Als de wereldwijde inspanningen gericht op het verminderen van de koolstofuitstoot hun doel missen en de temperatuur stijgt, zou er als laatste redmiddel kunnen worden gekozen voor methodes op basis van geo-engineering, zoals het injecteren van aerosolen in de stratosfeer. Dat leidt tot de vorming van stratosferische wolken die een deel van het binnenkomende zonlicht weerkaatsen. Studenten van de TU Delft hebben de praktische aspecten van deze optie onderzocht, inclusief het ontwerp van een nieuw vliegtuig om de aerosolen in de stratosfeer te brengen én een ruwe schatting van de kosten: 11 miljard dollar per jaar.

Solar Radiation Management

Uit de huidige klimaatmodellen blijkt dat de kans bestaat dat de maatschappelijke respons op de opwarming van de aarde niet snel genoeg in de praktijk wordt gebracht en niet snel genoeg effectief zal zijn om de temperaturen binnen een veilig bereik te houden. In dat geval zal het wellicht nodig zijn om door middel van een interventie de temperatuurstijging tijdelijk te onderbreken totdat de preventieve oplossingen voor de lange termijn hun effect bereiken.

Stratosferische geo-engineering, Solar Radiation Management (SRM) om precies te zijn, is zo’n tijdelijke interventie. Eén mogelijke implementatie van SRM is het injecteren van aerosolen in de stratosfeer, waardoor stratosferische wolken ontstaan die een deel van het binnenkomende zonlicht weerkaatsen. In feite wordt er een vulkaan nagebootst door zwavelzuur in de atmosfeer te spuiten. De dunne, langdurig aanwezige nevel reflecteert een klein deel van het zonlicht en houdt ons op die manier koel.

Zonsondergang in Hongkong, een jaar na de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen, waarop zichtbaar is hoe aerosolen die vrijkomen bij een vulkaanuitbarsting het milieu kunnen beïnvloeden (foto: JackyR, Wikipedia)

Laatste redmiddel

Om de kosten en effecten van een dergelijk systeem inzichtelijk te maken hebben studenten van de TU Delft (faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) een onderzoeksrapport opgesteld* met een beschrijving van een voorlopig technisch en operationeel ontwerp van een vloot van speciaal gebouwde Stratospheric Aerosol Geoengineering Aircraft (SAGA’s) – vliegtuigen die per jaar vijf megaton aan aerosolen naar hoogtes tussen 18,5 en 19,5 km kunnen brengen.

Dr. Steve Hulshoff, begeleider van dit studentenproject, vertelt: “Ik wil benadrukken dat dit wat ons betreft geen manier is om het wereldwijde probleem van opwarming van de aarde ‘op te lossen’. Nog afgezien van het verloren gaan van de blauwe hemel heeft SRM potentieel ernstige gevolgen voor het milieu. In de eerste plaats moeten we de koolstofuitstoot beperken. Als we daar wereldwijd niet in slagen en de temperaturen stijgen tot gevaarlijke hoogte, dan zou het een optie kunnen zijn om methodes voor geotechnologie zoals SRM te gebruiken om de temperatuurstijging te stoppen. Maar dan alleen als laatste redmiddel.”

Stratospheric Aerosol Geoengineering Aircraft

Toch heeft de groep studenten onderzoek gedaan naar een aantal praktische aspecten van dit ‘laatste redmiddel’. Het ontwerpen van een vliegtuigsysteem om aerosolen mee in de stratosfeer te brengen heeft waardevolle inzichten opgeleverd in de praktische aspecten van geo-engineering. Het vliegtuig is speciaal ontworpen voor geo-engineering toepassingen – en verder niets. Het is ontworpen voor extra hoogte, maar zal geen grote afstanden hoeven vliegen: het bereik is iets meer dan de helft van dat van een jumbo.

