Update: dit is al weer een ouder artikel. Er zijn jongere en betere artikelen op deze site over hetzelfde onderwerp
(Afbeelding te vinden op https://esd110.mit.edu/blog/black-carbon-emissions-aircraft )
De context
Tot de zorgen van de omwonenden van vliegvelden (zoals in mijn geval Eindhoven Airport) hoort het door vliegtuigen geproduceerde (ultra)fijn stof.
Straalverkeersvliegtuigen vliegen op kerosine, om precies te zijn op Jet A. Militaire straalvliegtuigen vliegen op het nauw verwante JP-8. Op Eindhoven Airport overheerst het aantal civiele vliegbewegingen.
Als men wil aansluiten bij wat bij het algemene publiek bekend is, kan men kerosine het beste vergelijken met rode diesel (zwavelhoudende dieselolie die tot voor kort verkocht mocht worden voor tractoren, boten etc). Alle diesel, die nu voor auto’s, boten, etc verkocht wordt is nagenoeg zwavelvrij gemaakt. Zo niet kerosine.
Vliegen hoort bij de menselijke activiteiten die het moeilijkst te verduurzamen zijn.
Pakweg tot 700 km kan de Hogesnelheidslijn (HSL) uitkomst bieden, en over pakweg tien jaar kan hybride-elektrisch vliegen met propellervliegtuigen uitkomst bieden voor lastig met de trein te bereiken locaties tot pakweg 1000km.
Voor langere afstanden zal het straalverkeersvliegtuig blijven bestaan en dat zal blijven vliegen op kerosine, of misschien op synthetische brandstof die voor kerosine kan doorgaan (al dan niet uit biomassa).
Op dit moment bestaat er nog nauwelijks synthetische vliegtuigbrandstof, en is het recept voor verduurzaming dus gewoon zuiniger, efficienter en minder, dus selectiever, vliegen.
Er zal dus in 2050 nog steeds gevlogen worden, heel wat meer dan nu, en dat zal voor een groot deel nog steeds met straalverkeersvliegtuigen gebeuren.
Dat roept de vraag op of de nadelen voor de leefomgeving, die die straalverkeersvliegtuigen met zich meebrengen, verkleind kunnen worden. In directe zin gaat het om geluid en luchtkwaliteit, in indirecte zin om waardedaling van woningen, gezondheidseffecten enz.
Daarnaast heeft vliegen (vooral de ongebreidelde groei) steeds zwaarder wegende nadelen voor het klimaat.
Dit artikel gaat vooral over (ultra)fijn stof omdat dat de belangrijkste vliegtuiggebonden component van luchtvervuiling is, en omdat dat stof invloed heeft op het klimaat.
(Ultra)fijn stof (in het Engels Particulate Matter PM, dus deeltjes) bestaat uit twee hoofdcomponenten: deeltjes die afkomstig zijn van zwavel in kerosine, en deeltjes die afkomstig zijn van onvolledige verbranding van diezelfde kerosine.
Zwavel en stikstof
Kerosine mag tot maximaal 3000ppm zwavel bevatten (0,3 gewichts%), maar zit in praktijk meestal tussen de 400 en de 800ppm. (Bij benzine en dieselolie voor auto’s is de limiet 10ppm). Die ontzwaveling kan plaats vinden met gevestigde standaardtechnieken. De brandstofprijs zou 1% omhoog gaan als kerosine ontzwaveld werd tot 15ppm.
De zwavel verbrandt tot SO2 en als dat buiten de motor in contact komt met water oxideert dat door tot SO3 , waardoor een oplossing van zwavelzuur ontstaan is.
Als dat zwavelzuur in contact komt met ammoniak (dat vooral uit de in dit gebied overvloedig aanwezige veeteelt komt), ontstaan fijne kristalletjes ammoniumsulfaat (al dan niet met aanhangend water). Dit heet een secundary inorganic aerosol (SIA) en die maken deel uit van het (ultra)fijn stof.
Door de hoge temperaturen in de motor reageert een deel van de stikstof uit de lucht tot stikstofoxiden, die na wat omzwervingen op vergelijkbare wijze ammoniumnitraat vormt, ook een SIA uit het (ultra)fijn stof.
