De Lucht Elektrificeren – Wanneer Zullen Luchtvaart-EV’s Zich Manifesteren?

Aardse elektrische voertuigen zijn nu helemaal in de mode. Zoals we eerder hebben gedeeld, bereikte de wereldwijde EV-verkopen bijna 14 miljoen vorig jaar, waardoor het wereldwijde elektrische wagenpark op 40 miljoen in 2023 kwam.

Maar wat met de lucht? Is er enige vooruitgang geboekt met luchtvaart-EV’s? Nou, die is er, maar ze zijn simpelweg nog niet zo populair of breed geaccepteerd als weg-EV’s. 

Voordat we dieper ingaan op de stand van hun ontwikkeling, laten we eerst zien wat ze zijn. Luchtvaart elektrische voertuigen zijn simpelweg vliegende vliegtuigen die elektrische energie gebruiken. Ze omvatten zowel bemande als onbemande luchtvaartuigen, die verticaal opstijgen en landen.

Aangezien de luchtvaart verantwoordelijk is voor 3,5% van de klimaatverandering en in 2021 de Environmental Protection Agency (EPA) uitgaf een broeikasgasemissienorm uitsluitend voor vliegtuigen, is er nu een groeiende belangstelling voor luchtvaart-EV’s.

In plaats van fossiele brandstoffen te gebruiken, draaien deze vliegtuigen op elektriciteit, wat, zoals Mogale Modisane, een vertegenwoordiger van de VN’s World Energy Council, opmerkt:

“Maakt de luchtvaart niet alleen duurzamer, maar vermindert ook drastisch de geluidshinder en de koolstofuitstoot die door vliegtuigen worden geproduceerd.”

De motoren van luchtvaart-EV’s worden aangedreven door batterijpakketten die een “stillere en soepelere rit vergeleken met hun verbrandings tegenhangers” mogelijk maken, voegde Modisane toe.

Het Begin van Stedelijke Luchtmobiliteit

Een van de belangrijkste voorbeelden van deze nieuwe vorm van luchtvervoer is eVTOL, een elektrisch verticaal opstijgend en landend vliegtuig. Dus, het zijn niet echt vliegtuigen; eerder kunnen ze variëren van bezorgdrones tot stedelijke lucht taxi’s.

Als het gaat om stedelijke luchtmobiliteit (UAM), behoren deze elektrische vliegtuigen tot de innovaties die heel dicht bij realiteit staan. Er wordt verwacht dat duizenden eVTOL’s tegen het einde van dit decennium zouden kunnen vliegen. 

Geprezen als betaalbaar, stil, veilig en milieuvriendelijk, je zou er binnenkort in de komende paar jaar in kunnen vliegen, eigenlijk.

Het Midden-Oosten wordt in het bijzonder een van de snelst groeiende regio’s voor eVTOL-operaties. Hier staan de VAE en Saoedi-Arabië aan de voorhoede van toekomstig luchtvervoer. 

De in de VS gevestigde eVTOL-fabrikant Joby heeft al een overeenkomst getekend met de Road and Transport Authority (RTA) van Dubai om lucht taxi-diensten te lanceren tegen 2026, met initiële operaties die volgend jaar beginnen. Een andere Amerikaanse eVTOL-leverancier, Archer Aviation (ACHR ), heeft een overeenkomst getekend met Abu Dhabi om tegen eind 2025 elektrische lucht taxi-vluchten door de Emiraten te starten.

Chinese fabrikant EHang heeft ondertussen de eerste passagiersdemo-vlucht van de EH216-S, een onbemande eVTOL, in Abu Dhabi eerder dit jaar voltooid. 

Volgens McKinsey-experts kunnen tegen 2030 toonaangevende bedrijven in de passagiers-AAM-sector veel meer dagelijkse vluchten aanbieden, die korter zullen zijn en met minder passagiers aan boord, dan de grootste luchtvaartmaatschappijen ter wereld. 

Tegen deze achtergrond heeft de Amerikaanse Federal Aviation Administration (FAA) vorige week definitieve regels uitgegeven voor het exploiteren van lucht taxi’s. De FAA zei dat lucht taxi’s tot Advanced Air Mobility (AAM) flyers behoren. Ze zijn sterk geautomatiseerd, aangedreven door elektriciteit en hebben verticale start- en landingsmogelijkheden, legde de instantie uit.

