Waterstof als brandstof

De (r)evolutie van de elektrische auto

Waterstof als brandstof

Waterstof als brandstof

De (r)evolutie van de elektrische auto

De komende vijf jaar komen er wereldwijd meer dan honderd typen elektrische auto’s op de markt. Toch beschikt de EV voorlopig over een ‘ouderwetse’ lithium-ion batterij met lange laadtijden. Hoog tijd om na te denken wat er ná de stekkerauto in de huidige vorm moet komen.

Het ene na het andere automerk kondigde de laatste jaren een elektro-offensief aan. In pakweg 2025 moet een groot deel van het modelaanbod geëlektrificeerd zijn. De aanzet voor de massale komst van stekkermodellen wordt momenteel gegeven. Autofabrikanten buitelen dit en ook komend jaar over elkaar heen om hun eerste EV te lanceren. Neem Mercedes-Benz. In 2019 komen de Duitsers met de EQC; haar eerste volledig elektrische Mercedes-Benz binnen het nieuwe EQ-label. In 2022 zal het EQ-portfolio uit al zeker tien EV’s bestaan, in alle segmenten.

Door de ijver in autoland wordt de wereldwijde consument de komende vijf jaar getrakteerd op 127 nieuwe elektrische modellen. En dat is nog maar het begin. Volgens het Internationaal Monetair Fonds en de Universiteit van Georgetown rijdt in 2040 zeker 90 procent van alle auto’s in westerse landen op stroom.

‘In 2040 rijdt zeker 90 procent van alle auto’s in westerse landen op stroom’

Uitrol snellaadwerk

Waterstof als brandstof

Uitrol snellaadwerk

Dat de ontwikkeling van de elektrische auto op het moment nog in de kinderschoenen staat, bevestigen cijfers van onderzoeksbureau IHS Markit. Van het wereldwijde wagenpark van 1,28 miljard auto’s was in 2017 slechts 0,2 procent elektrisch. Ook de techniek van de elektrische auto is nog lang niet uitontwikkeld. Voor 500 kilometer rijplezier moet de EV vaak eerst een nacht aan de stekker. Nog een eigenschap waaruit blijkt dat de EV een opkomend nieuw product is: z’n hogere prijs.

Desondanks ontwikkelt de elektrische auto zich snel. De lithium-ion batterij is sinds 2010 tweederde van z’n prijs kwijt. Binnenkort is hij goedkoper in het gebruik (ook zonder subsidie) en tussen 2025 en 2030 is hij zelfs in aanschaf net zo goedkoop als de auto met brandstofmotor. Rond die tijd, over 5 tot 7 jaar, kun je door snelladen in 20 minuten een rijbereik van 500 kilometer verkrijgen. Eerder al, in 2020, moet het IONITY-snellaadnetwerk in Europa zijn uitgerold. Dan kun je op ons continent bij één van de 400 snellaadstations terecht. Elke 120 kilometer weer. Dit initiatief van verschillende grote autoconcerns – waaronder Daimler – voorziet in snelladen tot 350 kW. En dan is menig autofabrikant ook nog eens druk met een mogelijke opvolger van het lithium-ion accupakket; de ‘solid state’-batterij. Mercedes-Benz onderzoekt momenteel zo’n compacte variant die meer capaciteit aan kan.

Waterstofauto

Waterstofauto

Hoewel de ontwikkeling rondom de elektrische auto met batterij flinke sprongen maakt, denkt de auto-industrie zelf niet dat deze vorm van elektrisch rijden toekomstbestendig is. Het ligt meer voor de hand dat de waterstofauto met brandstofcel de strijd gaat winnen. Dat is óók een elektrische auto, maar niet eentje die hoeft te worden opgeladen via het stroomnet. Waterstof tank je namelijk gewoon in een paar minuutjes aan de pomp. Eenmaal getankt, zet de brandstofcel in de auto de waterstof tijdens het rijden om in elektriciteit.

Ad van Wijk, deeltijd Professor Future Energy Systems aan de TU Delft denkt eveneens dat de waterstofauto goede papieren heeft. “Hoe goed het batterijpakket van de elektrische auto ook wordt doorontwikkeld, er zijn grenzen aan de mogelijkheden. De energiedichtheid van waterstof zal ongeveer honderd keer zo groot blijven.” Waar je een waterstofauto in 5 minuten voltankt, staat een elektrische auto met batterij minimaal 30 minuten aan de supersnellader.

De belangrijkste reden waarom moleculen (waterstof) het moeten gaan winnen van elektronen (elektriciteit) is dat de infrastructuur die bij waterstof hoort vele malen efficiënter is. Waterstof kun je simpel vervoeren én opslaan. “Je kunt bijvoorbeeld in de Noordzee duurzaam waterstof produceren via wind- en zonne-energie. Dat stop je in een schip en je vaart er overal mee naar toe. Je kunt het namelijk overal bewaren. Wachtend tot een moment dat je het nodig hebt. En in Nederland ligt de infrastructuur voor het vervoer van waterstof er al: je kunt er de bestaande aardgasleidingen voor gebruiken”, aldus Van Wijk.

