Directe uitstoot
We kijken eerst naar de directe uitstoot. Voor treinen maakt de afstand weinig uit voor de uitstoot per passagier per kilometer (pkm), maar de gemiddelde bezettingsgraad is wel belangrijk. Die ligt voor de HSL op 50 procent. Ter referentie zijn bezettingsgraden toegevoegd van 30 procent, het gemiddelde van de gewone trein, en van 70 procent.

Flexibiliteit
Door hun grote flexibiliteit hebben vliegtuigen een hoge en stabiele bezettingsgraad van meer dan 80 procent, maar daar maakt juist de afstand wat uit. In navolging van een vaak gemaakte verdeling is gekeken naar bestemmingen die hemelsbreed gemeten minder dan 250 kilometer, van 250 tot 500 kilometer, van 500 tot 750 kilometer en van 750 tot 1500 kilometer zijn verwijderd van Amsterdam. De gemiddelde uitstoot van vluchten tussen 500 en 750 kilometer bleek met 90 gram/pkm vrijwel gelijk te zijn aan het gemiddelde van vluchten tussen 250 en 500 kilometer (92 gram/pkm) en die zijn daarom in de grafiek samengevoegd. Alles bij elkaar geeft dat dit beeld:

CO2-uitstoot in grammen per passagier per kilometer (gram/pkm)

De gedachte dat de HSL wat directe uitstoot betreft beter presteert dan een vliegtuig klopt. Maar het is slechts een deel van het verhaal. Want de aanleg van HSL-spoor gaat gepaard met nogal veel uitstoot en die moet je toch echt meerekenen. De dikte van de vervoersstroom, het aantal reizigers per jaar, is daarbij doorslaggevend.

Uitstoot met infrastructuur
Volgens een audit van de EU Rekenkamer liggen de grenzen voor een levensvatbare HSL-verbinding bij minimaal 9 miljoen reizigers per jaar op afstanden tot maximaal 500 kilometer. Daarom kijken we vanaf een miljoen reizigers en niet verder dan 750 kilometer. Bij drie verschillende diktes van de vervoersstroom is dit dan het resultaat:

Operationele uitstoot inclusief infrastructuur en omwegfactor bij drie vervoersstromen

Een vliegtuig presteert bij een vervoersstroom van 1 miljoen of minder reizigers per jaar altijd, en ook ruim, beter dan een HSL. Op 500 en 750 kilometer presteert het vliegtuig bij een bezettingsgraad van 30 procent ook bij vijf miljoen reizigers per jaar nog beter dan een HSL, al scheelt het dan nog maar weinig.

Kosten per vermeden ton
Voor de gemiddelde bezettingsgraad van 50 procent ligt het omslagpunt bij drie miljoen reizigers. De kosten per vermeden ton uitstoot zijn dan echter torenhoog. Zelfs bij tien miljoen reizigers zijn die met 1.510 euro per ton nog een veelvoud van de kosten van plan B, het bevorderen van de productie van biokerosine, want dat plan kost 397 euro per vermeden ton:

Kosten per vermeden ton CO2-uitstoot voor een traject van 500 km bij drie vervoersstromen

Pas vanaf vijfentwintig miljoen reizigers zijn de kosten per vermeden ton lager dan die van plan B. Zulke dikke routes vind je in Japan en wellicht ook in China, maar voorlopig niet in Europa.

Plan B wint
Plan B heeft nog een voordeel. Aanleggen van HSL-spoor duurt al gauw twintig jaar. De productie van biokerosine kan volgende week beginnen en heeft dan gelijk al effect. Bovendien kan daarmee op termijn de hele Europese luchtvaart uitstootvrij worden en met plan A is dat maximaal nog geen 4 procent.

De keuze tussen plan A en plan B lijkt daarmee eenvoudig. Er kunnen goede redenen zijn om een HSL-verbinding aan te leggen, maar vermindering van luchtvaartuitstoot hoort daar niet bij. Die droom is inderdaad een illusie.

Bronnen en berekeningen
Voor de bestemmingen zijn alle verbindingen met Amsterdam gekozen die volgens een onderzoek van Royal HaskoningDHV goed door een HSL zouden kunnen worden vervangen en die volgens dat onderzoek een potentieel hebben van minimaal 400.000 reizigers per jaar. Zie figuur 2.3 in dat rapport.

Luchtvaart
Voor de luchtvaart is het actuele brandstofgebruik met de actuele bezettingsgraad over de actueel gevlogen afstand gebruikt. Die gegevens zijn allemaal beschikbaar in het publieke domein, in dit geval de CO2-calculator op de KLM website, geraadpleegd op 3 september 2021.

