Dat verwacht Wim Pasteuning, chief technology officer bij Fokker Technologies. Zijn bedrijf ontwikkelt en produceert onder meer vliegtuigonderdelen, met een speciale aandacht voor zogenaamde light weight structures.
‘De belangrijkste parameter in commerciële vliegtuigbouw is gewicht. De concurrentie in de internationale luchtvaart is enorm, het is een verdringingsmarkt, waardoor prijzen flink onder druk staan. Ondernemingen die hun brandstofkosten – een belangrijke kostenpost – relatief laag kunnen houden, kunnen een concurrentievoordeel behalen. Met andere woorden, als je het gewicht van je vloot kunt verlagen, zonder te compromitteren op veiligheid, blijf je in business. Vandaar dat vliegtuigbouwers in de laatste drie decennia stukje bij beetje kunststof onderdelen hebben ingepast. Om je een idee te geven: in 1980 bestond een vliegtuig voor 95 procent uit metaal (staal, aluminium, titanium et cetera), anno 2013 is dat nog 50 procent.’
Dreamliner
De Boeing 787 Dreamliner, die in 2009 op de markt kwam, is inmiddels voor 50 procent (van het gewicht, red.) opgebouwd uit composietmaterialen. Aluminium (20 procent), titanium (15), staal (10) en overige materialen (5) completeren het plaatje. De composietmaterialen zijn opgebouwd uit CFRP (carbon fiber reinforced plastic). Elke versie van de 787 bevat ruim 32.000 kilogram aan CFRP, waarvan 23 ton aan koolstofvezels. Boeing gebruikt CFRP in de romp, de vleugels, de start, de deuren en in het interieur.
Pasteuning voorziet dat het aandeel van composieten nog verder toe zal nemen, al zal metaal altijd worden gebruikt. Zo zal de romp altijd een bepaalde hoeveelheid aan metaal moeten bevatten om de geleidbaarheid van het materiaal – zie een blikseminslag – te garanderen.
‘Composieten kunnen zoals gezegd, met een lager gewicht, dezelfde functies vervullen als aluminium onderdelen. Bovendien zijn deze materialen niet gevoelig voor corrosie en komen (haarlijn)breuken nauwelijks voor. Dat betekent dat onderhoudskosten van het vliegtuig lager uitvallen. Ook een pluspunt is het hogere vliegcomfort. De flexibiliteit van composieten (bijvoorbeeld in de vleugels) maakt dat vliegtuigen schokken, bijvoorbeeld door turbulentie of door landingen, beter op kunnen vangen.’
Stringente tests
Composieten bieden ontwerpers van vliegtuigonderdelen ook meer mogelijkheden om de vliegeigenschappen te verbeteren. Los van de materialen (bijvoorbeeld koolstofvezels en harsen) en materiaalcombinaties die binnen een composiet kunnen worden gemaakt, kunnen ook de vorm en de interne structuur worden beïnvloed. ‘Je kunt variëren met het aantal lagen, maar je kunt ook de richting van de lagen sturen. Hierdoor kun je de aerodynamische vormgeving optimaliseren en met minder materiaal toe, waardoor wij veiliger, stiller en zuiniger kunnen vliegen.’
Nu is het inzetten van composieten in de vliegtuigbouw een kwestie van een lange adem. De reden is eenvoudig: de luchtvaart kent zeer strenge veiligheidseisen (brandwerendheid, crashtests et cetera), waardoor materialen stringente testprocedures moeten ondergaan.
Dat is ook een reden dat deels biobased composieten nog niet zijn doorgedrongen in de vliegtuigbouw. Pasteuning verwacht dat het nog wel 20 jaar zal duren voordat de eerste materialen zullen worden toegepast.
Automotive als voorloper
De Fokker-man verwacht niet dat het (mogelijk) verbeterde functionele eigenschappen zijn, die de inzet van biocomposieten in aviation zullen bevorderen. ‘Groener produceren, lees met minder CO2-emissies, is wel een driver. ‘Binnen de EU loopt het Clean Sky-programma, waaraan onder meer Airbus en Dassault participeren.’ Binnen Clean Sky wordt ook aandacht besteed aan ecodesign, waarin onderzoekstrajecten naar onder meer (bio)composieten lopen. Volgens Pasteuning staat dit onderzoek nog wel in de kinderschoenen. Er is nog nauwelijks onderzoek verricht naar belangrijke parameters, zoals flexibiliteit of levensduur.
Pasteuning kijkt met een meer dan gemiddelde interesse naar ontwikkelingen in automotive naar het gebruik van verschillende biobased materialen, bijvoorbeeld op basis van natuurvezels, biobased harsen et cetera.
‘De rol van de automotive sector is belangrijk. Ze zorgt uiteindelijk voor het benodigde volume (zie prijsvorming) en doet momenteel al onderzoek waarvan aviation, ook al heeft het strengere veiligheidseisen, kan profiteren.’