Alle aspecten van het ontwerp van de SAGA-missie zijn gericht op vlieghoogte en een grote nuttige lading. Allereerst is er een operationeel scenario ontwikkeld, waarbij gebruik wordt gemaakt van 344 onbemande vliegtuigen die samen goed zijn voor 572 vluchten per dag, met speciale nadruk op het zo efficiënt mogelijk naar de stratosfeer brengen van 5 megaton zwavelzuur in aerosolvorm, wat theoretisch voldoende zou moeten zijn om temperatuurstijgingen tegen te gaan. 

Isometrische afbeelding van het SAGA-vliegtuig zoals voorgesteld door de studenten

Grote hoogte

Volgens het plan van de studenten van de TU Delft wordt er zwavelzuur in de gasfase uit het vliegtuig gestoten om de efficiënte vorming van aerosoldeeltjes mogelijk te maken. Het transport van aerosolen bij hogere temperaturen in combinatie met verdamping aan boord maakt verspreiding in de gasfase mogelijk, zodat het systeem energiezuinig werkt. De aerosol wordt in de tropen verspreid op hoogtes tussen 18,5 en 19,5 km.

De hoogte waarop de verspreiding plaatsvindt is een belangrijke factor voor het ontwerp van het vliegtuig. Een dergelijk grote hoogte vraagt om efficiënte stijging en een relatief hoge stuwkracht. Vanwege de behoefte aan efficiënte stijging is het ontwerp voorzien van een combinatie met een vleugeloppervlak van 700 m2. De structurele integriteit van deze lange, slanke vleugel wordt gegarandeerd met behulp van een verstevigingsstijl. Vier speciaal gebouwde motoren, die op zeeniveau elk 600 kN aan stuwkracht leveren, moeten de SAGA-vliegtuigen efficiënt van het nodige (stuw)vermogen voorzien.

Kosten

De kosten van SAGA zullen naar schatting bestaan uit aanloopkosten van 93.3 miljard Amerikaanse dollar en operationele kosten van 11 miljard dollar per jaar – volgens de studenten zijn dat acceptabele bedragen gezien de kosten die de opwarming van de aarde met zich meebrengt.

Op het ergste voorbereid
Het Climate Institute van de TU Delft is de plek waar klimaatonderzoekers en klimaatonderzoek binnen de TU Delft samenkomen om nieuwe wetenschappelijke kennis te ontwikkelen. Prof. Herman Russchenberg, directeur van het instituut, prijst en stimuleert het soort ‘outside the box’ denkwerk dat de studenten hebben laten zien, “aangezien de internationale gemeenschap nog steeds niet genoeg doet om de klimaatverandering onder controle te houden”. 

Volgens Russchenberg moeten we wel terughoudend zijn met het gebruik van dit soort technieken, aangezien we niet weten wat voor gevolgen deze zullen hebben voor ons ecosysteem, we niet voldoende hebben gekeken naar de juridische en ethische aspecten, en zelfs de kans bestaat dat we het probleem verergeren door de temperatuurstijging tijdelijk te maskeren. “Maar er komt misschien een moment waarop we dit soort technieken nodig hebben, leuk of niet. Hoe sneller we onderzoek doen naar de praktische aspecten, de mogelijke valkuilen en de gevolgen, hoe beter beslagen we ten ijs komen.”

Meer informatie

*De Design Synthesis Exercise (DSE) is de afsluiting van het bachelorgedeelte van het onderwijs binnen de faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in Delft. Het rapport over SAGA is geproduceerd door een van de groepen studenten die deelnamen aan de meest recente editie van deze DSE.

Begeleider: dr. Steve Hulshoff, 015 27 81538, S.J.Hulshoff@tudelft.nl, http://staff.tudelft.nl/S.J.Hulshoff/
Prof. Herman Russchenberg, directeur TU Delft Climate Institute, 015 27 86292, H.W.J.Russchenberg@tudelft.nl,

Het rapport is beschikbaar voor journalisten. Neem daarvoor contact op met Roy Meijer, adviseur wetenschapscommunicatie TU Delft, 015 2781751, r.e.t.meijer@tudelft.nl.