Ook beschouwd als ‘power-lift’ voertuigen, bevatten ze elementen van zowel vliegtuigen als helikopters, aldus de FAA. Terwijl ze aanvankelijk gebruik zullen maken van bestaande reisroutes en landingsstructuren die momenteel door helikopters worden gebruikt, zullen de nieuwe regels piloten toestaan te trainen met één enkele set vluchtbesturingen. 

Power-lift vliegtuigen, zei FAA-administrator Mike Whitaker, zijn “de eerste nieuwe categorie vliegtuigen in bijna 80 jaar”, en de nieuwe regels zullen de deur openen om hun wijdverspreide AAM-operaties in de VS te ondersteunen.

Om deze sector te bevorderen, gaf de FAA vorige maand een subsidie van $3,34 mln aan Wright Electric samen met haar partners, waaronder NASA, DOE en DOD, onder het Fueling Aviation’s Sustainable Transition (FAST) programma. Met deze subsidie wil de FAA een nieuwe klasse batterijen ontwikkelen voor grote elektrische vliegtuigen die meer dan 100 passagiers kunnen vervoeren, wat meer dan 90% van de CO2-uitstoot van de luchtvaartindustrie vertegenwoordigt.

Nieuwe Grond Verleggen

Naarmate de race om de luchtvaartindustrie te decarboniseren op gang komt, werken bedrijven nu aan manieren om passagiersvliegtuigen volledig op elektrische energie te laten opereren.

E9X is een nieuw ontworpen elektrisch vliegtuig, waarvan het ontwerp werd geconceptualiseerd door de luchtvaart-startup Elysian en de Delft University of Technology in Nederland. Het vliegtuig kan meer passagiers (90) vervoeren en verder (tot 500 mijl) vliegen op één lading dan voorheen werd gedacht.

Deze schattingen zijn gebaseerd op een theoretisch batterijpakket van 360 wattuur per kilogram. Ter vergelijking, Tesla (TSLA ) batterijen hebben een dichtheid tussen 272 en 296 Wh/kg.

Het gewicht van de elektrische batterij, volgens Jayant Mukhopadhaya, een senior onderzoeker bij de International Council on Clean Transportation (ICCT), is de belangrijkste beperking van deze vliegtuigen, aangezien conventionele commerciële batterijen ongeveer 50 keer minder energie per pond opslaan dan vliegtuigbrandstof. Als gevolg hiervan zouden we voor een vliegtuig zo groot als de Boeing 737 ongeveer 35 ton batterijen nodig hebben.

“Hoge-dichtheidsbatterijtechnologie is momenteel een van de uitdagingen, omdat opschalen van productie en verdere verbetering van de dichtheid cruciaal blijven voor brede adoptie.”

– Simay Akar, senior lid bij IEEE

Hoewel de batterij de primaire zorg is, is het ontwerp ook cruciaal. Daarom zijn de vleugels van het E9X-vliegtuig extreem groot ten opzichte van de romp, wat de aerodynamische efficiëntie verhoogt. 

“Je moet niet aannemen dat een elektrisch vliegtuig er uit zal zien als de (meest succesvolle) vliegtuigen van vandaag.”

– Reynard de Vries, directeur van design en engineering bij Elysian

Bovendien zullen de batterijen niet in de romp, maar in de vleugels worden geplaatst, omdat ze een groot deel van het gewicht van het vliegtuig uitmaken, en gewicht moet worden geplaatst “waar de lift wordt gegenereerd”.

De E9X is echter voorlopig alleen een concept en zal niet vliegen tot ten minste 2033. Er zijn echter al andere elektrische passagiersvliegtuigen, zoals Aviation Alice, waarvan het prototype jaren geleden werd getest, eind 2022, met een streefdatum van 2027 voor volledige productie. Eviation Alice is echter ontworpen om slechts negen passagiers en twee bemanningsleden te vervoeren met een bereik van ongeveer 250 nautische mijl.

Dus er zijn duidelijke beperkingen voor elektrische vliegtuigen; echter, hun vermogen om de CO2-voetafdruk van vliegen aanzienlijk te verminderen is te groot om te negeren. Het is geschat dat het overschakelen naar elektrische vliegtuigen de CO2-uitstoot met tot 88% kan verminderen. Vandaar de groeiende focus.