HSL uitstoot
Voor de HSL was het achterhalen van de data wat lastiger, maar uiteindelijk gaven vier bronnen uitkomst. Voor de operationele uitstoot van de HSL was dat een artikel uit 2020 van Milan Janić van de TU Delft. Hij komt bij een bezettingsgraad van 100 procent op 40 gram/pkm en heeft gerekend met een uitstoot van 546 gram CO2/kWh voor de elektriciteitsproductie. Die uitstoot varieert overigens nogal in Europa, van 56 gram in Frankrijk tot 751 gram in Polen. Zelf heb ik gerekend met het Europese gemiddelde van 255 gr/kWh en daardoor met 19 gram voor 100 procent bezetting en 37 gram bij 50 procent.

HSL kosten
De kosten van 25 miljoen euro per kilometer worden als gemiddelde kosten genoemd in een auditrapport van de Europese Rekenkamer, maar lijken wat aan de lage kant. De HSL Stuttgart-München (267 kilometer) kwam op 50 miljoen, de HSL-zuid in Nederland (117 kilometer) op 62 miljoen en de Britse HS2 (Londen-Birmingham, 225 kilometer) kwam in het plan van 2011 op 83 miljoen per kilometer. De kosten van HS2 worden volgens de update van 2020 inmiddels overigens begroot op 205 miljoen/km.

Het verschil met de EU Rekenkamer zit vermoedelijk in het feit dat de Rekenkamer de duurdere tunnels buiten beschouwing heeft gelaten. Waarom is niet duidelijk, maar dat die een grote invloed hebben op de kosten is zeker. Het eerste HS2-plan bevatte 10 procent tunnels, de laatste versie 57 procent. Duidelijk is dat het inpassen van HSL-spoor in een drukke en/of kwetsbare omgeving veel tunnels vraagt. Minimaal 15 procent lijkt een redelijke aanname. Maar om voor de HSL conservatief te rekenen heb ik voor de kosten toch die 25 miljoen/km aangehouden.

Uitstoot HSL infrastructuur
De eerste bron voor de uitstoot is een rapport van de UIC, de internationale vereniging van spoorwegmaatschappijen, uit 2016. Hun model komt met 15 procent tunnels uit op 127 ton uitstoot per km per jaar, dus op 127 gram/pkm bij een miljoen reizigers per jaar. Ze geven echter aan dat de data wat gebrekkig zijn. Niet alle bronnen van uitstoot konden worden meegenomen. Wellicht daardoor lijkt ook deze waarde wat aan de lage kant vergeleken met de HS2, waarvan wel uitgebreide data beschikbaar zijn die ook nog eens in het publieke domein staan. Die gaven met 10 procent tunnels in 2011 al 5333 ton per km, wat bij afschrijving in 40 jaar neer komt op 133 ton/km/jaar. Bij 15 procent tunnels zou dat 185 ton/km/jaar zijn. Ook hier is echter conservatief gerekend en heb ik voor de uitstoot 127 ton/km/jaar aangehouden.

Omwegfactor
Hoewel de bestemmingen zijn geselecteerd op afstanden hemelsbreed is dat natuurlijk nooit de route die een HSL of een vliegtuig daadwerkelijk aflegt. Zo is de route Amsterdam-Londen per HSL 50 procent langer dan de afstand hemelsbreed. De gemiddelde omweg die is toegepast is voor treinen 35 procent en voor vliegtuigen 15 procent. Bij treinen wordt de omweg vaak bepaald door geografische omstandigheden, zoals de ligging van de Noordzee. Bij vliegtuigen wordt de omweg meestal veroorzaakt doordat luchtruim is gereserveerd voor militair gebruik, plus omvliegen bij een vliegveld om zoveel mogelijk tegen de wind in te kunnen starten en landen.

Afschrijving
De laatste factor die invloed heeft is de afschrijvingsperiode. Gebruikelijk is 15 jaar voor de elektrische installaties, 35 jaar voor het spoor zelf en 60 jaar voor tunnels. In de berekeningen is een gemiddelde van 40 jaar gebruikt, uitgaande van 15 procent tunnels. Naarmate dat percentage toeneemt zou ook de gemiddelde afschrijving wat kunnen toenemen.

Elektriciteit zonder uitstoot
Wanneer in de toekomst alle elektriciteit uitstootvrij wordt opgewekt telt alleen nog de infrastructuur en is de bezettingsgraad niet meer relevant. Bij de infrastructuur gaat het alleen om de dikte van de vervoersstroom. Of die reizigers dan met bijna volle of bijna lege uitstootvrije treinen worden vervoerd maakt weinig uit.

Doorrekening daarvan laat zien hoe dominant die infrastructuur is. Want ook dan blijft het vliegtuig wat kosten per vermeden ton betreft heel lang de betere optie. Het kantelpunt ligt dan bij 16 miljoen passagiers per jaar.
Gebruik je dan echter ook nog meer reële kosten van 50 miljoen per kilometer voor de aanleg, dan ligt het kantelpunt bij 30 miljoen reizigers.
Gebruik je in die situatie een afschrijving over 60 jaar dan ligt het kantelpunt bij 20 miljoen reizigers per jaar. Voor HS2 wordt dat aantal wel verwacht, maar van de opties die Royal HaskoningDHV aandraagt komt geen enkele zelfs maar in de buurt.