Waterstof, een oud verhaal.

Door Blokker_1999 op zaterdag 10 april 2021 11:47 - Reacties (14)
Categorie: /var, Views: 5.269

Vandaag zou ik graag eens een beetje in de geschiedenis duiken. Een veel gelezen argument van voorstanders van waterstofauto’s is namelijk dat rijden op waterstof iets nieuw is terwijl rijden op batterijen oude techniek is die al meer dan een eeuw bestaat. Maar is het allemaal wel zo zwart/wit?

Elektrisch rijden, een beetje geschiedenis

Het is uiteraard correct dat een auto aangedreven door batterijen geen nieuw idee is. De elektrische motor werd voor het eerst uitgevonden in 1828, lang voordat we motoren op een brandstof zoals diesel kenden. Enkele jaren na de uitvinding van die elektrische motor zagen we dan ook de eerste concepten voorbijkomen van voertuigen die aangedreven werden met zo een motor, al had je toen nog geen goede mogelijkheid om elektriciteit op te slaan. De herlaadbare batterij zou pas enkele decennia later worden uitgevonden en pas in 1881 zouden zulke batterijen voor het eerst op een grote schaal geproduceerd worden.



In 1884 kwam dan ook voor het eerst een “massaproductie” op gang van elektrisch aangedreven wagens door de Engelsman Thomas Parker die onder andere reeds verantwoordelijk was voor de elektrificering van de London Underground en interesse had in oplossingen die efficient waren en minder vervuilend dan de tot op dat moment gebruikte manieren om voertuigen aan te drijven zoals het stoken van kolen om de stoomboilers op te warmen of de benzine die op dat moment in verbrandingsmotoren gebruikt werd.

De elektrische voertuigen hielden jarenlang de records voor zowel afstand als snelheid al zat je ook al in die tijd met beperkt bereik. Mede hierdoor werd op het einde van de 19de eeuw reeds de eerste vrachtwagen gebouwd met verwisselbare batterijen. Je kocht de vrachtwagen zonder batterij en je huurde de batterijen erbij. Begin twintigste eeuw waren batterij aangedreven voertuigen dan ook enorm populair.

In de jaren 1920 kwam evenwel de olieboom. Op meerdere plaatsen in de wereld werd aardolie gevonden. Hierdoor werd olie goedkoop. Gecombineerd met verbeteringen aan brandstofmotoren begonnen brandstofvoertuigen de bovenhand te nemen. Wegen werden beter waardoor mensen sneller en verder konden rijden en met een brandstofwagen werd dat ook mogelijk. De snelheid lag hoger en een tank kon eenvoudig gevuld worden. Voor grotere afstanden kon je grotere tanks plaatsen. De elektrische aandrijving zag je van toen alleen nog maar in zeer specifieke producten. Denk aan vorkheftrucks, golfkarretjes of de typisch Britse melkwagens.



Wat met waterstof?

Maar wacht even, gingen we het ook niet over waterstof hebben? We weten allemaal dat de elektrische auto een oud concept is, hoe zit het eigenlijk met waterstof?

Wel, het concept om waterstof te gebruiken als energiedrager werd voor het eerst aangetoond in 1801. Voor het eerste voorbeeld van een brandstofcel moeten we evenwel naar 1842 toen ene William Grove zijn “gas voltaische batterij” voorstelde waarbij hij een elektrochemische reactie aantoonde tussen waterstof en zuurstof met platina als catalyst. Het zou evenwel nog meer dan een eeuw duren voordat we voor het eerst een brandstofcel tegenkomen in een voertuig. In 1959 werd een tractor aangepast met een 15kW brandstofcel. Reeds van in de jaren ’30, de brandstofmotor had de elektrische wagen naar de achtergrond verdreven, kwam er een vernieuwde interesse naar het gebruik van waterstof en in 1933 werd in Noorwegen voor de eerste keer een voertuig omgebouwd om waterstof als brandstof te gebruiken in plaats van benzine.



En waterstof is vanaf dat moment nooit echt helemaal uit het beeld verdwenen als alternatieve brandstof. Ook in de jaren 50 heeft de Amerikaanse luchtmacht experimenten gedaan met vloeibare waterstof als brandstof voor gevechtsvliegtuien, en die tests werden als succesvol omschreven. Belangrijkste reden dat ze vandaag nog altijd kerosine gebruiken? Kostprijs. Maar ondanks dat uit het vele onderzoek weinig projecten naar voren kwamen die effectief tot productie kwamen, trokken de USAF en NASA wel 1 belangrijke conclusie uit al die experimenten: waterstof vereist niet meer voorzorgsmaatregelen dan andere brandstoffen.

