Brandstofcellen zijn volgens autofabrikanten de toekomst: auto’s op waterstof zou de oplossing zijn voor het CO2 probleem. Enkele grote fabrikanten verwachten dan ook in 2015 de eerste brandstofcellen productieklaar te kunnen hebben. Wij zetten hier echter onze vraagtekens bij…

Brandstofcellen: nu nog toekomstmuziek binnenkort realiteit?

Het vroegere droombeeld van een op brandstofcellen voortbewegende wagen is volgens de hedendaagse autogiganten niet langer een utopisch verhaal, maar een in de nabije toekomst te verwezenlijken doel. Men spreekt dan niet over een periode van 50 tot 100 jaar, maar geruchten doen de ronde dat de eerste brandstofcelwagens reeds in het jaar 2015 ons wegennet zouden doorkruisen.

Brandstofceltechnologie; rozengeur en maneschijn.

Recentelijk hebben 3 belangrijke spelers op de huidige automarkt, namelijk Ford, Toyota en Daimler, hun brandstofcelboekjes open gedaan en de wereld verrast met het nieuws dat over een zestal jaar hun eerste waterstofwagens het levenslicht zouden zien. Iets later kwam ook Honda met een streefdatum op de proppen: 2018. De Daimler CEO onderbouwde zijn voorgestelde streefdatum met de stelling dat om een financieel leefbare situatie te creëren er om en bij de 100.000 wagens per jaar zouden moeten verkocht worden en dat met de huidige gang van zaken en de nog in het vooruitzicht liggende innovatieve onderzoeken de prijs van een brandstofcel wagen tegen 2015 met de prijs van een traditionele wagen zou kunnen concurreren. Toyota wil zelfs verder gaan en zijn voortrekkersrol binnen het groen rijden-segment nog eens extra in de verf zetten door te melden dat 2015 een uiterste streefdatum is en dat er waarschijnlijk al vroeger waterstof Toyota’s van de band zullen rollen. Ook GM ziet, ondanks de catastrofale economische maanden en het dichtdraaien van de subsidiegeldkraan door de overheid, nog steeds een toekomst in de brandstofceltechnologie en blijft 2015 voorop stellen als de na te streven datum. Positivisme ten top dus!

Honda CFX: auto op waterstof door Honda

De realiteit.

Mogen we elk van de autofabrikanten geloven dan ziet het waterstofverhaal er dus heel rooskleurig uit. Maar strookt dit ook met de werkelijkheid en is het fabriceren van waterstofwagens dan zo’n kinderspel? Neen, is het enige juiste antwoord. Vooraleer we met een waterstoftank onze wegen zullen kunnen trotseren, zal men eerst nog enkele obstakels uit de weg moeten ruimen. Met dan vooral de nadruk op de hoge productiekosten en het uitbouwen van een degelijk brandstofcel-ondersteunend infrastructuurnetwerk. Daimler zegt voor het eerste obstakel reeds vernieuwende oplossingen in het achterhoofd te hebben die het uiteindelijke kostenplaatje zouden moeten drukken. Op infrastructuurgebied echter zitten we met een waarschijnlijk nog groter probleem. Het bouwen van degelijke waterstofstations klinkt op dit moment enkel als een sprookje in de oren en er staan met de huidige financiële crisis weinig geldschieters te springen om in een onduidelijk waterstofavontuur te stappen. Een gevolg zou kunnen zijn dat ook de autofabrikanten de waterstofboot gaan afhouden.

Experts en analisten vertellen echter een ander verhaal dan de fabrikanten en geloven dat pas tegen 2020 de eerste massaproductie van waterstof wagens plaats zal vinden. Het huidige eco-karakter van ons wagenassortiment zorgt namelijk voor een overvloed aan plug-in wagens, hybride voertuigen en elektrische auto’s, die ervoor zorgen dat autofabrikanten verantwoording voor de geïnvesteerde financiën aan hun aandeelhouders proberen af te leggen door een zeer optimistische, en waarschijnlijk te optimistische, streefdatum voorop te stellen.

In hoeverre is waterstof duurzaam?

Laten we nu echter even het technische proces aanschouwen dat vooraf gaat aan de productie van waterstof. Het produceren van waterstof is namelijk een traag en een inefficiënt proces. De volgende bronnen kunnen worden gebruikt bij de productie van waterstof: zon, wind, water. nucleaire en fossiele bronnen. Daarbij kunnen zonne-, wind- en waterenergie als duurzaam worden aangemerkt en de andere bronnen als niet duurzaam. (Redactie: Zie ook het artikel Kernenergie de oplossing?)

Waterstof geproduceerd met niet duurzame bronnen

Waterstof die met behulp van fossiele brandstoffen wordt gevormd gaat gepaard met een hervormingsproces met hoge temperaturen, waarbij er veel energie verloren gaat. Om waterstof renderend te maken moet er in het totale omzettingsproces minder energie verloren gaan dan bij conventionele brandstoffen als benzine. Daarom moeten er omvormers (naar elektriciteit of een andere vorm van energie) worden ontwikkeld die efficiënter zijn dan de omvormers voor conventionele brandstoffen.

