Door: Marcel Kool

Aanleiding voor het onderzoek

Voor velen is het een jarenlange droom, voor anderen iets wat alleen maar in films kon: de ‘vliegende auto’. Op niet al te lange termijn lijkt hij er écht te gaan komen. Wereldwijd beginnen steeds meer partijen hun geloof uit te spreken in een toekomst met driedimensionale mobiliteit als een van de oplossingen voor congestie en vervuilde steden. Electric Vertical Take-Off and Landing (eVTOL) voertuigen - in de volksmond drones genoemd - zouden het huidige infrastructuurnetwerk moeten ontlasten en vracht en personen snel door de lucht van A naar B moeten vervoeren. Deze nieuwe vorm van mobiliteit wordt ook wel Urban Air Mobility (UAM) genoemd.

Een gebrek aan urgentie maakt echter dat steden - waar deze drones uiteindelijk letterlijk en figuurlijk moeten gaan landen - nog nauwelijks rekening houden met deze nieuwe vorm van vervoer. Toch kan UAM veel eerder werkelijkheid worden dan deze steden wellicht verwachten. De eerste testvluchten op Nederlandse bodem moeten namelijk al in 2022 worden uitgevoerd, waarna grootschalige implementatie vanaf het volgende decennium moet plaatsvinden. Wanneer dat gebeurt, zullen steden voldoende voorbereid moeten zijn. In 2050 zouden er wereldwijd zomaar 200 duizend passagiersdrones kunnen rondvliegen (fig. 1).

Figuur 1 | Mogelijke marktontwikkeling voor passagiersdrones wereldwijd, gebaseerd op verschillende studies. Bron: KPMG, Roland Berger, Porsche Consulting, FutureBridge, Crown Consulting, Booz Allen Hamilton.

De belangrijke vraag die gesteld wordt, is dan ook wat het vereist om Urban Air Mobility in steden te realiseren dan wel integreren. Dit vormde de hoofdvraag van het afstudeeronderzoek. Het hoofddoel van het onderzoek was het blootleggen van de vereiste veranderingen in de stad en haar mobiliteitssysteem, welke uitdagingen dit zal veroorzaken en welke acties steden kunnen ondernemen ter voorbereiding op UAM.

Een veranderend mobiliteitssysteem

De opkomst van UAM komt niet zomaar uit de lucht vallen maar is een gevolg van ontwikkelingen op verschillende niveaus, die enerzijds een mobiliteitstransitie noodzaken en deze anderzijds bespoedigen. De transitie wordt gedreven door grootschalige ontwikkelingen zoals verstedelijking, mobiliteitsgroei en klimaatverandering, waardoor het bestaande mobiliteitsregime onder druk komt te staan. Daarnaast zijn er technologische innovaties in ontwikkeling, zoals batterij- en communicatietechnologieën en automatisering, waarvan de ontwikkeling van UAM als nieuwe vervoerswijze zal afhangen. Ook zijn er interne fricties in het bestaande mobiliteitssysteem, zoals congestie, die vragen om nieuwe, duurzame mobiliteitsoplossingen. De realisatie van dit soort oplossingen verloopt doorgaans echter niet zonder slag of stoot en vereist vaak veranderingen in de bestaande stad en haar mobiliteitssysteem. Zo ook UAM.

De complexe opgave van UAM

Deze systeemveranderingen gaan gepaard met verschillende vraagstukken, die vragen om acties van steden. De verwevenheid van verschillende systemen, onder meer op gebied van mobiliteit, ruimtelijke ordening, energie en maatschappij, maakt de realisatie van Urban Air Mobility een complexe opgave.

De gebruiker centraal

Wanneer we kijken naar de burger, spelen het sociale en mobiliteitsvraagstuk een belangrijke rol: wat brengt het de gebruiker en wat kost het de omgeving? UAM is een nieuwe vorm van mobiliteit, met geheel nieuwe toepassingsmogelijkheden (fig. 2) waarvan het daadwerkelijke nut voor de gebruiker en de kosten voor de omgeving nog moeten blijken. Daarom dient onderzocht te worden in welke behoeftes UAM kan voorzien en welke problemen het kan oplossen, kijkend naar het bestaande mobiliteitssysteem. Maar ook: welke negatieve effecten brengt UAM mogelijk met zich mee?

