Waterstofauto

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Vulopening voor waterstof van een BMW in het Museum Autovision in Altlußheim (Duitsland)
Tank voor vloeibare waterstof van Linde in het Museum Autovision in Altlußheim (Duitsland)

Een waterstofauto is een elektrische auto die waterstof (H2) gebruikt als energiebron in plaats van een batterij. De waterstof wordt in een brandstofcel met zuurstof (O2) uit de lucht omgezet in water (H2O) waarbij elektriciteit geproduceerd wordt die de elektromotor aandrijft. Het enige restproduct is waterdamp en warmte. Er ontstaat geen CO2 waardoor het een zero-emission voertuig is.

Personenauto's[bewerken]

Hyundai ix35 Fuel Cell Electric Vehicle

De Hyundai ix35 Fuel Cell (range: 600 km), de Toyota Mirai (range: 502 km) en de Honda Clarity Fuel Cell (range: 589 km) zijn de eerste personenauto's aangedreven door waterstof. In Nederland werden de eerste twee Toyota Mirai's in gebruik genomen door het Ministerie van Infrastructuur en Milieu in januari 2016.[1] Eerder had het ministerie al twee Hyundai waterstofauto's in gebruik genomen. In Nederland rijden er zo'n 31 waterstofauto's rond.[2]

Bussen en touringcars[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie brandstofcelbus voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Niet alleen auto's kunnen gaan rijden op waterstof, ook (stads)bussen kunnen rijden op waterstof. Dit is vooral zinvol in steden, waar door de inzet van waterstofbussen de luchtkwaliteit kan verbeteren. Er lopen momenteel al projecten waarbij op proef met waterstofbussen wordt gereden.

Vrachtauto's[bewerken]

De Brabantse voertuigenfabrikant VDL gaat naast een volledig elektrische truck ook een elektrische truck op basis van een DAF-truck ontwikkelen met waterstof range extender. Het voordeel hiervan is de grotere actieradius ten opzichte van de batterij elektrische aandrijving. De batterij wordt tijdens het rijden bijgeladen door elektriciteit geproduceerd door de waterstof fuel cell.[3]

Infrastructuur[bewerken]

Op 3 september 2014 is het eerste openbare waterstoftankstation in Nederland geopend langs de A15 in Rhoon bij Rotterdam. Eerder waren er al private tankstations in Amsterdam, Arnhem en Helmond.[4] Waterstoftankstations zijn duur, ongeveer 1,5 miljoen euro.[2] Zolang er nog weinig waterstofauto's in Nederland rondrijden is het niet lonend om veel waterstofstations neer te zetten en zolang er weinig waterstoftankstations zijn is het niet zinnig een waterstofauto aan te schaffen (kip-en-eiprobleem). Een Nederlandse ondernemer ontwikkelt goedkopere waterstofstations.[2]

Productie van waterstof[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie Waterstofproductie voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Waterstof is een gas dat niet, zoals aardgas, uit de grond gehaald kan worden. Het moet geproduceerd worden. Dit gebeurt onder meer via elektrolyse, een proces waarbij water omgezet wordt in waterstof en zuurstof door toediening van een elektrische stroom. Dat is het omgekeerde van de reactie die in een brandstofcel plaatsvindt. De reactie is 2 H2O → O2 + 2 H2.

Waterstof kan ook worden geproduceerd uit fossiele brandstof, bijvoorbeeld aardgas. Methaan (CH4) wordt in dit geval via reforming omgezet in H2 en CO2. De CO2 kan –in theorie– worden afgescheiden en ondergronds in bijvoorbeeld een leeg aardgasveld worden opgeslagen. In dat geval draagt de inzet van aardgas niet of heel weinig bij aan de uitstoot van CO2 naar de atmosfeer. Waterstof kan ook uit biomassa worden gemaakt. Wanneer ook bij dit proces de vrijkomende CO2 wordt afgescheiden en ondergronds opgeslagen, is het zelfs mogelijk om tot negatieve emissie van CO2 te komen: het halen van CO2 uit de atmosfeer en het vastleggen van deze CO2 op aarde.

Voor de productie van waterstof door middel van elektrolyse is elektriciteit nodig. Die elektriciteit kan goedkoop geproduceerd worden met behulp van zonnepanelen in gebieden waar de zon veel schijnt en in de vorm van waterstof getransporteerd worden naar gebieden waar er vraag naar is.

Voordelen[bewerken]

  • Het voordeel van de waterstofauto's is dat er geen (lokale) luchtverontreiniging ontstaat. Bij de verbranding van waterstofgas ontstaat uitsluitend waterdamp. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen komen er bij de verbranding van waterstof geen luchtvervuilende stoffen vrij als koolmonoxide, stikstofoxiden en fijnstof. Indien de waterstof is geproduceerd met stroom die is opgewekt door verbranding van fossiele brandstoffen is wel sprake van luchtvervuiling bij de energiecentrale, tenzij deze vervuilende stoffen (waaronder CO2) worden afgevangen en opgeslagen. Indien de waterstof is geproduceerd met groene stroom, is geen sprake van luchtverontreiniging en in dat geval wordt er ook geen (CO2), een belangrijk broeikasgas, geproduceerd.
  • Waterstof heeft als tweede voordeel dat het quasi-onuitputtelijk is. Er kan altijd nieuwe waterstof gemaakt worden uit water, echter met behulp van energie. De voorraad fossiele brandstoffen (en zeker aardolie) daarentegen, raakt langzamerhand uitgeput en nieuwe aardolie kan niet makkelijk gemaakt worden. Er moet dus gezocht worden naar een alternatief voor aardolie, om de benodigde energie op te wekken.
  • Derde voordeel is, bij gebruik van brandstofcellen, de stille aandrijving, als gevolg van het ontbreken van mechanische delen in de brandstofcel, die waterstof omzet in elektrische energie. Het enige geluid komt dan nog van de elektromotoren, die stiller zijn dan verbrandingsmotoren. Hierdoor zou geluidsoverlast als gevolg van verkeersdrukte voornamelijk in stedelijke gebieden aanzienlijk afnemen. Aan de andere kant heeft verkeerslawaai ook een nuttige functie, namelijk het waarschuwen van andere verkeersdeelnemers voor een (aankomend) gevaar. In stedelijke omgevingen, waar veel zwakke verkeersdeelnemers als fietsers en voetgangers zijn, kunnen te stille auto's gevaarlijke situaties opleveren, omdat deze weggebruikers een met een elektromotor aangedreven auto niet horen aankomen.

