Wat is de invloed van de ruimtevaart op het klimaat?

Raketten werken anders dan vliegtuigen

Ik zal hier focussen op de vervuiling veroorzaakt door raketten. Een raket is anders dan een vliegtuig. Om een vliegtuig te laten vliegen, heb je alleen een brandstof nodig. Die brandstof verbrand je tijdens de vlucht met behulp van zuurstof uit de atmosfeer. De zuurstof werkt hier als een zogenaamde oxidant: een stof die nodig is om de energie uit de brandstof los te kunnen maken.

Bij raketten zit dat iets anders. Al heel snel op weg naar de ruimte is er nauwelijks of helemaal geen zuurstof meer. Dat betekent dat je niet alleen brandstof moet meenemen, maar ook de oxidant die je nodig hebt voor de verbranding van je brandstof. Een hele bekende combinatie van een brandstof en oxidant is waterstof met zuurstof. Veel raketten gebruiken die. Ze nemen zowel de waterstof als de zuurstof zelf mee. Als je deze twee stoffen bij elkaar brengt en ontsteekt, ontstaat er water. Dat water wordt door de raket in de atmosfeer uitgestoten in de vorm van waterdamp.

Lancering van een Ariane 5 raket, 25 december 2021 (bron: NASA/Bill Ingalls)

Broeikasgas waterdamp

Waterdamp is een broeikasgas (net als CO₂). Hoe sterk het broeikaseffect van waterdamp is, is afhankelijk van waar en wanneer dit wordt uitgestoten. Als waterdamp overdag wordt uitgestoten en er zich wolken vormen, dan kan het een verkoelend effect hebben op de aarde, omdat het binnenkomend zonlicht blokkeert. Als waterdamp ’s nachts wordt uitgestoten, dan kan het juist een opwarmend effect hebben. Het blokkeert dan namelijk de infraroodstraling (warmte) die de aarde normaal gesproken uitstraalt naar het heelal.

Verder maakt het uit of de waterdamp blijft hangen en dus contrails of wolken vormt. Of dat gebeurt, wordt weer bepaald door de temperatuur en vochtigheid van de lucht. Daarom zie je ook lang niet altijd de bekende “witte strepen” achter een vliegtuig.

Veel factoren spelen dus een rol, maar netto heeft waterdamp een opwarmend effect op de aarde. Als een raket hoger komt dan waar vliegtuigen normaal gesproken vliegen heb je geen wolkenvorming meer maar veroorzaakt de waterdamp wel een broeikaseffect.

Kerosine en vaste brandstoffen

In een raket kun je naast waterstof nog veel meer verschillende soorten brandstof gebruiken. Een veel gebruikte andere brandstof is kerosine. Bij de verbranding daarvan krijg je net als bij vliegtuigen koolstofdioxide, waterdamp, stikstofoxiden, roet, etc. De broeikaseffecten daarvan zijn in principe hetzelfde als bij vliegtuigen. Daarbij geldt wel dat de meeste raketmotoren minder schoon zijn dan moderne vliegtuigmotoren. Een ander verschil is dat de uitstoot van een raket voor een groot gedeelte terecht komt in de hogere lagen van onze atmosfeer, waar het broeikaseffect groter is. Het is ook zo dat deze stoffen, als ze niet onder de invloed van de zon worden afgebroken, daar letterlijk eeuwig blijven hangen. Er is niet of nauwelijks uitwisseling met de lagere lagen van de atmosfeer.

Naast vloeibare brandstoffen worden ook veel vaste brandstoffen gebruikt. Die noemen we ook wel “solid rocket boosters”. Technisch zijn deze minder complex. Ze zijn in feite hetzelfde als een vuurpijl. Je hoeft de brandstof niet te tanken en/of te koelen. Je steekt hem aan en hij “gaat gewoon”. Zulke vaste brandstoffen zijn daarom vaak goedkoper en betrouwbaarder. Een belangrijk nadeel is wel dat op het moment dat je de booster start, hij ook niet meer stopt tot alle brandstof op is. Je hebt er dus veel minder controle over.

De samenstelling van de brandstof bepaalt de uitstoot van de raket. Vaak is de uitstoot van vaste brandstoffen vervuilender dan een mengsel van waterstof en zuurstof. Als we bijvoorbeeld kijken naar de solid rocket boosters van de Space Shuttle, dan vinden we in de uitstoot roet, waterstofchloride, aluminiumoxide, stikstofoxiden, koolstofdioxide en nog verschillende andere elementen. Een mooie video die dit allemaal uitpluist is deze.

Opwarming door roet

Een onderzoek uit 2022 [1] heeft een schatting proberen te maken van wat het effect van de ruimtevaart op klimaat en milieu is en gaat worden. Ze hebben dan met name gekeken naar de invloed van roet dat ontstaat bij de verbranding van kerosine. Het zwarte roet absorbeert het zonlicht. De onderzoekers laten zien dat dit leidt tot een opwarming van de hogere luchtlagen (stratosfeer). Deze manier van opwarmen van de stratosfeer is vele malen sterker dan die door vliegtuigen.

Ook tast de uitstoot van roet de ozonlaag aan, wat leidt tot meer huidkanker onder mensen die onder dat deel van de ozonlaag wonen.

Hoeveel uitstoot is er als we astronauten naar de ruimte sturen?

Een ander onderzoek uit 2023 [2] heeft een schatting proberen te maken van wat het effect is als we astronauten naar de ruimte laten reizen. Hun schatting laat zien dat het verblijf van een uur in de ruimte een uitstoot oplevert die gelijk staat aan 1.500 kg CO₂. Dit is 2.000 keer groter dan de impact van een gemiddeld mens op aarde.

Kortom, ruimtevaart helpt ons om onderzoek te doen naar de aarde en ons klimaat, maar een grote toename van het aantal lanceringen kan een groot negatief effect veroorzaken. Voorzichtigheid is geboden. We moeten dus heel kritisch zijn op het aantal raketten dat we de ruimte insturen.