Zelfs tech-miljardair Elon Musk, die al betrokken is bij het ontwerpen, produceren en verkopen van EV’s en batterij-energiesystemen, bespreekt het potentieel en de mogelijkheid van batterij-aangedreven elektrische vliegtuigen. Hoewel de batterijen momenteel “te beperkt in bereik” zijn, gelooft Musk dat ze binnen ongeveer vijf jaar levensvatbaar kunnen zijn.

Hiervoor moet de energiedichtheid van batterijen verbeteren, die momenteel achterblijft bij die van vliegtuigbrandstof. Musk voegde toe:

“(Echter), elektrische motoren wegen veel minder en zetten opgeslagen energie beter om in beweging dan verbrandingsmotoren.”

Tegelijkertijd kondigde de Chinese batterijgigant Contemporary Amperex Technology Co Ltd (CATL) aan dat het met succes een 4-ton vliegtuig liet vliegen met zijn ultra-hoge dichtheid “gecondenseerde batterijen”, die vorig jaar voor het eerst werden uitgebracht. De batterijpakketten hebben meer dan tweemaal de energiedichtheid van andere op de markt, namelijk 500 Wh/kg.

Deze gecondenseerde batterijen zijn specifiek ontworpen als luchtvaartklare batterijen met veiligheid in gedachten en om het bereik van schone vliegtuigen te vergroten. Het bedrijf verwacht nu een 8-ton elektrisch vliegtuig met een bereik van 1.240-1.865 mijl te hebben dat in 2027 of 2028 operationeel zal zijn.

De Zoektocht naar Geavanceerde Batterijtechnologie

Terwijl bedrijven begonnen zijn het landschap van geavanceerde luchtmobiliteit (AMM) te veranderen en de overheid duidelijke regels begint te bieden, werken onderzoekers aan de grootste uitdaging en ontwikkelen nieuwe batterijen voor luchtvaart-EV’s.

Om schoner transport naar de lucht te brengen, hebben onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE) ontwikkeld nieuwe energierijke materialen om hun verslechtering onder zware omstandigheden te begrijpen.

Luchtvaart-EV’s zijn niet alleen vliegende auto’s. Daarom concludeerden onderzoekers dat we geen elektrische autogebaseerde batterijen kunnen aanpassen voor gebruik in eVTOL, hoewel dit tot nu toe de dominante aanpak was. 

“Het eVTOL-programma biedt een unieke kans om een geheel nieuw type batterij te creëren met zeer verschillende eisen en mogelijkheden dan wat we eerder hebben gezien.”

– Hoofdonderzoeker Ilias Belharouak, een ORNL Corporate Fellow

De studie vond dat de vermogens- en prestatie-eisen van eVTOL-batterijen hun duurzaamheid en levensduur negatief beïnvloeden. Dit komt doordat elektrische autobatterijen gelijkmatig ontladen, terwijl batterijen die in eVTOL worden gebruikt verschillende vermogensniveaus nodig hebben voor de verschillende vluchtfasen zoals stijgen, zweven en dalen.

“Dit vereist dat we vragen beantwoorden over de wisselwerking tussen batterijveiligheid, cyclustijd en stabiliteit bij hoge temperaturen, terwijl we de behoefte aan korte pieken van hoog vermogen balanceren met energiereserves voor langere vluchten.”

– Belharouak

Het onderzoeksteam ontwikkelde lithium-ionbatterijen en testte ze voor de klimfasen van eVTOL. Ze testten ook een nieuw door ORNL ontwikkeld elektrolyt, dat beter presteerde en meer capaciteit behield tijdens de fasen die de meeste energie vereisen. Het team werkt momenteel aan verdere verbeteringen van het elektrolyt en andere batterijcomponenten.

Eerder dit jaar rapporteerden onderzoekers van de Chalmers University of Technology ook hun eerste levenscyclusanalyse van een tweezits volledig elektrisch vliegtuig dat commercieel beschikbaar is, de Pipistrel Alpha Electro, en vergeleken deze met de fossiele versie.

De studie stelde dat na ongeveer 1.000 vlieguren het elektrische vliegtuig de fossiele versie overtreft qua verminderde klimaatinvloed. De geschatte levensduur van het vliegtuig is ondertussen minstens 4.000 uur.