Figuur 2 | Een selectie van mogelijke toepassingen van drones voor hulpdiensten en personen- en goederenvervoer. Bron: NASA.

Op sociaal en economisch vlak belooft UAM tal van voordelen ten opzichte van bestaande modaliteiten. Drones zijn innovatieve, duurzame, veilige en snelle voertuigen, waarvoor alleen een op punten gebaseerd infrastructuurnetwerk nodig is. Dit betekent dat er een beperkte hoeveelheid ruimte en lage investeringen in infrastructuur nodig zijn. Immers, er is hoofdzakelijk infrastructuur nodig om te landen en op te stijgen (hubs of vertiports), in tegenstelling tot grondgebonden modaliteiten die ook infrastructuur vereisen om te verplaatsen. "Luchtwegen" zijn daarentegen (nagenoeg) gratis. De bespaarde ruimte kan gebruikt worden voor andere doeleinden, zoals broodnodige woningbouw, klimaatadaptatie en groen. Door gebruik te maken van hernieuwbare energiebronnen kunnen drones bovendien energieneutraal vliegen. Met deze eigenschappen heeft UAM de potentie om bij te dragen aan beter leefbare steden voor de burger, mits goed toegepast. Verder zouden drones de veiligheid van vervoer moeten vergroten, omdat autonomie menselijke fouten moet uitsluiten. Dronevluchten bieden extra flexibiliteit omdat ze eenvoudig te configureren zijn en tweede- en derdelijns verbindingen in een stad op zich kunnen nemen. De basisvoorwaarde voor de ontwikkeling van deze markt is tenslotte een efficiënter transport en betere bereikbaarheid. UAM kan een revolutie teweegbrengen in de manier waarop mensen zich binnen, rond en tussen steden verplaatsen. Het biedt extra keuze en gemak, voorspelbare en kortere reistijden en kan congestie op de grond omzeilen en ‘point-to-point’ vluchten tussen steden mogelijk te maken. Dat geldt uiteraard ook voor hulpdiensten. Daarnaast kunnen drones de connectiviteit verbeteren in minder bevolkte gebieden met een gebrek aan faciliteiten.

Ondanks de voordelen, ligt in de publieke opinie toch vaak de nadruk op de negatieve sociale impact die UAM kan gaan hebben. Denk daarbij aan aspecten als geluidsproductie (circa 72 dB(A) op 75m afstand, vergelijkbaar met een rijksweg), horizonvervuiling, privacy en veiligheid, maar ook de betaalbaarheid van de diensten. Aangezien de overlast van deze voertuigen zich vooral zal manifesteren rond landingsinfrastructuur, kunnen mensen een "Not in my backyard"-houding ontwikkelen jegens deze vertiports. Het risico op sociale weerstand is dan ook groot.

Figuur 3 | Een selectie van positieve en negatieve waarden die mensen aan UAM relateren.

Of UAM per saldo een toegevoegde waarde is voor een stad zal vooral afhangen van de toepassing en locatie. De karakteristieken van het lokale, regionale, uiteindelijk wellicht nationale, mobiliteitssysteem bepalen of en in welke vorm UAM van toegevoegde waarde is binnen het bestaande systeem. Het is goed voor te stellen dat de mobiliteitsbehoefte in de Randstad van een andere aard is dan die in New York City of het noorden of oosten van Nederland. De uiteindelijke toepassing van UAM bepaalt vervolgens weer haar rol en plaats binnen het (bestaande) mobiliteitssysteem, maar ook het ruimtelijke ordeningsvraagstuk, het infrastructuurvraagstuk, het energievraagstuk, et cetera.

