Voor $140.000 kun je je eigen elektrische vliegtuig besturen. Het Sloveense bedrijf Pipistrel verkoopt de Alpha Electro, het eerste elektrische vliegtuig dat in 2018 door de Federal Aviation Administration (FAA) als luchtwaardig is gecertificeerd. Het is een weltergewicht van slechts 368 kilo, aangedreven door een 21 kWh batterijpakket – ongeveer een vijfde van het vermogen van wat je zou vinden in een Tesla Model S. Gedurende ongeveer 90 minuten houdt het pilootopleidingsvliegtuig jou en een metgezel in de lucht zonder een druppel fossiele brandstof te verbranden.
Degenen onder ons zonder een pilotenbrevet zullen langer moeten wachten op emissievrij vliegen – maar niet veel. Ondanks alle uitdagingen is 2020 een mijlpaaljaar gebleken voor de elektrische luchtvaart. Elektrische vliegtuigen hebben nieuwe afstandsrecords gevestigd, korte commerciële vliegroutes nagebootst, het Amerikaanse leger voor zich gewonnen en kopers aangetrokken van grote luchtvaartmaatschappijen.
En in juni hebben Europese regelgevende instanties aan een ander vliegtuig van Pipistrel, de Velis Electro, ’s werelds eerste elektrische “typecertificering” toegekend, waarmee het hele vliegtuigontwerp veilig en klaar voor massaproductie wordt verklaard (luchtwaardigheid certificeert alleen individuele vliegtuigen).
Er komt nog veel meer aan. Binnen twee jaar zult u Air Race E kunnen bijwonen, een circuit waar acht elektrisch aangedreven vliegtuigen het tegen elkaar opnemen en met een snelheid van 280 km/u van de grond vliegen. Electric vertical take-off and landing (eVTOL) leiders Archer, Joby, en Beta lezen hun batterij-aangedreven vluchten op de vraag voor certificering.
“Je hebt wat opschudding gezien in de elektrische luchtvaart, maar ziet het ook dichter bij de realiteit komen” in 2020, zegt John Hansman, directeur van MIT’s International Center for Air Transportation, en onderdeel van de hybride-elektrische vliegtuig startup Electra. “Het is duidelijk dat er een nieuwe klasse van elektrische vliegtuigen zal ontstaan. Volgend jaar zie je hybride en batterijvliegtuigen in gebruik of bijna in gebruik.”
De opmerkelijke vooruitgang in batterijen, elektromotoren en andere hardware die in elektrische auto’s zijn geïnstalleerd – evenals honderden miljoenen dollars in luchtvaarttoepassingen – hebben elektrische technologie veel dichter bij een commerciële start gebracht na jaren van twijfel. Volgens schattingen van de investeringsbank UBS zal de luchtvaartsector in 2035 voor 25% hybride of volledig elektrisch zijn.
Maar de opmars is niet zonder turbulentie verlopen. In januari barstte een volledig elektrisch prototype van Eviation tijdens grondtesten op een luchthaven in Arizona in vlammen uit, waarschijnlijk als gevolg van oververhitte batterijen (het bedrijf zegt dat het tegen 2022 in gebruik zal worden genomen). Uber verkocht zijn luchtvaartdivisie, Elevate, aan de startup Joby omdat de financiële vooruitzichten voor elektrisch verticaal opstijgen en landen (eVTOL) te ver verwijderd blijven van winstgevendheid voor de worstelende balans van Uber.
“Er is een groot verschil tussen een demonstratievliegtuig en een vliegtuig dat je probeert te certificeren,” zei Hansman, verwijzend naar een FAA-proces dat honderden miljoenen dollars over bijna een decennium vereist. Maar de nieuwe luchtrace is begonnen. Wie zal als eerste een commercieel elektrisch vliegtuig certificeren?
Waarom elektrisch?
De helft van alle vluchten wereldwijd zijn korter dan 500 mijl. Dat is de ideale plek voor elektrische vliegtuigen. Minder bewegende delen, minder onderhoud en goedkope(re) elektriciteit betekent dat de kosten met meer dan de helft kunnen dalen tot ongeveer 150 dollar per uur (kleinere vliegtuigen zoals die van Pipistrel kosten slechts een paar dollar). Voor luchtvaartmaatschappijen maakt dit geheel nieuwe routes mogelijk (en winstgevend) die nu met auto’s en treinen worden afgelegd, dankzij lagere brandstof-, onderhouds- en arbeidskosten.
