De Hydra II, een innovatieve vloeibare waterstofdrone van het Koninklijke Nederlandse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR), heeft de eerste succesvolle vluchten gemaakt. Dit is een belangrijke stap in de ontwikkeling van een duurzamere luchtvaart om waterstoftechnologie daadwerkelijk geschikt te maken voor commerciële toepassingen.
Het is de eerste keer is dat een – weliswaar onbemand – toestel in het Nederlandse luchtruim vliegt dat vloeibare waterstof als energiedrager gebruikt. De vlucht duurde enkele minuten en demonstreerde niet alleen de werking van de technologie met vloeibare waterstof als energiedrager, maar toonde ook aan dat we veilig om weten te gaan met alles wat komt kijken bij het werken met vloeibare waterstof.
Waterstof ideaal voor lange, efficiënte vluchten
De elektromotoren van de hybride-aangedreven drone kregen elektriciteit via een brandstofcel. Een accu leverde ondersteuning. NLR-programmaleider Joost Vreeken vertelt: “Deze drone stijgt en landt verticaal – VTOL in luchtvaarttaal, Vertical Take-off and Landing – en vliegt daarna net als een vliegtuig een horizontaal pad. Vooral dat opstijgen vraagt veel energie. Daarbij ondersteunt de accu. Bij de horizontale, lange vlucht komt de inzet van waterstof eigenlijk het meest tot zijn recht. Bij deze configuratie ging het met name om het aantonen van de werking van de technologie tijdens een korte vlucht.”
Drones als testplatform voor duurzame luchtvaart
Waterstof wordt gezien als een oplossingsrichting in de verduurzaming van de luchtvaart. Maar het gebruik ervan is nieuw in de (commerciële) luchtvaart en vraagt om aanpassingen in toestellen. Drones bieden een ideaal testplatform bij die energietransitie in de luchtvaart. Ze zijn klein, overzichtelijk qua complexiteit en relatief goedkoop in aanschaf.
NLR heeft in 2019 met de Hydra I op gasvormige waterstof gevlogen. Er is in de tussentijd veel onderzoek verricht. In navolging van die vlucht heeft NLR nu dus ook gevlogen met de opvolger, die vloeibare waterstof als energiedrager gebruikt.
Vacuümtank levert waterstof aan brandstofcel
Voor de Hydra II is de waterstof opgeslagen in een vacuüm-geïsoleerde aluminium tank onderaan de drone. De tank wordt niet actief gekoeld; door de opwarming van de gekoelde waterstof ontsnapt geleidelijk waterstofgas uit de tank. Die wordt uiteindelijk naar de brandstofcel geleid waar er elektriciteit van wordt gemaakt. In de tank zitten sensoren en warmte-elementen waardoor de tank de juiste hoeveelheid gasvormig waterstof aan de brandstofcel levert.
NLR werkt aan ecosysteem voor groene waterstof
Volgens NLR is ‘groene’ waterstof een kansrijk alternatief voor het huidige gebruik van kerosine. Tineke van der Veen, CEO van NLR: “Mits waterstof op een duurzame wijze geproduceerd wordt, kan het eraan bijdragen om de impact van fossiele brandstoffen op het klimaat terug te brengen. Dit omdat water(damp) het enige is dat het voertuig, in dit geval de drone, uitstoot. We zien dat er door veel partijen in binnen- en buitenland hard wordt gewerkt om commerciële toepassingen hiervan tot een succes te brengen.” NLR werkt ook aan de integratie van waterstof in haar elektrisch aangedreven vliegtuig.
Voordelen en uitdagingen van waterstof als energiedrager
Waterstof (H2) is het eenvoudigste, lichtste en meest voorkomende element dat we kennen. Bij kamertemperatuur is waterstof een niet-giftig kleurloos en geurloos gas. Bij een temperatuur onder -252,77 °C wordt waterstof vloeibaar. Dat is bijna het absolute nulpunt (0 kelvin). De drone gebruikt waterstof als een energiedrager (geen energiebron): in een brandstofcel wordt waterstofgas samen met zuurstof uit de buitenlucht omgezet in water (H2O). Bij dat proces komt energie in de vorm van elektriciteit en restwarmte vrij.
Gewicht, of eigenlijk ‘massa’, speelt in de luchtvaart uiteraard een grote rol. Het grote voordeel van waterstof is de relatief hoge energie-inhoud per massa (kWh/kg). De massadichtheid (kg/liter) en energie-inhoud (kWh/liter) van waterstof bij atmosferische druk is echter erg laag. Indien je de waterstof afkoelt tot ca. -253°C is de energie-inhoud echter beduidend hoger, maar nog wel een factor vier lager dan bijvoorbeeld diesel of kerosine.