Hoe giftig SIA’s precies zijn is omstreden. In isolatie niet of nauwelijks, in combinatie met andere giftige stoffen misschien wel. Tot nader order houdt de wetenschap het erop dat de gemiddelde giftigheid van SIA’s gelijk is aan die van het PM2.5, waarvan ze deel uitmaken.
Voor verdere info verwijs ik naar eerdere artikelen op deze site, zie Kun je zwavelvrije kerosine kopen? En Kun je zwavelvrije kerosine kopen ? (vervolg) . Let wel dat deze artikelen al weer ruim twee jaar oud zijn!
Roet en andere onvolledige verbrandingsproducten
Dat vraagt helaas een beetje scheikunde.
Kerosine is een ingewikkeld mengsel dat uit honderden koolwaterstoffen bestaat en wat sporenelementen (waaronder dus zwavel).
Koolwaterstofmoleculen bestaan uit ketens aan elkaar geregen koolstofatomen, waarvan de overblijvende vrije plaatsen met waterstofatomen bezet zijn. Koolstofatomen kunnen met een enkele of een dubbele binding aan elkaar zitten.
Als het molecuul geen ringstructuur en geen dubbele binding heeft, heet het verzadigd (saturated). Butaan (van het butagas), nonaan (zie onder) of paraffine zijn voorbeelden.
Als het molecuul geen ringstructuur en één dubbele binding heeft, heet het een olefine. Onder als voorbeeld 1-noneen.
Als het molecuul geen ringstructuur en meerdere dubbele bindingen heeft, heet het meervoudig onverzadigd (dezelfde aanduiding als op pakjes margarine).
Als het molecuul wel een ringstructuur heeft en meerdere dubbele bindingen, heet het ‘aromatisch’. De eenvoudigste aromatische verbinding is de benzeen-zeshoek.
Zitten er twee van die zeshoeken aan elkaar, dan heet het naphtaleen.
Zitten er drie of meer van die ringen aan elkaar, dan heet het een PAK (Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen).
Roet bestaat grotendeels uit koolstof (vaak vermengd met aanhangende rotzooi) en heet ook wel Black Carbon.
Daarnaast kan kerosine minder vergaand verbranden/ontleden tot stoffen die nog geen koolstof zijn en nog vloeibaar. Die noemt men vluchtige aerosolen. Die kunnen of vrij in de lucht komen of als laag op het roet gaan zitten.
Sorry, maar dit college was even nodig.
Deze tabel bevat de gegevens van ‘’een soort civiele en tamelijk zwavelrijke Jet A in kolom 2), één soort militaire JP-8 die overigens ongeloofwaardig weinig zwavel bevat, en één soort synthetische brandstof FT-SPK. Kolom 4 en 5 zijn mengsels van FT-SPK met er eerste twee.
D5453 geeft het totale zwavelgehalte in ppm.
FT staat voor Fischer-Tropsch en SPK Synthetic Paraffinic Kerosine. Dat is een gevestigde techniek om uit andere grondstoffen via koolmonoxide en waterstof synthetische brandstof te maken (in dit geval dus kerosine). Het uitgangsmateriaal is in dit artikel aardgas (de Gas-To-Liquid techniek GTL), of kolen.
Er is een informatieve Wikipediapagina https://nl.wikipedia.org/wiki/Fischer-Tropschbrandstoffen .
Bovenstaande tabel komt uit een presentatie dd juni 2016 door het Southwest Research Institute (SWRI) uit Texas aan de ETH in Zürich ( www.nanoparticles.ch/archive/2016_Khalek_PR.pdf ). Er staat niet bij wat in dit geval het uitgangsmateriaal van de FT is.
Een andere publicatie (Reductions in aircraft particulate emissions due to the use of Fischer–Tropsch fuels dd 2014) is saaier en minder toegankelijk voor de leek, maar informatiever. Die komt uit het tijdschrift Atmospheric Chemistry and Physics (ACP) www.atmospheric-chemistry-and-physics.net/ . Zie voor het artikel zelf Reductions in aircraft particulate emissions due to the use of FT-fuels_acp-14-11-2014
Alle publicaties op dit gebied stellen dat het roetgehalte in uitlaatgassen van straalmotoren zeer sterk bepaald wordt door het aantal dubbele bindingen en het aantal ringen in de brandstof. In praktijk bij kerosine vooral het percentage aromaten, nog verder versimpeld hoeveel % benzeen er in de kerosine zit.