Nadelen[bewerken]

  • Het gebruik van waterstof als brandstof in de auto heeft ook nadelen. Waterstof is een gas met een zeer lage dichtheid, waardoor het opslaan van een kleine hoeveelheid waterstof al een enorme waterstoftank zou vragen en daarvoor is in een auto geen plaats. Met de stand van de techniek van 2011 passen met koolstofvezel versterkte waterstoftanks alleen in grotere auto's (SUV's). De Koreaanse ix35 FCEV auto bijvoorbeeld is een SUV met een tank waar 5,6 kg waterstof in gaat met een druk van 70 MPa. De auto kan daarmee 600 km ver komen. Tankstations hebben hetzelfde probleem als autobrandstoftanks: ze moeten werkelijk enorm zijn. Ook het vervoer van centrale opslagplaats naar deze tankstations vormt een probleem: vrachtautotanks kunnen ook niet veel groter worden en dus zullen de tankwagens vaker moeten rijden. Maar waterstof kan ook ter plaatse van het tankstation geproduceerd worden uit aardgas of groengas door middel van stoomreforming, of via een gasleiding worden getransporteerd.
  • Waterstof is een ontplofbaar mengsel als het in aanraking komt met zuurstof. Echter, omdat waterstof zo'n licht gas is, wordt zelden de explosiegrens bereikt (volumepercentage waarbij het mengsel ontbranden kan). Dit probleem is eigenlijk een te verwaarlozen nadeel: benzine en LPG zijn ook licht ontvlambaar. Dit laatste probleem zou opgelost kunnen worden door het waterstofgas met behulp van CO2 uit de atmosfeer om te zetten in mierenzuur (HCOOH). Mierenzuur is vloeibaar bij kamertemperatuur en niet ontvlambaar. Met een katalysator van ijzer zou het mierenzuur in de auto terug omgezet kunnen worden in CO2 en H2. De enige koolstofdioxide die bij dit proces vrijkomt is de CO2 die gebruikt werd om het waterstofgas om te zetten naar de tussenbrandstof (mierenzuur). (bron EPFL Zwitserland)
  • Waterstoftechnologie haalt een efficiency van ongeveer 30 procent. Voor een elektrische auto is dat 70 procent[5].
  • De infrastructuur voor waterstoftechnologie is nog heel beperkt en is eigenlijk niet de moeite waard om het op te zetten omdat de energie efficiency heel laag is. Voor elektrische auto’s is er wereldwijd al een redelijk goede laadinfrastructuur[5]. In Nederland heeft de oplaadinfrastructuur voor elektrische auto's een bijna niet in te halen voorsprong.

Oplossingen[bewerken]

Een oplossing voor de omvang van de tanks zou het comprimeren (samenpersen) van de waterstof kunnen zijn. Wetenschappers zijn druk bezig hiervoor een veilige en betaalbare methode te ontwikkelen. Een andere mogelijkheid is het opslaan van waterstof in minuscule bolletjes, waarmee de waterstof met een veel grotere dichtheid kan worden opgeslagen. Tevens zou deze opslagmethode veiliger zijn. Een derde mogelijkheid is het opslaan door gebruik te maken van een metaal. Een metaal vormt namelijk een kristalrooster waar het waterstof tussen zou kunnen gaan zitten. Op deze manier worden metaalhydriden gevormd zoals bijvoorbeeld Lithiumaluminiumhydride. Ook dit is nog in ontwikkeling. Dit illustreert gelijktijdig een van de grootste problemen bij het opslaan van gecomprimeerde waterstof in (goedkope) stalen tanks; het diffundeert in de tankwand en vormt gasbellen samen met de koolstof uit de chroomcarbiden.

Grootschalige opslag van waterstof is wellicht mogelijk in holtes (cavernes) in zoutlagen. Bij grootschalig gebruik van zonne-energie om waterstof te maken zal deze vorm van energieopslag waarschijnlijk nodig zijn, ter overbrugging van het zomer-winter regime dat het aanbod van zonne-energie kenmerkt.

Ecorunner V in de windtunnel van de TU Delft

Experimentele waterstofauto's[bewerken]

In 2015 wisten de studenten van de TU Delft de Eco-marathon te winnen. Hun waterstofauto Ecorunner V reed toen 3653 kilometer op het equivalent van 1 liter benzine en had met 0,051 de laagste luchtweerstand ter wereld.[6] De Ecorunner VI had een gewicht van 42,5 kilo. De Ecorunner VII moet zo'n 34 kilo gaan wegen[7]. Er is plaats voor 1 persoon.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]