Volgens de studie zal verdere ontwikkeling van batterijen een belangrijke stap zijn om de levenscyclusimpact van elektrische vliegtuigen te verminderen.

Hoofdonderzoeker Rickard Arvidsson verwees naar de continue ontwikkeling van lithium-ionbatterijen en nieuwe batterijtechnologieën zoals lithium-zwavelbatterijen, die zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevinden, om de milieuprestaties van elektrische vliegtuigen te verbeteren en ze aantrekkelijker te maken dan fossiele vliegtuigen. 

Aangedreven door de cruciale rol die batterijen spelen en het toenemende aantal zowel commerciële als militaire vliegtuigleveringen, wordt de marktgrootte voor vliegtuigbatterijen verwacht te groeien van $4,26 miljard in 2023 tot $11,9 miljard in 2031. En naarmate luchtvaart-EV’s meer tractie krijgen, zou deze markt nog groter moeten worden.

Bedrijven die Werken aan het Realiseren van Luchtvaart-EV’s

Nu bekijken we enkele prominente namen in de sector die werken aan de vooruitgang van dit veld, dat volgens de McKinsey-analyse van oktober 2024 een vertraging in bekend gefinancierde projecten heeft gezien. 

De financiering is sinds een piek in 2021 van €6,8 miljard gedaald. Deze financiering daalde tot €3,9 miljard in 2023, wat verwacht wordt vergelijkbaar te zijn voor dit jaar. De daling “komt op een bijzonder slecht moment” aangezien de meerderheid van de bedrijven nog steeds de “ontwikkeling, prototyping en testen die nodig zijn voor typecertificering” moet voltooien, wat €1-2 miljard vereist.

Deze omgeving heeft al invloed op bedrijven. Laten we dus dieper ingaan op deze bedrijven;

1. Joby Aviation

Het bedrijf met een marktkapitalisatie van $3,78 miljard ontwikkelt elektrische lucht taxi’s ontworpen voor commerciële passagiersdiensten. Hun vliegtuig kan een piloot en tot vier passagiers vervoeren, met een maximale bereik van ongeveer 100 mijl en snelheden tot 200 mph. Joby heeft al uitgebreide vluchtproeven uitgevoerd, meer dan 30.000 mijl, en is nu bezig met het opzetten van een productiefaciliteit om deze vliegtuigen te produceren in Dayton, Ohio.

De aandelen, op het moment van schrijven, werden verhandeld tegen $5,27, een daling van 2,75% YTD. Het heeft een EPS (TTM) van -0,49 en een P/E (TTM) van -10,85. Voor Q2 rapporteerde het een nettoverlies van $123 miljoen terwijl het $825 miljoen aan contanten en kortetermijninvesteringen had. Het bedrijf streeft naar een typecertificaat tegen eind volgend jaar, wat 37% van de vierde fase van het FAA-certificeringsproces is.

Het bedrijf, dat partnerschappen heeft met Uber en Delta, lanceerde recent een openbare aanbieding om tot $200 miljoen aan gewone aandelen te verkopen. Begin deze maand kondigde Toyota, de grootste externe aandeelhouder van Joby Aviation (JOBY ), een extra investering van $500 miljoen aan om de certificering en commerciële productie van hun elektrische taxi te ondersteunen.

2. Archer Aviation (ACHR ) 

Het $1,2 miljard marktkapitalisatie Archer richt zich op stedelijke luchtmobiliteit en bouwt een elektrisch aangedreven lucht taxi genaamd Maker. Het bedrijf is momenteel een faciliteit in Georgia aan het bouwen om de productie van zijn Midnight eVTOL’s te ondersteunen.

Momenteel worden de aandelen verhandeld tegen $3,41, een daling van 44,45% YTD. Het heeft een EPS (TTM) van -1,2 en een P/E (TTM) van -2,78.

Voor 2Q24 merkte CEO Adam Goldstein op dat de indicatieve orderportefeuille bijna $6 miljard bedraagt terwijl de operationele kosten $121,2 miljoen waren en het nettoverlies $106,9 miljoen. Contanten en kasequivalenten voor het kwartaal bedroegen $360,4 miljoen. Begin van de tweede helft van 2024 zei de Chrysler-moeder Stellantis dat het een extra investering van $55 miljoen in Archer Aviation zou doen.

