en zwavel uit straalmotoren: dat kan veel minder).
De eenvoudigste aromaat is benzeen (een ringvormige koolwaterstof). Daaraan kunnen allerlei toevoegingen geplakt zitten en dat zijn dan de zwaardere aromaten.

Bij het taxien en het proefdraaien ontwijkt er altijd niet of gedeeltelijk verbrande kerosine. Het zou voor de omgeving een slok op een borrel schelen als taxiën op de straalmotoren op Eindhoven Airport verboden werd, en als de vliegtuigen op eigen elektrische kracht of met elektrokarretjes gesleept, hun posities zouden innemen.

Sommige mensen zeggen dat ze kerosine kunnen ruiken en denken daarbij dat die kerosine in de lucht geloosd is. Van vliegtuigen in Duitsland is inderdaad bewezen dat ze in de lucht kerosine lozen, maar voor Nederland is daar niets van bekend. Aannemelijker is dat die mensen het taxiën ruiken (of het proefdraaien).  

Als er in biokerosine geen aromaten zitten, dan kunnen die ook niet vrijkomen, is de redenering. Meer specifiek zou er dan minder benzeen vrijkomen.

Benzeen
Bij het woord ‘benzeen’ gingen belletjes rinkelen. Bij mij en bij een, chemisch deskundige, kennis van een BVM2-vrijwilliger.

Benzeen is namelijk gore zooi. De IARC heeft het geclassificeerd in categorie 1 als ‘zeker kankerverwekkend’, want je krijgt er (onder andere) leukemie van. De kennis stuurde artikelen van het NIOSH (zeg maar, de Arbeidsinspectie van de VS) en andere artikelen met deze boodschap.
Ik had zelf ook gegoogled. Je vindt dan al snel veel materiaal van de luchtmacht van de VS, die het personeel op de bases heel wil houden als ze vliegtuigen bijtanken of repareren. Metingen geven aan dat het er bij vlagen ruig aan toe gaat met de benzeenconcentraties.

Ter vergelijking: de Nederlandse atmosferische norm is 5µgr/m³. De benzeenconcentraties in stedelijk gebied in Nederland zitten rond de 1µgr/m³.
Metingen door de provincie in 2012 bij het hek van Eindhoven Airport, bij de Spottershill, leverde dit op:

Voor een goed verhaal over benzeen in Nederland zie www.clo.nl/indicatoren/nl0457-benzeen .

Benzeen heeft een grote hazard en in een vliegtuighangar van de VS kan dat ook wel een grote risk worden (jargon voor een potentieel en een reëel bestaand gevaar), maar het feitelijk gevaar van benzeen, indien aanwezig, op en rond Nederlandse vliegvelden is een stuk beperkter dan in die hangar.

Op de eerste plaats omdat er in conventionele kerosine weliswaar 10 tot 20% aromaten zitten, maar dat zijn bijna allemaal zwaardere aromaten. Het benzeengehalte zit een eind onder de 1%. Dat is logisch, want de destilleerkolom sorteert naar kookpunten, en het kerosinemengsel zit tussen de 160 en 250°C. Benzeen kookt bij 80°C.
Diezelfde vluchtigheid maakt dat het beetje benzeen, dat wel in kerosine zit, er onevenredig snel uit verdampt, waardoor het bij bijv. het tanken en reparaties toch een factor van betekenis wordt. Maar ook uit een draaiende straalmotor komt benzeen, meer zelfs dan er in de brandstof zat, omdat door de hitte de zwaardere aromaten soms uiteenvallen tot lichtere, waaronder benzeen.De vrijgekomen benzeen verspreidt zich, houdt het een paar dagen uit in de atmosfeer, en draagt dus bij aan een hogere concentratie dan die er zonder vliegveld zou zijn. Die achtergrond wordt door veel meer zaken beïnvloed, zoals het autoverkeer (op de nabijgelegen Poot van Metz rijden ca 150.000 auto’s per etmaal), industriele processen (benzeen is een oplosmiddel), bosbranden en tabaksrook.
De schaarse metingen die elders uitgevoerd zijn, kunnen benzeen in gunstige omstandigheden en in relevante concentraties apart van de achtergrond detecteren, op afstanden tot pakweg een kilometer.

Vooralsnog vind ik benzeen uit kerosine vooral een ARBO-probleem. De vakbond zou zich er mee bezig moeten houden.
Het laatste woord is er echter, wat mij betreft, nog niet over gezegd.

Zwaardere aromaten zijn ook giftig, maar anders en minder. Het zijn soms organische oplosmiddelen. Ze kunnen bijv. een invloed op het centraal zenuwstelsel hebben, maar gelden niet als kankerverwekkend. Het IARC beschouwt jet fuel in zijn totaliteit als “niet kankerverwekkend”

Ander vergif
In een ideale wereld zou kerosine volledig verbranden. In de praktisch bestaande wereld ontstaan er ook zwaveloxides (SO_x), stikstofoxides (NO_x), koolmonoxide (CO), roet (C_soot) en on- of halfverbrande koolwaterstoffen (UHC), Die laatste worden ook wel eens aangeduid als VOC of NMVOC, (Non-Methane) Volatile Organic Compound.
Dit verhaal gaat vooral over de UHC of VOC.