Voor waterstof als brandstof was dit evenwel het startpunt. Aan de ene kant begon men waterstof te gebruiken in raketmotoren, aan de andere kant had men in de ruimtevaart nood aan betrouwbare stroomvoorziening. En aangezien het concept van een waterstof brandstofcel reeds meer dan een eeuw bekend was, werd dit verkozen als de manier om elektriciteit op te wekken aan boord van de Apollo ruimtecapsules, en later ook de Space Shuttle. Batterijen waren te zwaar en zonnepanelen veel te duur.

Maar ook hier op aarde bleef men verder experimenteren. In 1966 bouwde GM een prototype van een brandstofcel aangedreven voertuig, genaamd de Electrovan. Uitzonderlijk aan dit voertuig is dat de brandstofcel de elektromotoren rechtstreeks aandrijft, er wordt geen gebruik gemaakt van een batterij als buffer. Het prototype was niet echt betrouwbaar, woog 3400kg, bood plaats aan de bestuurder en 1 passagier, had een bereik van 200km, een topsnelheid van net boven de 100km/h en een onderhoudsinterval van 1000h.



In de daarop volgende decennia bleven vele bedrijven onderzoek doen naar deze vorm van aandrijving, maar in diezelfde periode kwam er ook een hernieuwde interesse in wagens met enkel batterijen. Beide technologieën kampten evenwel met gelijkaardige problemen, de belangrijkste daarvan waren kost en bereik. Elektrische wagens waren nog altijd duur om te produceren en konden veel minder ver rijden dan hun brandstof aangedreven alternatieven.

Moderne tijd

En zo komen we stilaan bij de hedendaagse tijd. Net zoals er een eeuw geleden een strijd was om de dominantie op de voertuigmarkt vinden we ons nu opnieuw in zo een strijd. De bron van de moderne revival van elektrisch aangedreven voertuigen is tweeledig.

Begin jaren ’90 begon California met een push naar efficientere voertuigen. Overheden, ook in de VS, waren toen al decennia bezig met investeren in groenere energievormen maar reeds in de jaren ’90 wenste California te gaan naar het tot netto 0 terugbrengen van vervuilende uitstoot. Vele fabrikanten gingen hierop EVs aanbieden waarbij de bekendste waarschijnlijk de GM EV1 is. Maar ook Chrysler, Ford, Nissan, Honda, Toyota en anderen kwamen met elektrische voertuigen. Weliswaar tegen hun zin. Marketing voor deze voertuigen was dan ook 0, verkoopsaantallen waren, mede door gebrek aan marketing en gebrek aan interesse vanuit de fabrikanten om te verkopen, ook zo goed als 0 en de wetgeving werd uiteindelijk succesvol aangevochten in een federale rechtbank waarna de meeste van de voertuigen terug verdwenen. De EV1 was niet de enige waarvan vandaag geen werkende exemplaren meer overblijven. Enkel Toyota geeft vandaag nog altijd bijstand voor de RAV4 EV.



California heeft evenwel doorgezet en heeft in de daaropvolgende decennia stilaan opnieuw gewerkt naar een nieuw ZEV mandaat. Andere staten hebben dat ondertussen overgenomen. Ook in de EU is men eind jaren 80 beginnen nadenken over het terugdringen van de uitstoot van wagens en werd in ’92 daardoor de eerste Euro norm geïntroduceerd. Vanuit beide kanten van de Atlantische oceaan is men dus druk beginnen zetten op fabrikanten om de gemiddelde uitstoot van voertuigen te verbeteren.

Wat het experiment in California evenwel had aangetoond is dat de batterijtechnologie nog altijd niet op het punt stond om te concurreren met de verbrandingsmotor. De waterstof brandstofcel leek daarom nog altijd de betere oplossing. Die technologie werd ook sterk geholpen doordat NASA zelf minder onderzoek naar deze technologie nodig had nadat in de jaren 70 de Shuttle was ontworpen. Vele experts kwamen daardoor beschikbaar op de arbeidsmarkt en voertuigfabrikanten maakten maar wat graag gebruik van hun kennis.

Begin jaren 2000 hebben we dan ook een eerste opstoot gezien deze eeuw in het aanbod van wagens met een brandstofcel. Zo zagen we de Honda FCX-V4 verschijnen in 2002, De Ford Focus FCV in 2003 en in de volgende jaren ook modellen van Nissan, Mercedes en Chevrolet.



En dit allemaal voordat we eigenlijk de eerste, moderne batterij elektrische wagen op de markt zien. De huidige evolutie van elektrische auto’s is mede mogelijk gemaakt door de lithium batterijen die een hogere energiedichtheid mogelijk maken dan wat we daarvoor hadden waardoor we meer energie kunnen meenemen en steeds verder kunnen geraken.

De volgende keer dat iemand dus zegt dat een brandstofcel nieuwe technologie is en de batterijwagen een grote voorsprong heeft, laat hen een beetje onderzoek doen. Ze zullen bedrogen uitkomen. Welke technologie gaat bovenaan komen te staan over 10 jaar? 50 jaar? 100 jaar? Ik durf het zelf niet zeggen. Zoals je kan lezen is er een rijke geschiedenis die ons leert dat technologie vandaag de beste kan zijn, morgen onderaan kan belanden om later weer op te duiken.