Op zoek naar een antwoord op de vraag wat UAM de burger brengt, is het daarom belangrijk dat steden hierop anticiperen door de gemeenschap al in een vroeg stadium te betrekken, voor te lichten over de voor- en nadelen en te luisteren naar de zorgen die spelen. Pilots kunnen helpen om mensen vertrouwd te maken met de technologie, de beste toepassingen te ontdekken en kinderziektes eruit te halen. Om de negatieve effecten voor de omgeving te beperken, zullen ook regulering en sociale richtlijnen moeten worden opgesteld, zoals minimale verticale en horizontale vliegafstanden van mensen, operationele tijdframes, maximale geluidsniveaus en de invoering van specifieke vliegzones (corridors). Verder kunnen fysieke keuzes worden afgewogen waarmee de maatschappelijke impact kan worden beperkt, zoals het bouwen van vertiports in ‘low disturbance’ gebieden, op grotere hoogte of het implementeren van isolatiemaatregelen.

Het infrastructuurnetwerk van UAM

Zoals gesteld is de toepassing van UAM bepalend voor het energie-, infrastructuur- en ruimtelijke ordeningsvraagstuk van steden. Of en in welke vorm UAM gerealiseerd wordt in de stad, bepaalt de plaats en de grootte van deze vraagstukken. De drones moeten ergens kunnen landen, opstijgen en laden, waar in de meeste steden nu nog geen infrastructuur voor is. Bij het ontwikkelen van de benodigde infrastructuur spelen echter verschillende uitdagingen en dilemma’s.

Allereerst vraagt UAM relatief veel (duurzame) energie per voertuig en vereist een passagiersdrone laadvermogens tot wel meer dan 600 kW, tegenover de 50-350 kW van bestaande elektrische voertuigen. De impact op het energienetwerk kan daardoor ter plaatse van vertiports een aanzienlijke grootte aannemen. Bovendien is het bestaande energienetwerk er doorgaans niet op gebouwd om dit soort hoge laadvermogens – welke zich hoger in het netwerk, dichterbij de plaats van energieproductie, bevinden – direct aan de eindgebruiker in de stad te leveren. Het ziet er daarom naar uit dat aanpassingen aan het energienetwerk vereist zijn. Een shift van grootschalige, centrale opwekking van energie naar lokale, duurzame opwekking én opslag van energie in combinatie met een smart (local) grid kan mogelijk uitkomst bieden – ook vanuit het oogpunt van de grootschalige elektrificatie van onze gehele maatschappij.

Figuur 4 | Binnen het energiedomein liggen drie grote uitdagingen, die betrekking hebben op capaciteit en vermogen, laden en duurzaamheid. Zo varieert het gebruikelijke snelladen van personenvoertuigen doorgaans van 50 kW tot 350 kW, terwijl UAM naar verwachting laadcapaciteiten tot 600 kW en mogelijk hoger vereist, op geconcentreerde plekken in de stad. Daarnaast zijn er diverse laadopties (conductief, inductief en battery swapping), waarvan er nog geen perfect is. Omdat UAM een duurzame vorm van mobiliteit belooft te worden, is daarnaast een flinke uitbreiding van duurzame energieopwekking nodig.

Duurzame energieopwekking vereist echter de nodige ruimte, net als het oppervlak van bijna 900 m2 dat voor een landingsplek – volgens de bestaande eisen – benodigd is. Een parkeerplaats voor een drone is weliswaar kleiner, maar met circa 200 m2 nog altijd vrij groot. Het betekent dat een vertiport met één landingsplek en drie parkeerplaatsen al snel boven de 1500 m2 gaat uitkomen. De ruimtelijke impact van UAM infrastructuur in de (directe) omgeving kan dan ook aanzienlijk zijn; op stadsniveau is het nog maar de vraag of er voldoende van dit soort oppervlakken te vinden zijn voor misschien wel een paar honderd drones, om nog maar te zwijgen over de financiële haalbaarheid in dichtbevolkte steden waar de ruimte schaars is. Vanuit dit oogpunt zou het ideaal zijn om de infrastructuur daar waar voldoende ruimte is – bijvoorbeeld aan de rand van de stad – te ontwikkelen. Het dilemma is echter dat de mobiliteitsbehoefte voor UAM zich waarschijnlijk grotendeels in grote stedelijke centra zal bevinden en dat daar dan ook de infrastructuur ontwikkeld zal moeten worden om de reistijdwinst te maximaliseren. UAM lijkt dan ook een nieuwe concurrent te worden in de strijd om ‘het dak van de stad’. 