Kernenergie is de tweede vorm van energie die gebruikt kan worden voor het produceren van waterstof. Dit kan doormiddel van twee processen: elektrolyse van water of het gebruik van de warmte die vrij komt bij de productie van kernenergie (thermo-chemisch proces). Deze processen kunnen rendabel zijn als er veel kerncentrales beschikbaar zijn die in de “rustige” uren goedkope energie produceren.

Waterstof uit duurzame bronnen

De meeste bekende vorm van waterstofproductie middels zon- en windenergie werkt op basis van elektrolyse van water. Echter, de componenten die hiervoor benodigd zijn maken de geproduceerde waterstof duurder dan men ermee op de markt kan verdienen. Verder zijn er ook nog waterkrachtcentrales waarin men, wederom op basis van elektrolyse, waterstof kan produceren. Zo zijn er in Canada enorme centrales die goedkope energie kunnen produceren.

Waterkracht centrale

Een andere meer recente ontwikkeling is om water te kraken met behulp van thermische zonne-energie centrales (CSP). Bij dit kraakprocess wordt water, onder invloed van extreme hitte, omgezet in waterstofgas en zuurstof.

Thermische zonne-energie centrale

Opslag van waterstof

De opslag van waterstof, niet onbelangrijk voor een toepassing in auto’s, laat nog veel te wensen over. Op dit moment wordt de waterstof opgeslagen met een druk van 300 bar, wat in de toekomst omhoog zal gaan naar 700 bar. De huidige waterstof auto’s hebben hierdoor het probleem dat het waterstof te veel volume in beslag nemen, waardoor ze tot 7 maal minder afstand kunnen afleggen op 1 tank dan een conventionele benzine auto. Ook bij de opslag van waterstof gaat er overigens weer energie verloren, waardoor er een rendementsverlies is van maar liefst 15 %. Wanneer de waterstof ook vloeibaar wordt gemaakt is er nog eens een verlies van 35 %.

Rendementen

De rendementen die worden behaald op waterstof zijn niet bepaald om over naar huis te schrijven. Waterstof is namelijk een energiedrager, maar geen energiebron. De nuance zit hem in het feit dat een energiebron meer levert dan het ons zou kosten. Het is iets wat direct uit de aarde is te winnen. Het is voorradig en heeft geen of weinig voorbewerkingen nodig. Een voorbeelden hiervan zijn de zon of fossiele brandstoffen. Een energiedrager is iets wat bewerkt moet worden met energiebronnen om bruikbaar te zijn. We stoppen er een bepaalde hoeveelheid energie in om er iets voor terug te krijgen. Watergas is zo’n energie drager. Het is daarom belangrijk dat er een hoog rendement zit in het overbrengen van energiebronnen op energiedragers. Op dit moment is de meest efficiënte methode van het produceren van waterstof die op basis van methaan. Dit is dan 8,4 %; het rendement van methaan naar waterstof is 35,1 %, daarna heeft een elektromotor een rendement van 80 % en een brandstofcel een rendement van 30 %. Even ter vergelijking: een diesel haalt 40 % en een benzine 25%. Bovendien kan de elektriciteit vooralsnog beter direct naar een accu worden overgebracht, omdat het energieverlies van een accu door de tijd heen ongedaan wordt gemaakt door het lage rendement van de productie van waterstof.

Conclusie

In de toekomst zal waterstof dus echt een stuk rendabeler moeten worden. Zijn auto’s op waterstof een utopie: jazeker. Althans, vooralsnog wel. Heeft de olie industrie de ontwikkeling van waterstof auto’s in de weg gestaan? Onzin. Deze zijn gewoonweg niet rendabel genoeg. Het blijft ook maar zeer de vraag hoe we waterstof gaan produceren: want als dit in de toekomst met behulp van methaangas gaat gebeuren, kunnen we net zo goed doorblijven rijden op conventionele brandstoffen. Een oplossing voor dit probleem zou het aanleggen van voornamelijk duurzame energiebronnen zijn: zonne- en windenergie: de pieken in energie die zoals bekend samengaan met deze bronnen zouden dan mooi kunnen worden opgevangen door waterstof te produceren.

Het waterstofverhaal blijft tot zover dus nog even met een aantal onbeschreven pagina’s en een onduidelijk einde. Er zit waarschijnlijk wel toekomstmuziek in brandstofceltechnologie maar de grote vraag blijft toch nog steeds of dat deze technologie ook krachtig genoeg zal zijn om niet alleen tegen de traditionele wagens maar ook tegen andere technologieën zoals hybride rijden zal kunnen opboksen ? Het is verder de vraag wanneer dit zal zijn. Wij geloven er namelijk niet in dat dit in 2015 gerealiseerd kan zijn, zoals de autofabrikanten wel beweren. We hopen en verwachten spoedig een antwoord op deze vraag!

Martin van Duyse, redacteur van zuinige-auto.nl

Bronnen

• zuinige-auto.nl
• Waterstof? (co2-feiten.nl)
• Nederlandse Waterstof en Brandstofcellen Vereniging