Rijden op waterstof

Door Blokker_1999 op zaterdag 3 april 2021 19:17 - Reacties (16)
Categorie: /var, Views: 2.884

We zien regelmatig discussies in de reacties onder nieuwsberichten over elektrische wagens waarbij een strijd los barst tussen mensen die zeggen dat waterstof de toekomst is en mensen die zeggen dat het nooit iets zal worden. Zelf ben ik van mening, met alle informatie die ik tot op heden gelezen heb, dat waterstof nooit de oplossing zal worden voor auto’s.

In de meest recente discussies was er evenwel 1 comment die er voor mij echt wel uitsprong waarbij ik me moet afvragen of het nu een troll was of een echte mening. Iemand beweerde namelijk dat een waterstofauto goedkoper zal zijn dan een zuivere BEV. En dat is iets waar ik zelf niet bij kan. Laat me even uitleggen waarom.

Vooreerst, de aanschafkost van de wagen (prijzen uit België). Een Toyoate Mirai is beschikbaar vanaf €64 470. Ga j voor een Hyundai Nexo dan zit je zelfs al lichtjes boven de €80k. Als het op elektrische wagens aankomt zit je met die prijzen vandaag al in het hogere segment.



De Mirai heeft een tank waarin je 5kg waterstof kunt opslaan onder een druk van 700bar en met een gemiddeld verbruik van 0,94kg/100km gecombineerd verbruik op de WLTP test cyclus kom je uit op een bereik van 532km. De Nexo heeft een tank waar 6,3kg in kan maar is net iets minder zuinig en verbruikt op diezelfde test cyclus 1kg/100km en heeft daarmee een bereik van 630km. Een Tesla Model 3 Long Range, die je in België al kunt aankopen voor €57k haalt in diezelfde test 580km.



Maar wat kost het nu om je wagen met waterstof te tanken? Er zijn niet veel tankstations voor waterstof en het enige dat op dit moment werkt in België komt op een prijs van ongeveer 10 euro per kilogram waterstof. Met de verbruiksgegevens die we hierboven hebben kunnen we dus stellen dat we ongeveer 10kg nodig hebben voor 1000km af te leggen, dat zou ons €100 kosten.



Diezelfde Tesla Model 3 heeft een verbruik van 160Wh/km, doe beide maal 1000 en je hebt 160kWh nodig voor 1000km. Bij het laden treden evenwel verliezen op dus tellen we daar 15% bij om te compenseren voor dat verlies en dan komen we uit op 184kWh. Als we dat thuis kunnen laden aan standard tarieven wordt het een interessante rekensom want daar zit enorm veel variabiliteit in. Ik neem hier dan ook een gemiddelde van 25 cent per kWh. Heb je de mogelijkheid om nacht tarief te gebruiken ga je er ver onder. Zit je met een oud elektriciteitscontract of in een dure regio ga je daar lichtjes boven. Een lading thuis zou met dat gemiddelde slechts €46 kosten, of minder dan de helft dan de wagen op waterstof.

Ga je snelladen zit je ook met een heel scala aan prijzen, afhankelijk van zowel de methode waarmee je betaald alsook de eigenaar van de laadpaal. Laden kan soms al vanaf 35 cent per kWh maar kan oplopen tot 80 cent per kWh. In het eerste geval kost onze 1000km nog altijd maar €64,4 en de duurste gevallen ga je richting de €150. Voor een gemiddelde prijs van rond de halve euro per kWh zal je uiteindelijk rond de €90 uitkomen en zit je met snelladen in de buurt van de brandstofkost voor waterstof.

Maar voor velen die een BEV bezitten is snelladen nog altijd de uitzondering ipv regel waardoor we ook hier kunnen stellen dat de BEV goedkoper blijft ook op langere termijn dan die waterstofauto.

Wat met de onderhoudskost? Bedenk even het volgende. Een auto met een brandstofcel is in essentie een batterij elektrische wagen met een range extender. De waterstofauto is dus complexer dan de zuivere batterijwagen. En waar een batterijwagen zeer weinig onderhoud vraagt, zit je met een brandstofcel wel vast aan periodiek onderhoud waarbij verbruiksgoederen van die brandstofcel vervangen moeten worden. Daarnaast betekend de toegenomen complexiteit natuurlijk ook een verhoogde kans op defecten.



Daar een waterstofwagen in aankoop, in verbruik en in onderhoud vandaag duurder is dan een batterijwagen kan ik niet anders dan concluderen dat een waterstofwagen in zijn geheel niet goedkoper is dan een zuivere BEV. En wanneer je bekijkt wat er voor beide technologieën op de plank ligt, zie ik de balans de volgende jaren ook niet onmiddellijk overslaan.