Voor het eerst heeft boven Nederland een toestel op vloeibare waterstof gevlogen. Het ging om een drone van Koninklijke NLR. Het onderzoeksinstituut zegt met de proefvlucht van de Hydra II een ‘belangrijke stap in de ontwikkeling van duurzamere luchtvaart’ te hebben gezet.

Waterstof wordt gezien als een van de energiedragers waarmee de vervuilende luchtvaart schoner kan worden. Enkele jaren geleden liet NLR al eens een toestel vliegen op gasvormig waterstof, maar in vloeibare vorm is waterstof voor vliegtuigen veel bruikbaarder: de energiedichtheid ligt dan veel hoger, zodat het volume beperkt kan blijven. Om van betekenis te zijn voor de luchtvaart, waar massa en gewicht vaak leidend zijn, is dat een cruciale voorwaarde.

Extreem lage temperatuur

De proefvlucht duurde enkele minuten en vond plaats boven het NLR-terrein in Marknesse in de Noordoostpolder. Het aantal vluchten wereldwijd dat met vloeibare waterstof heeft plaatsgevonden, is ‘op de vingers van één hand te tellen’, zegt voorlichter Kees de Waal van NLR.

Wat het zo ingewikkeld maakt, is de extreem lage temperatuur. Om waterstof vloeibaar te maken, moet het worden gekoeld tot beneden de -252,77 °C, ‘dichtbij het absolute nulpunt’, zegt De Waal – anders gaat de waterstof koken. NLR ontwikkelde om het spul koel te houden een vacuüm-geïsoleerde aluminium tank. De Waal: ‘Oneerbiedig gezegd is dat een soort dikke thermosfles die we onderaan de drone hebben gehangen.’ 

Maiden flight of a drone on liquid hydrogen, a Dutch first

Aan de kook

De waterstof wordt vanuit de thermosfles naar een brandstofcel geleid. Dat gaat via sensoren, om de juiste dosering te garanderen. Onderweg warmt de waterstof op, raakt aan de kook en wordt dan gasvormig.

‘Maar dan nog is de waterstof te koud voor de brandstofcel’, zegt De Waal. Om te voorkomen dat alles bevriest, wordt de waterstof daarom langs verwarmingselementen geleid.

In de brandstofcel wordt de waterstof uiteindelijk omgezet in elektriciteit. Daarop draait de elektromotor van de drone.

Het hybride toestel had ook een accu aan boord. Het toestel gebruikte die om loodrecht op te stijgen, wat relatief veel vermogen vraagt. In de lucht schakelde het vervolgens over op de elektriciteit uit waterstof.

Logistiek proces

Met de vlucht is niet alleen aangetoond dat de technologie werkt, zegt De Waal, maar dat het ook lukt om het hele logistieke proces eromheen veilig te organiseren. Er komt namelijk nogal wat bij kijken wanneer er met vloeibare waterstof wordt gewerkt.

Met name met de tank vol vloeibaar waterstof moet uiterst behoedzaam worden omgesprongen, waarbij het een uitdaging is de temperatuur niet te laten stijgen. De tank wordt tijdens de vlucht niet actief gekoeld.

Ideaal testplatform

De Waal benadrukt dat ook vloeibare waterstof niet de ‘silver bullet’ is die aan alle uitstoot van de luchtvaart een einde zal maken. ‘We zijn op allerlei manieren op zoek naar alternatieven voor het gebruik van kerosine. Waterstof geldt daar als een van een van de oplossingsrichtingen.’ 

Omdat drones klein zijn, relatief goedkoop en technisch niet al te ingewikkeld, vormen ze een ideaal testplatform voor nieuwe technologie.

Tweepersoonsvliegtuig

In 2019 voerde NLR met de HYDRA I een eerste waterstofvlucht uit, toen op gasvormig waterstof. In de tussentijd experimenteerden de onderzoekers ook met een volledig elektrisch tweepersoonsvliegtuigje, de Pipistrel Velis Electro.  

De NLR hoopt nu dat toestel te kunnen voorzien van een brandstofcel met een vloeibare waterstoftank. Het Duitse H2FLY slaagde er in 2023 al eens in om zo’n testvlucht uit te voeren met een verbouwd ander type toestel van de Sloveense bouwer Pipistrel.   

Duurzame toekomst

Vloeibare brandstof geldt als een kansrijke energiedrager omdat de energiedichtheid relatief hoog is, al is die nog wel een factor vier lager dan van kerosine. In de brandstofcel wordt gasvormig waterstof samen met zuurstof uit de buitenlucht omgezet in water. 

Daarbij komt energie vrij in de vorm van elektriciteit en restwarmte. Op die elektriciteit kan de elektromotor van de drone – en van toekomstige duurzame vliegtuigen - draaien.

Foto: Koninklijke NLR