In een waterstofauto is voor passagiers geen plek meer

Auto’s op waterstof komen er niet zolang er geen stations zijn waar je waterstof kunt tanken. En andersom: zonder waterstofauto’s geen tankstations. Arnhem lanceert ze daarom tegelijkertijd.

Het eerste publieke waterstoftankstation van Nederland wordt vandaag geopend in Arnhem. De opleiding Autotechniek van de Hogeschool van Arnhem en Nijmegen (HAN) is nauw betrokken bij dit project, waarmee Arnhem een pionier is op het gebied van emissieloze brandstof.

„Waterstof als brandstof is een typisch ’kip en ei’-verhaal”, zegt Bram Veenhuizen, lector voertuigmechatronica aan de HAN. „Er rijden in Nederland nog geen auto’s op waterstof rond, want die kunnen nergens tanken. Maar om een waterstoftankstation te openen moeten er wel voertuigen zijn die komen afnemen.”

De oplossing zou dus zijn om tegelijkertijd een tankstation en op waterstof rijdende auto’s te lanceren. Dat gaat nu gebeuren in Arnhem. Onder leiding van het lectoraat voertuigmechatronica zijn studenten en docenten van de opleiding autotechniek, in samenwerking met het bedrijfsleven, de afgelopen tijd bezig geweest een aantal voertuigen om te bouwen van benzine- of diesel- naar waterstofaandrijving.

Een vrachtwagen, bestelbusje en rallyauto zullen vanaf vandaag kunnen tanken bij de nieuwe waterstofzuil van het Avia-tankstation aan de Van Oldenbarneveldtstraat. Daarnaast zal er in 2011 ook een op waterstof rijdende stadsbus worden opgenomen in de dienstregeling van de gemeente.

De meeste auto’s die op waterstof rijden, maken gebruik van een brandstofcel. Dat is een soort klein chemisch fabriekje waarin waterstof en zuurstof samenkomen en worden omgezet in elektriciteit. Die energie stroomt via een aantal batterijen naar de elektromotor. Deze drijft de auto aan.

Veenhuizen: „Die batterijen zijn niet strikt noodzakelijk voor de aandrijving, maar worden ingebouwd voor de opslag van energie. De brandstofcel maakt heel stabiel energie aan, maar wat je verbruikt met autorijden fluctueert. Optrekken vereist veel meer vermogen dan constant negentig rijden. De batterij slaat energie op als die te veel wordt aangemaakt of als die bij afremmen wordt teruggeleverd. Heeft de auto meer vermogen nodig dan de brandstofcel op dat moment produceert, dan wordt de voorraad aangeboord.” De batterij zorgt er dus voor dat er minder energie verloren gaat en je ook geen minuten bezig bent om een beetje op snelheid te komen.

Met de brandstofceltechniek wordt een veel hoger rendement bereikt dan met een aandrijving met verbrandingsmotor. Het rendement is het percentage van de totale energie die in de brandstof aanwezig is dat daadwerkelijk wordt omgezet in voortbeweging van de auto. De rest lekt via het koelsysteem als warmte weg. „Het maximale rendement van een benzinemotor is ongeveer 20 procent en van een dieselmotor 30 tot 35 procent. Het merendeel van de energie lekt via de uitlaat en de radiatoren weg. Eigenlijk ben je een soort rijdende kachel. Bij het gebruik van een brandstofcel en waterstof is het rendement maximaal 55 procent, terwijl de uitstoot die wel weg lekt uit niets anders bestaat dan warmte en zuivere stoom”, aldus Veenhuizen.

De techniek van de brandstofcel is tientallen jaren oud. Al in de negentiende eeuw ontdekten wetenschappers dat elektriciteit kon worden opgewekt uit de chemische reactie tussen waterstof en zuurstof. In de jaren vijftig van de vorige eeuw werd de eerste brandstofcel van vijf kilowatt gedemonstreerd door een groep onderzoekers van de universiteit van Cambridge. Hoewel de brandstofcel een hoog rendement haalde en de interesse van NASA genoot, waren er ook nadelen: hij was erg duur en ging relatief kort mee. Verdere technologische ontwikkelingen belandden dan ook weer even op een zijspoor. Vanaf de jaren tachtig is onderzoek weer geïntensiveerd doordat fossiele brandstoffen steeds schaarser worden en men op zoek gaat naar goede alternatieven. Inmiddels zijn de kosten flink teruggelopen.