Elektrische aandrijving lost bijna een ander probleem voor de luchtvaart op: koolstofuitstoot. De luchtvaart stoot meer dan 2% (pdf) van de CO2-uitstoot in de wereld uit, en halverwege deze eeuw kan dat al bijna een kwart zijn. Nu er nog geen alternatieve brandstof beschikbaar is en het aantal vliegtuigpassagiers in 2035 verdubbeld zal zijn, biedt elektriciteit de luchtvaart misschien wel de beste oplossing in een wereld waarin het klimaat beperkt is.
Dat maakt 2021 waarschijnlijk tot het jaar van de hybride. Op weg naar het ontwerpen van volledig elektrische vliegtuigen, passen elektrische luchtvaartbedrijven aan wat werkt om in de lucht te blijven. Dit was de strategie van het in Los Angeles gevestigde Ampaire met zijn “Electric EEL,” die een verbrandingsmotor in de neus koppelt aan een elektrische propellermotor achteraan. De aangepaste Cessna 337 Skymaster is een van de eerste hybriden die goedkeuring kreeg onder de experimentele vliegtuigcertificering van de FAA (alleen essentiële bemanning en personeel mogen vliegen).
In oktober voltooide de EEL een testvlucht van 341 mijl tussen Los Angeles en de San Francisco Bay Area, de langste elektrisch-hybride vlucht ooit voor een commercieel vliegtuig, beweert het bedrijf. Ampaire vliegt nu proefvluchten van 15 minuten in samenwerking met Mokulele Airlines uit Hawaï om de haalbaarheid aan te tonen van snelle reizen tussen de kleine luchthavens van de eilanden met schijnladingen. In 2021 zegt het bedrijf te gaan vliegen in het Verenigd Koninkrijk, samen te werken met NASA om zijn vliegtuigontwerpen te reviseren, een toeleveringsketen op te bouwen en de basis te leggen voor zijn eigen voertuig, de Tailwind, een op maat gemaakte elektrische jet op de tekentafel (en aerodynamische testkamers).
“Clean-sheet design”
De ultieme prijs is het ontwerpen van een geheel nieuw elektrisch vliegtuig. Maar het certificeren van een nieuw vliegtuig blijft lastig en kostbaar. “Het kost veel tijd en veel geld om een nieuwe planeet van de grond af aan op te bouwen,” zegt Kevin Noertker, medeoprichter van Ampaire. “Het zal vijf tot zeven jaar duren voordat je een clean-sheet ontwerp hebt. Veel bedrijven proberen ons ongelijk te bewijzen, maar als ze slagen, zal het een veel betere wereld zijn.”
Ampaire
Eviation Aircraft is een van de startups die het verst op deze baan staat. Zijn nieuwe elektrische vliegtuig, Alice, maakte een plons nadat een verkleinde versie een autonome demonstratievlucht voltooide op de Paris Air Show in 2017. Sindsdien, meldt Eviation, heeft het vliegtuig met negen zitplaatsen en 4 miljoen dollar meer dan 150 bestellingen ontvangen. Voor grotere vliegtuigen zegt Wright Electric dat het bezig is met de bouw van een vloot van 186-zits elektrische vliegtuigen voor de Britse budgetmaatschappij easyJet die in 2030 moeten uitkomen.
Dan zijn er de vaartuigen die helemaal geen startbaan nodig hebben. Luchttaxi’s, vergelijkbaar met uit de kluiten gewassen drones, beloven de prijs en het gemak van stadsvluchten laag genoeg te brengen om steden en bezorging op dezelfde dag te transformeren. Het eVTOL-vliegtuig van Archer Aviation zal vier passagiers in zijn voertuigen met snelheden tot 150 mph ongeveer 60 mijl vervoeren. “We bouwen ’s werelds eerste volledig elektrische luchtvaartmaatschappij,” zegt Adam Goldstein, mede-oprichter van Archer. “Je kunt ons verwachten om te vliegen in 2021.” Het bedrijf richt zich op stedelijke routes tegen de prijs van een UberX, ongeveer $3 tot $6 per passagier-mijl. Tegen 2024 is het bedrijf van plan om het publiek in zijn voertuigen te laten rijden. Archer is, net als rivalen Joby en Beta, bezig met een race om FAA-certificering voor hun vliegtuigen te bemachtigen.
