OliNo

Duurzame Energie

Brandstofceltechnologie toekomstmuziek of realiteit

Geplaatst door Martin van Duyse in Niet-duurzaam, Transport Geef een reactie

Concept waterstof autoBrandstofcellen 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
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
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
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

14 Reacties to “Brandstofceltechnologie toekomstmuziek of realiteit”

  1. Jeroen Haringman Says:

    Vergeet ook niet dat waterstof metalen van tanks en leidingen op termijn aantast en ze bros maakt. Ook is waterstof een heel klein molecuul wat altijd gedeeltelijk weg zal lekken, en er zijn aanwijzingen dat het grootschalig in de atmosfeer brengen van waterstof een merkbare invloed op het klimaat kan hebben.

    Over het rendement van brandstofcellen: op zich kan een brandstofcel redelijk efficiënt zijn, mits de restwarmte nuttig gebruikt kan worden. In een woonhuis is bv. voorstelbaar dat de restwarmte gebruikt wordt voor woning- en tapwaterverwarming. Dit is vergelijkbaar met de HRe-ketel, alleen werkt een brandstofcel zonder bewegende onderdelen.

    In een mobiele toepassing zoals een auto is het gebruik van de restwarmte niet mogelijk. Ook blijft de totale efficiëntie van de gehele keten (wind/water/zon -> elektriciteit -> waterstof -> compressie/vloeibaar maken -> opslag -> transport -> elektriciteit -> mechanisch werk) erg laag door de vele omzettingen. Veel beter lijkt mij het om elektriciteit direct te gebruiken.

    Nóg veel beter is het natuurlijk op persoonlijke transportmiddelen helemaal te vermijden door steden slim in te richten. Hierdoor hebben de inwoners alles wat ze nodig hebben (wonen, werken, recreëren) op loop- en fietsafstand en zijn auto’s helemaal niet nodig. Voor de langere afstand moet een goed en snel elektrisch OV-systeem aanwezig zijn. Hierdoor wordt energie nog efficiënter gebruikt.

  2. Robert Says:

    Ieder decennium opnieuw hoor ik dat over 10 jaar de brandstofcelauto in productie zal worden genomen. En nog steeds rijden we gewoon op benzine, diesel of gas. In de toekomst gaat daar m.i. alleen hybride en daarna elektrisch rijden bijkomen. Het zijn de brandstofmaatschappijen die baat hebben bij brandstofcelvervoer. Immers, hun credo is: “We want to fill up, not plug in”. En met waterstof hebben ze weer een stofje waarmee de mensheid kan tanken. Helaas is voor hen op energetisch vlak de strijd al gestreden, en die pakt uit in het voordeel van elektrisch vervoer…

  3. Merijn Says:

    Mooi stuk. Ik ben het ook helemaal met Jeroen eens dat de ware (technologische) innovatie in het beperken van persoonlijk transport ligt. Eén mens met een auto vervoeren is gewoon ongelooflijk energie intensief! Laten we al onze energie eens in dat vraagstuk steken!

  4. Koen Says:

    Waterstofgas is qua gebruik vergelijkbaar met electriciteit (je kunt het opslaan, transporteren, en is slechts een energie-tussenvorm). Maar qua efficientie scoort waterstofgas veel slechter dan electriciteit: het kost meer energie om waterstofgas te creeren en weer om te zetten in andere energievormen dan om electriciteit te generen en om te zetten. Dit geldt ook voor de opslag/transport van waterstofgas.

    Het is een veel beter idee om het electriciteitsnetwerk en batterijtechnologie te ‘upgraden’, dan om een waterstof-infrastructuur te ontwikkelen/implementeren. Het is veel economischer om bijvoorbeeld ‘snel-oplaad’ stations te maken voor elektrische autos.

    Dit is inmiddels beschreven in allerlei technologische onderzoeksrapporten. ScientificAmerican besteedde er ook een artikel aan.