3. Lilium  

Dit bedrijf met een marktkapitalisatie van $88 miljoen ontwikkelt een eVTOL-jet met innovatieve ducted electric vectored thrust-technologie. Ze hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt, waaronder de assemblage van hun elektrische voortstuwingssysteem, en mikken op commerciële inzet, met eerste vluchten verwacht in de komende jaren​.

De aandelen worden momenteel verhandeld tegen $0,1391, een daling van 88,41% YTD. Het heeft een EPS (TTM) van -0,16 en een P/E (TTM) van -0,88. In zijn Q1 2024 Aandeelhoudersbrief noteerde Lilium dat de productie van de eerste Lilium Jets voortzet, de productie van batterijpakketten start, en de commerciële orderpipeline groeit tot meer dan 780 vliegtuigen.

Recentelijk werd de $50 miljoen leninggarantie van het Duitse bedrijf afgewezen door de federale overheid. Vervolgens verklaarde het lucht taxi-bedrijf in een indiening vorige week dat zijn twee belangrijkste dochterondernemingen, Lilium GmbH en Lilium eAircraft GmbH, in de komende dagen faillissement zullen aanvragen vanwege het onvermogen voldoende extra fondsen te werven om hun operaties voort te zetten.

4. Vertical Aerospace  

Met een marktkapitalisatie van $109,67 miljoen werkt Vertical Aerospace (EVTL ) aan het VA-X4 eVTOL-vliegtuig, dat is ontworpen voor lucht taxi-diensten. Het bedrijf richt zich op het behalen van certificering en heeft vooruitgang geboekt in zijn testprogramma​.

De aandelen, op het moment van schrijven, werden verhandeld tegen $5,74, een daling van 16,57% YTD. Het heeft een EPS (TTM) van -4,23 en een P/E (TTM) van -1,36. Vorige maand kondigde het bedrijf aan een 1-op-10 reverse share split van zijn aandelen om de handelprijs per aandeel te verhogen.

Op 30 juni 2024 rapporteerde het bedrijf dat contanten en kasequivalenten van $84 miljoen had. Voor de eerste helft van het jaar had Vertical een operationeel verlies van $25 miljoen en kreeg een subsidie van $10 miljoen van de Britse overheid via het Aerospace Technology Institute (ATI) voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie propellers.

5. Surf Air Mobility

Dit is een bedrijf met een marktkapitalisatie van $24,53 miljoen dat traditionele vluchtdiensten exploiteert naast het ontwikkelen van een geëlektrificeerde versie van de Cessna Grand Caravan en plannen heeft om elektrische en hybride-elektrische aandrijflijnen in haar vloot te integreren.

De aandelen dalen 83,96% YTD en worden verhandeld tegen $1,74. Het heeft een EPS (TTM) van -88,16 en een P/E (TTM) van -0,02. In augustus kondigde Surf Air Mobility (SRFM ) een 1-op-7 reverse stock split aan.

Voor 2Q24 rapporteerde $32,4 miljoen aan omzet en een aangepaste EBITDA-verlies van $11,8 miljoen. Het nettoverlies bedroeg ondertussen $27 miljoen, inclusief investeringen in R&D voor elektrificatie en softwaretechnologie, aandelengebaseerde compensatie en transactiekosten. 

Conclusie

Dus, zoals we hebben gezien, maken luchtvaart elektrische voertuigen (EV’s) snelle vooruitgang, waardoor we dichter bij een schoner, stiller en efficiënter tijdperk van de luchtvaart komen. 

Hoewel er nog uitdagingen zijn, zoals batterijdichtheid en vliegtuigontwerp, suggereren innovaties van onderzoekers en bedrijven dat elektrische luchtvaart binnenkort een integraal onderdeel van transport kan worden. En terwijl overheden en industrieën samenwerken om klimaatproblemen aan te pakken, kunnen luchtvaart-EV’s ook een cruciale rol spelen bij het verminderen van CO2-uitstoot en het transformeren van luchtvervoer voor een duurzamere toekomst.

Klik hier om te leren hoe lucht taxi’s $4 biljoen zullen genereren tegen 2027.