De nieuwste ontwikkelingen zijn STOL-vliegtuigen (short take-off and landing). Deze combineren de eenvoud en kostenbesparing van vliegtuigen met vaste vleugels met extreem korte opstijgafstanden van 100 voet of minder, ongeveer een derde van een voetbalveld. Een reeks elektromotoren langs de vleugels genereert extra lift, waardoor een deel van de technische complexiteit en certificeringsuitdagingen waarmee eVTOL’s worden geconfronteerd, worden vermeden.
Zij zullen allemaal voor moeilijke beslissingen komen te staan om ervoor te zorgen dat de juiste technologie in het vliegtuig terechtkomt in een tijd waarin de ontwerpen snel evolueren, zegt Matt Trotter van Silicon Valley Bank: “Het tempo van innovatie in de luchtvaart ligt nu hoger dan we ooit hebben gezien bij de ondernemers met wie we spreken.” Brandstof, autonomie en vormfactoren liggen allemaal voor het grijpen. Batterijen zijn goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar, maar waterstof lijkt steeds aantrekkelijker voor vluchten van meer dan een paar honderd kilometer (de winning en opslag ervan blijft een uitdaging).
Autonome commerciële vliegtuigen komen eindelijk ook van de grond, en het koppelen van pilootloze vliegtuigen aan elektrische aandrijving zou enorme kostenbesparingen kunnen opleveren. Maar de FAA laat piloten de cockpit nog niet verlaten. En exotische vliegtuigvormen zijn van de tekentafel verdwenen nu kleine elektromotoren ruimtevaartingenieurs laten experimenteren met het plaatsen van een – of een dozijn – op verschillende oppervlakken van het casco.
Dit alles dwingt startups om vliegtuigen te ontwikkelen die geschikt zijn voor verschillende technologieën die in de komende jaren waarschijnlijk aan populariteit zullen winnen. Jeff Engler, CEO van Wright Electric, zegt dat zijn bedrijf bezig is met de “parallelle verwerking” van verschillende ontwerpen terwijl het zich voorbereidt op de certificering van een vliegtuig dat geschikt is voor batterijen, hybride of waterstof. In totaal zouden er in 2019 naar schatting ongeveer 200 elektrische vliegtuigen in ontwikkeling zijn, een derde meer dan een jaar eerder.
Investeerders zetten gretig in op de sector. “De grootste verandering die we de laatste tijd zien is de toegang tot kapitaal voor deep tech,” zegt Trotter. Sinds 2015 hebben 10 van de toonaangevende elektrische luchtvaartstartups wereldwijd meer dan $ 1,2 miljard opgehaald, de meeste in het afgelopen jaar (geleid door een ronde van $ 590 miljoen door Joby Aviation), volgens PitchBook. Luchtvaartmaatschappijen pompen geld in de toeleveringsketen voor elektrische aandrijving. De investeringsfondsen van JetBlue Airways hebben de afgelopen drie jaar 250 miljoen dollar geïnvesteerd in startende bedrijven die zich bezighouden met elektrisch vliegen, en Intel, Toyota Motor, Daimler en Geely Automobile in China storten zich op dit gebied.
En het leger keert terug naar zijn wortels als vroege financier van technologie uit Silicon Valley: De marine en de luchtmacht bieden beide fondsen, steun en tests voor autonome en elektrische vrachtdrones. Het vierpersoons eVTOL-vliegtuig van Joby Aviation heeft onlangs een luchtwaardigheidscertificaat van de luchtmacht gekregen om militaire missies te gaan vliegen (19 andere bedrijven staan in de rij om hetzelfde te doen).
Deze bedrijven zullen al het geld nodig hebben dat ze kunnen krijgen. Startende bedrijven in de elektrische luchtvaart, zo voorspelt een directielid van een luchtvaartmaatschappij, hebben misschien wel 17 miljard dollar (misschien wel 40 miljard dollar) nodig om hun vliegtuigen te certificeren en hun bedrijf op te bouwen, een aanzienlijk deel van het risicokapitaal per jaar. Een paar bedrijven hebben al een noodlanding gemaakt. Zunum Aero, ondanks het ophalen van $ 6,8 miljoen van investeerders waaronder Boeing en JetBlue, raakte in 2018 door zijn geld heen en ontsloeg 70 personeelsleden (het is nu weer bezig met fondsenwerving). Zonder massale infusies van contant geld en nieuwe bronnen van inkomsten voordat hun eigen vaartuigen klaar zijn om te vliegen, zullen meer bedrijven zich waarschijnlijk bij Zunum aansluiten.
De elektrische luchtvaartrace zal net zo veel tegen faillissement zijn als rivalen.