Wat het Zürichse staatje nu uitwijst, en wat ook de andere publicatie zegt, is er in synthetische brandstoffen zeer veel minder benzeen (en naphtaleen enz) zit, en dat er dus veel minder roet afkomt. Dat is in metingen te zien, bijv. onderstaande figuur uit de Zürichse presentatie van het SWRI:
Daarin slaat “Regulation” op een oude en lakse ICAO-norm die alleen over roet bij het opstijgen gaat. Het verschil tussen links en rechts geeft vooral het nut van deze norm weer, welk nut dus tamelijk klein is.
Hoe dan ook, het plaatje toont duidelijk dat veel aromaten leiden tot veel roet en vluchtige vervuiling, en dat nagenoeg geen aromaten leidt tot heel weinig idem. Vooral in de “idle” stand van de motoren (dus bijv. bij het proefdraaien of taxiën) zijn de verschillen groot.
Het artikel in ACP vindt vergelijkbare grote verschillen. Zuivere synthetische brandstof produceert ruim 4 tot 6 keer zo weinig roet als standaard JP-8 (de blend zit daar tussen in), en ook veel minder vluchtige aerosolen.
De zwavelemissies zijn bij synthetische brandstof nagenoeg afwezig.
Het effect van de vluchtige aerosolen op de lokale luchtkwaliteit in de omgeving is (volgens ACP) bij koud weer groter.
Klimaat
Het zwarte roet heeft een verwarmende invloed op het klimaat, de witte sulfaataerosolen een koelende invloed. Beide kunnen als condensatiekern gaan fungeren die helpen bij het vormen van wolken, waarvan de invloed dubbelzinnig is. Het totale effect is vooralsnog onduidelijk.
Behalve de FT-techniek loslaten op aardgas en kolen, zijn er ook andere technieken om aromaat- en zwavelarme biodiesel te maken. Het kan ook uit tweede generatie- biomassa (zie de eerder genoemde artikel over zwavelarme kerosine op deze site), al dan niet via een FT-route.
Er moet nog veel onderzoek plaatvinden. Het voert te ver om daar op deze plaats dieper op in te gaan.
Bernard Gerard, wat ben ik toch blij met iemand zoals U, lees uw artikelen met enorme belangstelling, echter soms kan MIJN brein het niet bevatten ( zoals bovenstaande). Maar toch, iemand die voor de naaste bewoners van EA opkomt , schrijft, adviseert, uitlegt en er STAAT. Dank U hartelijk.
Het is inderdaad een tamelijk moeilijk artikel voor een groot publiek. Ik besef dat zelf ook wel.
Aan de andere kant ligt hier een kennislacune van jewelste. Het is van belang dat er in kringen van omwonenden en actievoerders begrip ontstaat van waar nou eigenlijk het probleem zit, want anders kun je niet de juiste eisen stellen. Uiteraard is de ‘gemakkelijkste’ eis dat er minder moet worden gevlogen, maar ik zie dat nog niet meteen gebeuren. Hooguit neemt het groeitempo af.
Het zou wel eens verstandig kunnen zijn om in een vroeg stadium over andere vormen van vervoer, andere typen aandrijvingsmechanismen en betere kerosine te beginnen. Bovendien zal het vliegen op termijn tegen de grenzen van het klimaat aan gaan lopen.
Voor dat alles moet je het probleem in kaart brengen. Dat is wat ik probeer. Ik geef toe dat het niet altijd eenvoudig is.
Belangrijk stuk. Heb je m al in het Engels vertaald en geplugd bij bijv. “I F*ing Love Science?” Dat is een zeer veelgelezen populaire science blog. Je weet nooit wie het vanaf daar oppikt. Als je er tegenopziet om het in wetenschappelijk Engels te vertalen kan je gebruik maken van fiverr. https://www.fiverr.com/search/gigs?utf8=%E2%9C%93&source=top-bar&locale=en&search_in=category&query=scientific%20
Ik zal er eens over nadenken.
Je zou verwachten dat er in de grote wijde wereld al lang mensen zijn die dezelfde gedachte gehad hebben.
Weet u hoe het komt dat bij Cougar helicopters antivries bij gemend moet worden bij kerosine , terwijl uit een gesloten tank toch antivries kan verdwijnen ?
