Dromen van een schone auto

1 / 4

Een Volvo die kan worden ’bijgetankt’ via het stopcontact. © Foto ANP

print
stuur artikel door

Exploderende brandstofprijzen en smeltende poolkappen versnellen het onderzoek naar schone brandstoffen. Auto’s op waterstof en elektriciteit: reële oplossingen of science fiction?

Trots presenteerden Hondafabrikanten in Japan vorige week de eerste commerciële waterstofauto. Voor een leaseprijs van zeshonderd dollar per maand staan de tweehonderd auto’s binnenkort in Californische garages.

Ook BMW heeft een door waterstof aangedreven auto en Daimler Chrysler heeft in Nederland een aantal bussen op waterstof rond rijden. Al met al investeert de autobranche miljarden in het onderzoek.

Voordeel 1: milieuwinst

Het afval dat een waterstofauto produceert is niet schadelijk voor het milieu. Als de auto eenmaal rijdt is de enige afvalstof namelijk water. Dus geen fijnstof, geen CO2-emissie en geen andere schadelijke gassen. Maar de productie van waterstof is energierovend en vervuilend. Bij hoge temperatuur, zo’n achthonderd graden, worden aardgas en stoom bij elkaar gebracht. Uit de chemische reactie tussen die twee ontstaat koolmonoxide en waterstof. Vervolgens wordt bij 350 graden de ontstane koolmonoxide met stoom verhit waaruit nog meer waterstof ontstaat. Daarbij komt ook CO2 vrij. Eenmaal op de weg is de auto emissievrij, maar daarvoor ontstaan schadelijke gassen. Om die uitstoot zoveel mogelijk teniet te doen moet een zo hoog mogelijk rendement gehaald worden. Want hoe meer kilometers je per kilo waterstof kunt rijden, hoe meer milieuwinst je boekt.

De huidige benzineauto maakt gebruik van een verbrandingsmotor. In de motor wordt brandstof ontstoken en daarbij komt energie vrij. „Gebruik je waterstof in een verbrandingsmotor zoals BMW doet dan is de rendementwinst nihil”, stelt Ronald Mallant van kenniscentrum ECN. De CO2 die ontstaat bij de productie van waterstof is ongeveer gelijk aan de CO2 die een normale benzineauto uitstoot tijdens het rijden.

In plaats van de verbrandingsmotor kan een motor met brandstofcellen worden gebruikt. In de cel komen de waterstofatomen via een membraam voorzichtig in aanraking met zuurstof. Bij de reactie die ontstaat, komt elektrische energie vrij, die wordt gebruikt om een elektromotor aan te drijven. Bijkomend voordeel van de brandstofcel is dat hij ruim twee keer zuiniger is dan de verbrandingsmotor. „Dat scheelt 50 tot 60 procent CO2-emissie in vergelijking met een benzine-auto”, weet Mallant van ECN . Verder maakt het bij de brandstofcel niet uit in welke vorm waterstof wordt aangeboden. Dat kan ook in gasvorm.

Waterstofgas wordt met 700 bar in de brandstoftank van de waterstofauto gepompt. Die druk is driehondervijftig keer hoger dan in een autoband. Ook daarvoor is energie nodig, maar minder dan voor bijvoorbeeld het vloeibaar maken van waterstof. Tegenstanders van de gastank wijzen op de brandbaarheid van waterstof als gas, maar Mallant weet dat Amerikaanse onderzoekers de tanks zorgvuldig testten. „Ze schoten erop met geweren zonder dat de tank kapot ging. Natuurlijk is het gas ontvlambaar, maar aardgas en benzinedamp zijn dat ook.”

Voordeel 2: goedkoper?

Ook Bram Veenhuizen, expert op het gebied van waterstoftoepassingen in vervoer van de Hogeschool van Arnhem, denkt dat de brandstofcel, omdat die een elektromotor aandrijft, een belangrijke ontwikkeling is. „De concentratie in de automarkt ligt op elektromotoren. Deze zijn goedkoper, makkelijker in onderhoud, lichter en daardoor in potentie gemakkelijker te maken dan de ingewikkelde verbrandingsmotoren.”

Obstakel 1: koeling

Bij gebruik van een verbrandingsmotor wordt vloeibare waterstof gebruikt. Pas bij zeer lage temperatuur, 253 graden onder nul, wordt het gas vloeibaar. In die vorm is de energiedichtheid groter is dan in gasvorm. Je kunt met een volle tank dus meer kilometers afleggen, maar het kost energie om de brandstof in vloeibare vorm te krijgen. Mallant: „Je moet je voorstellen dat je iets dat al koud is nog kouder maakt.” Dat betekent rendementsverlies van 30 procent.

Eenmaal in de tank moet het waterstof koud blijven. Daarvoor zijn sterk isolerende tanks ontwikkeld. „Een kop thee geplaatst in zo’n tank heeft een maand nodig om af te koelen voordat hij drinkbaar is”, zegt Mark Loojenga van BMW. Hoe geïsoleerd ook, temperatuurverlies is onvermijdelijk waardoor er altijd een deel van het vloeibare waterstof overgaat in gasvorm. Daardoor vergroot de druk in de tank en moet het gas uit de tank. „Met als gevolg dat de tank na een paar weken leeg is als de auto niet rijdt”, zegt Veenhuizen.

Obstakel 2: dure productie

De brandstofcel is duur. Op het moment moet men rekenen op 1000 euro per opgewekte kilowatt. Dat betekent dat een motor met 90 pk, waar zo’n 65 kW voor nodig is, 65.000 euro kost. Dat de prijs zo hoog oploopt komt onder meer door de dure onderdelen zoals platina. Maar belangrijker is dat de cellen niet in massaproductie kunnen. „Tot het zover is kan de prijs niet concurreren met de huidige technologie”, denkt Veenhuizen. Daarvoor moet de techniek uitrijpen en het vertrouwen groeien. Daar gaat zeker acht jaar overheen denken de onderzoekers. Daarna kunnen ook pompstations worden uitgerust met waterstoftanks. Momenteel is er een pomp voor commercieel gebruik in Brussel. Ook Arnhem is bezig met een pomp.