Daarvan zijn er een heleboel, en een deel daarvan is ook weer toxisch.

Deze gegevens zijn overgenomen uit het project Longe Range-Transboundary Air Pollution (LRTAP), juli 2017, van de European Environment Agency (EEA). Ze zijn gemiddeld over een LTO: Landing and Take Off – een cyclus met één start (annex taxien) en één landing. LTO wordt gedefinieerd als het vluchtdeel dat onder de 3000 voet hoogte zit (zowat een kilometer).
Een getal * 100 is een percentage van het totaal aan VOC. Dus 12,31% van de VOC bestaat uit formaldehyde en dat is (d) gevaarlijk onder de U.S. Clean Air Act en (f) valt onder een dbase van de U.S. EPA. En 1,68% bestaat uit benzeen en dat is (d) gevaarlijk .
Het geheel telt met een post ‘onbekend’ van 29,21% op tot 100%.
De getoonde precisie is overigens idioot.

Nu is het altijd interessant van wat precies het percentage genomen is. Vandaar bovenstaande tabel (ook LRTAP).
Die gaat ook over één gestandaardiseerde LTO. Een Airbus A320 (die voor een vijfde van het verkeer op Eindhoven Airport zorgt) verbrandt bij één LTO 816,17kg brandstof. Dat leidt tot 1,64 kg UHC. Ergo produceert een A320, gemiddeld over één LTO-fase, 2,0 gr UHC per kg brandstof (1640gr/816kg).
Van die 2,0 gr UHC bestaan dus 1,68% uit benzeen (en 12,31% uit formaldehyde, enz).
Dus produceert een A320 over een LTO gemiddeld 0,034 gr benzeen per kg brandstof.
CE Delft noemt in zijn studie over de emissies, die in sept 2018 gepubliceerd is, dat in het referentiescenario in 2019 in de LTO-fase 46300 ton CO₂ geloosd wordt, hetgeen neerkomt op 14700 ton brandstof. Eenvijfde daarvan is A320. Ergo blaast die 100 kg benzeen de lucht in ( 14700000 * 0.034gr * 1/5de).
B737 lozen per kg ongeveer half zo veel. Ergo blazen de B737 ongeveer 200kg benzeen de lucht in (14700000 * 0.034gr * 4/5de * een half).
Totaliter is Eindhoven Airport goed voor ongeveer 300kg benzeen per jaar.

Zo kan men de rest ook uitrekenen (liever: schatten).

Als de gassen afkoelen, condenseren sommige stoffen tot (gemengd samengestelde) druppels of tot laagjes op roetkorrels. Die tellen mee voor het (ultra)fijn stof.

Het terugdringen van toxische emissies en synthetische kerosine
Ik ben mij gaan interesseren voor deze materie omdat BVM2 in zijn Manifest eiste dat de luchtvervuiling minder moest worden. Om dat waar te kunnen maken tegenover, vaak partijdige, onderzoeksbureau’s , moet BVM2 er een gevoel voor hebben van wat wel en niet kan. Vandaar deze research. Je wordt nu tenminste niet zomaar omver geluld.

Minder luchtvervuiling kan op vier manieren:

• Minder vliegtuigen
• Minder brandstof per vliegtuig (zuiniger vliegtuigen)
• elektrisch taxiën of slepen
• Minder vuile kerosine (om precies te zijn: met een lagere uitstoot per kg brandstof).

Dit verhaal gaat dus over het laatste.Een methode bestaat uit het overgaan op synthetische kerosine.  Dat kan zijn Gas To Liquid (GTL), biokerosine of (de nog experimentele) Power to Liquid. De laatste twee zijn, behalve schoner, ook beter voor het klimaat. De aandacht in de vliegsector gaat dus nu uit naar biokerosine.
Die is hierboven al aan de orde geweest. In het plaatje van Wuebbles (Aircraft Fuel Combustion) zet biokerosine, indien ongemengd, een kruis door de post SO_x (en de bijbehorende vervolgproducten) en door het grootste deel van de post ‘roet’. In praktijk is voorlopig 30 tot 50% hiervan haalbaar, omdat vooralsnog tot dat percentage mag worden bijgemengd .

In ongemengde biokerosine zitten normaliter geen aromaten. Er zit dus geen benzeen in en ook geen zwaardere aromaten, die kunnen ontleden tot benzeen. Bij het tanken krijg je dus geen benzeen in je hangar en bij het taxiën in principe geen, en in praktijk een klein beetje benzeen uit de straalpijp.
In het lange lijstje vallen sommige verbindingen weg, namelijk de aromatische (bijv. tolueen of C4-benzeen etc).

Voor stoffen uit de aldehydegroep (zoals formaldehyde) is synthetische kerosine geen oplossing. Daartegen helpen alleen de simpele voorschriften minder vliegtuigen, minder kerosine per vliegtuig en elektrisch taxiën

Metingen wijzen uit dat het verbranden van synthetische kerosine inderdaad tot minder VOC’s leidt. Zie ook Bijgemengde biokerosine leidt tot halvering deeltjesuitstoot