Ik weet weinig af van kerosineadditieven. Serieuze, relatief eenvoudig vindbare literatuur leert dat glycol zelf geen additief is, maar bepaalde van glycol afgeleide verbindingen wel.
In kerosine zit namelijk vaak een heel klein spoortje water. Onder normale omstandigheden aan de grond merk je daar niets van, maar op grote hoogte kan het water ontmengen en bevriezen en dat is erg vervelend in je brandstofleidingen. De van glycol afgeleide verbindingen doen hetzelfde als glycol in auto-antivries, namelijk verhinderen dat het water bevriest.
Zie https://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_system_icing_inhibitor .
Mogelijk is de aanduiding glycol hier onzorgvuldig taalgebruik?
Het additief wordt dan gewoon tegelijk met de kerosine verbrand.
Allicht verdwijnt het dan uit een tank. Ik snap de vraag dan ook niet goed.
Beste Bernard,
Het schijnt dat de antivries die toegevoegd wordt in kerosine puur door tijdsverloop kan verdwijnen. Al staat het toestel stil, al is er niet mee gevlogen. Er zijn technici, die voordat er gevlogen wordt, de tank moeten controleren of het percentage antivries nog aanwezig is. Men vult aan, zonder te weten wat de oorzaak van het tekort is. Dat is een onbevredigend antwoord.
Ik herhaal dat ik weinig van deze materie af weet. Neem mijn antwoord dus voor wat het waard is en als iemand met gezag iets anders beweert, wijs dat dan niet bij voorbaat af.
Maar bij gebrek aan beter het volgende antwoord.
Het zou kunnen dat het om een verschil in verdampingssnelheid gaat.
Voor jet fuel staat een kookpunt van 176 graad C, voor zover het mogelijk is om bij een dergelijk mengsel überhaupt van één scherp kookpunt te spreken. Zie https://en.wikipedia.org/wiki/Jet_fuel . Een andere bron noemt voor militaire JP8 een kooktraject van 175-300 graad C (en een dampspanning bij 20graad C van ca 1 mm Hg, zie http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK231234/ )
Voor het eenvoudigste de-icing additief 2-methoxyethanol, ook wel glycol monomethyl ether (EGMME)staat een kookpunt van 125 graad C (en een dampspanning bij 20 graad C van 6 mm Hg). Het zou dus kunnen dat het additief gewoon een stuk sneller sneller verdampt dan de kerosine.
Overigens is EGMME behoorlijk giftig. De Amerikaanse arbeidsinspectie geeft maximale waarden. Zie https://en.wikipedia.org/wiki/2-Methoxyethanol .
Een meer geavanceerd additief is 2-(2-methoxy ethoxy) ethanol (diethylene glycol mono methyl ether, DEGMME). Daarvan is het kookpunt 194 graad C (dampspanning bij 20 graad C 0.19mm Hg). Dat verdampt dus veel minder hard. Het spul is veel minder toxisch.
De eenvoudigste verklaring voor het wegzakken van de concentratie de-icing additief (slordig aangeduid als glycol) in de kerosine is dat er een eenvoudige en giftig additief gebruikt wordt, dat gewoon een stuk sneller verdampt dan de kerosine .
Ik ben nu eigenlijk benieuwd waarom je dit soort hele specifieke vragen stelt. Werk je zelf met Cougars in een hangar? Zo ja, dan zou ik goed naar de afzuiging kijken en vragen waarom men geen minder toxische additieven gebruikt, die bovendien minder controle vragen.
Beste Bernard, ik werk niet met dergelijke toestellen, maar hoorde over de vraagstelling. Waarbij monteurs zelf het antwoord niet konden formuleren. Ik hebt trouwend als flensmonteur bij gebroeders Koch in de Botlek gewerkt, en zag dat een zeer groot gedeelte van kerosine gemaakt wordt uit aardgas. Men beschouwde na het vinden van Slochteren, ons aardgas als “ herstelbetaling van Nederland aan de VS i.v.m. De Tweede Wereldoorlog”, waardoor de NATO gratis kan vliegen. Koch maakt de kerosine uit de gratis grondstof Gronings gas en pompt het door een NATO pijpleiding naar Italië.