Echter, ook op sociaal vlak zal UAM, zoals reeds eerder gesteld, impact hebben. Vanuit dit oogpunt is het niet ideaal om vertiports in dichtbevolkte, stedelijke centra te ontwikkelen. Ook hier is echter het dilemma dat de mobiliteitsbehoefte voor UAM zich daar waarschijnlijk wel bevindt.

Figuur 5 | Voorbeeld gebied waarin mogelijke locaties voor vertiports zijn aangegeven. Daarvoor is in eerste instantie gekeken naar het vereiste oppervlak voor het landen van één voertuig. Worden vervolgens aspecten als lokale energieproductie, constructieve draagkracht, sociale impact en financiële haalbaarheid in ogenschouw genomen, dan zal slechts een beperkt aantal locaties overblijven. Dit wijst wel op de complexiteit om een vertiport midden in een dichtbebouwde stad te realiseren.

Het kan hierom een flinke uitdaging worden om in stedelijke centra geschikte locaties te vinden waarop de benodigde infrastructuur ontwikkeld kan worden. Gezien de snelle, technologische ontwikkelingen in de drone industrie is het daarom voor overheden des te belangrijker om UAM zo snel als mogelijk in overweging te nemen en op te nemen in hun toekomstplannen. Immers, de plannen die vandaag de dag worden gemaakt, zijn hoogstwaarschijnlijk niet voor 2030 gerealiseerd. Nagedacht zal moeten worden over vragen als: Is UAM gewenst? Waar? En in welke vorm? In meer concrete zin betekent dit dat geïnventariseerd moet worden waar de infrastructuur een plek dient te krijgen, waarbij aspecten als mobiliteitsbehoefte, de schaars beschikbare ruimte, geschiktheid van bestaande bebouwing, energie en sociale aspecten in ogenschouw genomen moeten worden. Met andere woorden: vertiports moeten onderdeel worden van het mobiliteits-, energie-, infrastructuur- en ruimtelijke ordeningsvraagstuk van steden. Plan je in jouw stad - bijvoorbeeld in de stationsomgeving - een nieuw gebouw, bedenk dan eens of een vertiport op het dak onderdeel van het ontwerp moet worden.

Conclusie 

Concluderend staat de realisatie van UAM in steden nog in de kinderschoenen en vereist het een uitgebreid proces van (onderling afhankelijke) ontwikkelingen en acties. Om de uitdagingen het hoofd te bieden, zullen steden en relevante stakeholders actie moeten ondernemen. In het afstudeeronderzoek zijn enkele van de belangrijkere actiepunten voorgesteld, die steden kunnen oppakken ten behoeve van de stadsintegratie van UAM. Deze worden geschetst in een roadmap, die een eerste aanzet moet geven op weg naar de transitie van UAM in steden. De actiepunten geven inzicht in wat er moet gebeuren om dit mogelijk te maken. Verder onderzoek naar deze acties is echter nodig. Het is daarom aan te raden om hiermee als forum van stakeholders vroegtijdig aan de slag te gaan, zodat een antwoord gevonden kan worden op de impliciete onderzoeksvragen die in deze acties schuilgaan. 

Nieuwsgierig?!

Spreekt de werkwijze van DHM en brede interesse en kennis van onze medewerkers jou aan en wil je werken in een team van enthousiaste, vernieuwende denkers? Neem dan contact met ons op.

Marcel Kool