Het is een schoon alternatief dat over tien jaar al realiteit kan zijn.

Op dit moment zijn we nog afhankelijk van vervuilende fossiele brandstoffen als primaire energiebron, vooral bij transport. Maar zoals we allemaal weten is de situatie onhoudbaar. Fossiele brandstoffen kunnen niet alleen opraken, tijdens de verbranding komen broeikasgassen vrij die schadelijk zijn voor het milieu. Dit draagt bij aan de opwarming van de aarde en leidt tevens tot gezondheidsklachten. Maar onderzoekers hebben mogelijk dé oplossing waar we zo hevig naar zoeken.

Geen fossiele brandstoffen
“De motivatie van ons werk is om het probleem van de opwarming van de aarde als gevolg van het gebruik van verbrandingsmotoren die op fossiele brandstof werken – zoals die van auto’s en vliegtuigen – op te lossen,” vertelt onderzoeker Jau Tang. En daar zijn de onderzoekers in geslaagd. Zij presenteren nu met trots een prototype dat elektriciteit en de lucht eromheen gebruikt als aandrijving. “Er komt geen fossiele brandstof aan te pas en daarom is er ook geen CO2-uitstoot die broeikaseffecten of de opwarming van de aarde veroorzaakt.”


Hoe werkt het?
Afgezien van vast, vloeibaar en gas is plasma de vierde toestand van materie. “Plasma bestaat uit een verzameling van geladen ionen,” legt Tang aan Scientias.nl uit. “Het komt van nature voor op plekken zoals op de zon en in bliksem, maar kan ook worden gegenereerd.” Voor conventionele straalmotoren van vliegtuigen worden fossiele brandstoffen en zuurstof in een verbrandingskamer verbrand om op die manier een hele hete straal voor voortstuwing te produceren. Maar de onderzoekers gooiden het in hun studie over een andere boeg. “In ons prototype-apparaat gebruikten we alleen elektriciteit en lucht, dus géén fossiele brandstoffen,” zegt Tang. De onderzoekers creëerden een plasmastraal door lucht onder hoge druk samen te persen en microgolven te gebruiken om de lucht onder druk te ioniseren.

Stalen bal
Tijdens een experiment slaagden de onderzoekers erin om op deze manier een stalen bal van 1 kilogram op te doen stijgen en over een buis met een diameter van 24 millimeter heen te tillen. “We waren verrast om te zien dat we met een vermogen van slechts 400 Watt de kogel konden optillen,” vertelt Tang. “Dit betekent dat bij 1 kW de hefkracht ongeveer 28N is. We waren best verbaasd toen we ontdekten dat dit in dezelfde orde van grootte ligt als de stuwdruk van een commerciële straalmotor.”

Illustratie van het nieuwe prototype en de heldere plasmastraal bij verschillende vermogens. Afbeelding: Jau Tang and Jun Li

De bevindingen uit de studie suggereren dat straalmotoren op basis van microgolf-luchtplasma een potentieel levensvatbaar alternatief kan zijn voor de conventionele straalmotor aangedreven door fossiele brandstof. De vraag is echter of de nieuwe methode ook net zo effectief is. “Het verbranden van fossiele brandstoffen is misschien goedkoper, maar in dat geval wordt er geen rekening gehouden met de kosten die we maken door schade aan het milieu,” licht Tang toe. “Bovendien is bekend dat de efficiëntie van een hedendaagse automotor slechts rond de 20 procent ligt. We hebben de efficiëntie van ons prototype nog niet helemaal in kaart gebracht, maar we zijn ervan overtuigd dat dit beter moet zijn dan 20 procent.”


Uitdagingen
Hoewel de bevindingen veelbelovend klinken, zijn er toch nog wel wat obstakels te overbruggen. “De toekomstige uitdaging is om de werking op te schalen naar een veel hoger vermogen,” vertelt Tang. “Zeg honderden kW of zelfs MW. Een andere uitdaging is de ontwikkeling van nieuwe technologie om elektriciteit op te slaan. Om een groter vliegtuig een langere afstand te laten vliegen, hebben we namelijk veel elektriciteit nodig, ook al is het niet nodig om tijdens de vlucht lucht te vervoeren.”

Binnen tien jaar
De studie wijst uit dat in de toekomst vliegtuigen, auto’s en schepen mogelijk elektriciteit en de lucht om hen heen kunnen gebruiken als aandrijving. En hoe futuristisch dit ook klinkt, wellicht hoeven we hier niet eens heel lang op te wachten. “We denken dat plasmamotoren voor kleinere transportvoertuigen binnen tien jaar al realiteit kunnen zijn,” stelt Tang. “Voor grote vliegtuigen kan dit echter wat langer duren.” Maar dat dergelijke motoren ook ooit voor jumbo jets realiteit worden, is een belangrijk streven.

Het is overigens niet voor het eerst dat onderzoekers alternatieven bedenken voor vliegtuigbrandstof. Bijna een jaar geleden kwam een onderzoeksteam met het ingenieuze idee om plastic afval – waaronder waterflessen, melkpakken en plastic zakken – om te zetten in vliegtuigbrandstof. Het bewijst maar weer hoe creatief wetenschappers kunnen zijn in het bedenken van nieuwe methodes om onze planeet een betere leefbare plek te maken.