De HAN heeft een speciaal programma (SMILE), waarin studenten die dat willen al vanaf het eerste jaar extra lessen krijgen over duurzame mobiliteit. „We merken dat er vanuit het bedrijfsleven steeds meer vraag komt naar afgestudeerde autotechnici die verstand hebben van dit onderwerp”, zegt Veenhuizen. „Het aantal ondernemers dat op zoek is naar duurzame oplossingen stijgt, maar ook in de racewereld wordt duurzaamheid steeds belangrijker. Om daar op in te springen proberen wij onze leerlingen zo goed mogelijk te onderwijzen en voorop te laten lopen in deze technieken.”

Toch rollen auto’s met een brandstofcel nog nauwelijks van de band. Daarom zijn voertuigen die op waterstof rijden meestal ’gewone’ auto’s die verbouwd worden. Zo ook in het lab van de opleiding autotechniek. Van een Fiat Doblo zijn de verbrandingsmotor en benzinetank er uitgehaald en docenten en studenten zijn druk bezig een elektrische motor, batterijen, brandstofcel en waterstoftank in te bouwen. Op tekeningen is te zien waar de waterstoftank zal komen en hoe die bijna de helft van de ruimte achter in het bestelbusje inneemt. Onder de auto is een stalen doos gebouwd waar de batterijen in zitten en onder de motorkap hangen hier en daar nog wat losse kabels. Veenhuizen: „Alleen de tank voor een waterstofauto is al ruim twee keer zo groot als een normale tank, dus je kunt je voorstellen dat het waterstofsysteem in zijn totaal veel meer ruimte inneemt. Het aanpassen van een auto is dan ook een behoorlijke puzzel. Het hele pakket netjes laten passen is een flinke uitdaging, want je bouwt een auto om van een bepaalde techniek naar een totaal andere. Dat gaat vaak ten koste gaat van kofferbakruimte of zelfs van de achterbank. En dan nog: deze auto heeft een actieradius van niet meer dan 150 à 200 kilometer.”

Dit laatste valt goed te zien in de knalblauwe Subaru die ook onder handen wordt genomen. De achterbank van het voertuig is volledig verdwenen, in plaats daarvan zit er een grote zilveren kist met waterstoftank. „Voor deze auto maakt dat niet uit, want het is een rallymodel en daar zitten meestal geen mensen op de achterbank, maar voor een gewone gezinswagen is dat natuurlijk geen oplossing”, aldus Veenhuizen.

Is de waterstoftechniek dan alleen toepasbaar in grotere auto’s met een enorme kofferbak of in bestelwagens en kleine busjes? „Nee, in principe kan iedere auto, hoe klein ook, worden omgebouwd. Maar je houdt dan wellicht minder ruimte over voor bagage en passagiers. Kleine series voertuigen van Mercedes en Honda laten zien dat brandstofceltechniek ook toepasbaar is zonder grote gevolgen voor passagiers- en bagageruimte.”

Naast ruimteverlies kleven er meer nadelen aan waterstof als brandstof voor auto’s. Waterstof is op zichzelf geen grondstof die in de natuur voorhanden is. Het is een gas dat kan worden onttrokken aan aardgas of met elektrolyse uit water kan worden gehaald. Bij elektrolyse worden door middel van elektrische stroom de waterstof en de zuurstof van elkaar gescheiden. „Daar heb je meteen ook de paradox in deze vorm van emissieloze mobiliteit”, zegt Veenhuizen. „Wil je de toepassing echt milieuvriendelijk maken, dan moet je zorgen dat je de waterstof opwekt uit een duurzame energiebron, met wind- of zonne-energie bijvoorbeeld.” Bij het tankstation in Arnhem wordt de waterstof ter plekke gewonnen uit groen (CO2-neutraal) aardgas, waarna het gas met compressoren op een druk van 350 bar wordt gebracht, die nodig is om de waterstof in auto’s te tanken. Veenhuizen benadrukt dat dit niet gevaarlijk is: „Als dat het geval was, zouden we er niet mee rondrijden.”

Hoe de toekomst er voor de brandstofceltechniek uitziet weet Veenhuizen niet. „Sowieso denk ik niet dat de fossiele brandstoffen in de toekomst helemaal uitgeput zullen raken. Wel worden ze steeds schaarser en dus zal op den duur de prijs toenemen en sterker gaan fluctueren. Daardoor zal het steeds interessanter worden oplossingen gebaseerd op niet-fossiele bronnen op grotere schaal toe te passen. Maar of over dertig jaar iedereen op waterstof rijdt, daar durf ik geen uitspraak over te doen. Ook elektrisch rijden staat op dit moment veel onder de aandacht. De technieken zouden naast elkaar kunnen bestaan, want elektrische auto’s zijn nog niet geschikt voor het rijden van lange afstanden, terwijl waterstof dat wel kan, maar nu nog veel kost.”