Geachte heer Smouter, beste Bas,
Mocht je de monteurs weer zien, breng mijn advies dan maar over.
Je kunt inderdaad uit aardgas kerosine maken. Dat dat in de botlek op grote schaal gebeurde of gebeurt, is mij niet bekend. Het zou kunnen.
Het verhaal van Slochteren, de herstelbetalingen en de NATO-pijpleiding kan ik niet beoordelen. Het zou meer tijd kosten om dat goed uit te zoeken dan ik nu heb. Ik laat dit dus even rusten.
Met dank voor de bijdragen.
groeten
bgerard
Werkend tijdens een turnaround bij Koch industrie s vernam ik dat Nederland een eeuwig durende niet geïndexeerde prijs van f0,06 per m3gas heeft bedongen met gebroeders Koch. Wij financieren infeite de herverkiezing van The Donald.
Ik weet van deze materie niets af. Ik weet ook niet of ik er wat mee kan.
en hoe kunnen wij nou aardgas leveren aan een bedrijf uit de VS?
Kunt u mij in elk geval, mochtik er nog eens tijd voor vinden, zeggen hoe en waar ik uw bewering kan natrekken?
Mijn interesse is gewekt met dit artikel. Met name de zinsnede over stikstof.
Als ik uw artikel lees, is met name de grote hitte van de motoren een oorzaak waarmee de in de lucht aanwezige stikstof wordt omgezet in fijnstof.
Zou er enig verband kunnen zijn in de toename van stikstof in onze lucht en de toename van de luchtvaartindustrie?
Dat verband is er ongetwijfeld, maar waarschijnlijk niet heel groot. Het hangt er van af hoe je kijkt.
Kijk je naar de mondiale brandstofverkoop, dan is de jet fuel maar een relatief klein deel van het totaal aan verkochte brandstoffen. Alleen al benzine en diesel verkopen veel meer). Daar staat tegenover dat andere verbrandingsprocessen vaak een nabehandeling hebben (bv de driewegkatalysator in benzineauto’s en AdBlue bij dieselauto’s, of rookgasreiniging bij statische bronnen).
Kijk je naar het verspreidingspatroon, dan is het verschil dat vliegtuigen het grootste deel van hun stikstofoxides hoog in de lucht lozen. Het immissiepatroon (dat is wat je er aan de grond van merkt) is voor vliegende objecten heel anders dan voor rijdende of stilstaande objecten.
Het vraagt een specialist om dit door te rekenen. Ongetwijfeld is zoiets al ergens ooit geprobeerd, maar de tijd ontbreekt me nu om het uit te zoeken.
Wat vast staat is dat de NO2-immisie in woonwijken door vliegtuigen op neushoogte rond ‘mijn’ vliegveld Eindhoven ondergeschikt is aan die van de nabijgelegen Poot van Metz (waar iets van 200.000 auto’s per etmaal passeren). Dat bljkt uit de MER (2012) tbv het Luchthavenbesluit 2014.
Interessant!
En wat met de effecten op de volksgezondheid van al die uitstoot?
Waar er nl. wèl iets aan te doen valt is beperking van het aantal (regionale) luchthavens binnen de actieradius van duurzamer verkeer, 700 km was het?
De Europese regel dat er binnen de 100 km geen andere luchthaven nodig is, is zelfs nog te laks en legt iedereen ook nog naast zich neer.
In België alleen al, 6 internationale luchthavens, en net over de grens Eindhoven, Maastricht, Aken?, Luxemburg, Lille, enz. …. waanzin!!!!
U stelt een vraag en slaakt een verzuchting.
Met uw verzuchting ben ik het wel eens, maar mijn artikel gaat er niet over. Men kan niet alle vliegtuigleed in de wereld in een artikel kwijt.
Voor uw vraag naar de gevolgen geldt hetzelfde, maar daarover staat elders op de site iets. Zoek op Barrett.
Zeer kort door de bocht: ‘mijn’ vliegveld Eindhoven is geen grote bron van stoffen die genormeerd zijn en waarvan het effect dus bekend is, en een relatief belangrijke bron in de nabije omgeving van stoffen waarvan nog weinig bekend is en die nog niet genormeerd zijn (roet, ultrafijn stof).
Genoemde Baŕrett doet bij gebrek aan beter alsof alle roet en UFS standaard PM2,5 is,