‘Hoe goed het batterijpakket van de elektrische auto ook wordt doorontwikkeld, er zijn grenzen aan de mogelijkheden’

Laden én tanken

Waterstof als brandstof

Laden én tanken

Auke Hoekstra, Senior Advisor Electric Mobility aan de TU Eindhoven, ziet zeker toekomst in het gebruik van waterstof – in de zomer opgewekte elektriciteit uit zonne-energie kun je opslaan om in de wintermaanden onze huizen mee te verwarmen - maar verbaast zich over het enthousiasme voor transport. “Elektrische auto’s zijn binnenkort zowel lichter als goedkoper dan conventionele auto’s. Uit mijn onderzoek blijkt dat de meeste mensen dik tevreden zijn met een range van 400 tot 500 kilometer waarbij ze 250 kilometer in tien minuten kunnen laden. Zij zullen niet extra willen betalen voor een volumineuze waterstoftank in de auto. Bovendien verlies je bij de omzetting van elektriciteit naar waterstof en weer terug ruim de helft van de energie en het vraagt kostbare apparatuur.”

Toch ziet Hoekstra de waterstofauto en elektrische auto niet als concurrenten. “Ze hebben beide een elektrische aandrijflijn en ook de waterstofauto zal denk ik een flinke batterij hebben als buffer bij het accelereren. Omdat elektriciteit goedkoop en alom verkrijgbaar is, zullen waterstof auto’s ook een stekker hebben. Ik zie waterstof dus als een range-extender voor de elektrische auto die bijzonder gewaardeerd zal worden voor mensen die vaak langer dan 500 kilometer achter elkaar rijden.”

‘Waar je een waterstofauto in 5 minuten voltankt, staat een elektrische auto met batterij minimaal 30 minuten aan de supersnellader’

Toekomst voor de brandstofcel

In haar Global Automotive Executive Survey 2017 vroeg adviesbureau KPMG 800 topfunctionarissen in (onder meer) de auto-industrie naar de toekomst van de elektrische auto met batterijpakket (BEV). Liefst 60 procent zei te verwachten dat de auto met batterij het onderspit delft voor de waterstofauto (FCEV). De BEV vraagt te veel van de bestaande infrastructuur, denken de respondenten.

Hybride oplossing

Waterstof als brandstof

Hybride oplossing

In die hybride-oplossing kan ook Wilko Stark, Strategiechef bij Daimler, zich vinden. Als is het maar voor de aankomende jaren. “Het grote voordeel van brandstofcellen is dat we ze in de toekomst kunnen gebruiken in onder meer bussen en trucks. Vooral in bussen is het logisch om brandstofcellen te gebruiken als range-extender”, liet hij onlangs weten in een interview met techmagazine Wired. Met de lancering van schone bussen wil Mercedes-Benz bijdragen aan een leefbare stad. In dat plaatje past zeker de Volocopter, die Stark in het zelfde interview noemt. De Volocopter is een vliegende personendrone voor in de stad waar tot drie mensen in kunnen en die tot 100 kilometer ver reikt. Omdat de batterij behoorlijk zwaar is, is de toepassing van de brandstofcel een mogelijke oplossing.

Concreter is de aankomende Mercedes-Benz GLC F-CELL, één van de paradepaartjes binnen de CASE-strategie van het merk; voertuigen die Connected, Autonomous, Shared en Electric zijn. De Mercedes-Benz GLC F-CELL is een plug-in hybride die voorzien is van zowel een brandstofcel als een batterijpakket. Na het tanken van 4,4 kilo waterstof reikt de GLC F-CELL al 437 kilometer ver, waarna de lithium-ion batterij nog eens 49 kilometer aan extra rijkbereik levert.

Waterstof als brandstof

e-trucks en bussen
Dat trucks en bussen ook prima op elektriciteit kunnen rijden, bewijst Mercedes-Benz met de FUSO eCanter, eActros en Citaro E-Cell city bus. De FUSO eCanter is een lichte vrachtwagen bestemd voor de drukke binnensteden, die dankzij z’n emissievrije karakter fluisterstil is. En de Citaro E-Cell is een 12 meter lange stadsbus die volledig elektrisch is aangedreven.

Snelle ontwikkelingen

Snelle ontwikkelingen

Voordat de waterstofauto massaal op onze wegen rondrijdt, is het zo 2040. Toch denkt Ad van Wijk dat de ontwikkeling snel kan gaan. “In mijn optiek moet je beginnen met het aanleggen van de infrastructuur. Daarna komen de waterstofauto’s vanzelf wel”. In Japan en Duitsland doen ze dat goed, vindt Van Wijk. Bij onze oosterburen is het al vanaf 2023 mogelijk om heel het land door te rijden op waterstof. Dat tank je dan gewoon bij bestaande pompstations. Vanaf 2021 komen er diverse aanbieders op de Duitse markt met waterstofauto’s. En Mercedes-Benz dus binnenkort al met de GLC F-CELL. En dan kan het snel gaan.

 

Zelf ervaren hoe Mercedes innoveert?

Hydrogen Council

Daimler doet al sinds de jaren tachtig onderzoek naar de brandstofcel voor het gebruik in voertuigen. Met de Mercedes-Benz GLC F-CELL als meest recent resultaat. Die pioniersrol op het gebied van waterstoftechnologie geeft Mercedes-Benz een zetel in de Hydrogen Council. In deze ‘waterstofraad’ komen diverse wereldwijd opererende bedrijven bijeen om het gebruik van waterstof te promoten.