    Waterstof “economie” is dus het zoveelste rookgordijn (van bijv. Shell), het is en blijft een bar slecht en on-economisch idee. Er staan tegenwoordig al batterijen (bijv. Lithium ijzerPhosfaat met speciale electroden) waarop je even ver kan rijden als op een tankje waterstofgas (heeft stuk minder energie/liter dan LPG).

  5. Kris, de glucosamine man Says:

    @ Jeroen en Merijn: Ik vrees dat openbaar vervoer het nooit gaat worden. De samenleving is te individualistisch.

    In de loop der jaren heb ik de hoffelijkheid in het OV ook flink zien teruglopen. Daardoor is mijn motivatie om het OV te gebruiken behoorlijk teruggelopen. (Maar ik verkies alsnog de trein als ik meer dan een uur zou moeten autorijden).

    Voor mijn woon-werk verkeer heb ik gekozen voor een velomobiel. Zuinig en toch mijn eigen ‘space’.

    Wat mij overigens erg aanspreekt is dit:
    http://www.lowtechmagazine.be/2009/08/een-overdekte-snelweg-voor-fietsers.html

    (P.S. Ik ben niet de Kris van die site).

  6. Jeroen Haringman Says:

    @Kris: wellicht heb je gelijk, maar ik ben erg benieuwd wat er gebeurt als de benzine naar de (bv.) € 8 gaat… En je zegt dat je de hoffelijkheid in het OV hebt zien teruglopen? Dat is denk ik waar, maar kijk eens goed naar hoe mensen zich op de weg gedragen, dat is er ook absoluut niet beter op geworden. Ik zie mensen zelden zo aggressief en onbeschoft als achter het stuur van een auto.

    Een velomobiel zit ik ook aan te denken maar ik vind de aanschafprijs wel heel erg hoog. Ik heb twee weken geleden via marktplaats een proefrit gemaakt in een Alleweder maar daar paste ik niet goed in (schouders te breed, zat tegen het instapgat aan). Ook voelde ik me in het kleine, lage voertuigje niet veilig tussen de auto’s en aangezien ongeveer 40% van mijn woon-werk route door stedelijk gebied gaat valt de velomobiel voor mij af. Als het goed weer is fiets ik het stukje (22km enkele reis) gewoon op de mountainbike, en als het regent ga ik met de trein.

  7. Kris, de glucosamine man Says:

    Hoi Jeroen,

    Autorijden is inderdaad ook geen pretje. Ik vind het alleen ‘aangenaam’ op zondagochtend als de snelweg praktisch verlaten is.

    22km is een fikse afstand. Met een velomobiel is het lastig als je steeds moet inhouden voor bijvoorbeeld scholieren die naast elkaar het hele fietspad innemen. Ze horen je niet aankomen. En als je toetert, maken ze ruimte voor een fiets, niet voor een velomobiel.
    Tussen de auto’s rijden lijkt me ook niet alles. Mijn traject is gelukkig erg rustig en mostly vrij breed fietspad.

    Misschien is een min of meer overdekte elektrische scooter een idee? Ik weet niet of ze bestaan. Ik zag al wel eens een overdekte scooter van BMW:
    http://360east.com/blogfileupload/BMW-C1.jpg

    Maar die rijdt op fossielen.

  8. Armando Kolleman Says:

    @Koen
    Wat je zegt klopt en zou erg veel aan gewerkt moet worden en zou hellemaal voor in huizen een super oplossing zijn, want je hoeft het dan ook niet terug te sturen over het netwerk. Voor auto’s denk ik er wel iets anders over ook omdat tot nu toe alle auto’s die op de markt zijn die elektrisch zijn erg slechte trek auto’s zijn wat voor sommige mensen erg belangrijk is.
    Waterstof kan een mooie tussen oplossing zijn voordat de batterij en andere technieken worden verbeterd. In dit filmpje: http://www.youtube.com/watch?v=xEdQRVQtffw kun je zien wat er al mogelijk is voor huizen en het overige wat je houdt kun je in de auto stoppen. Als Batterijen nog niet zo ver zijn en je alleen energie verliest die je gratis op hebt gehaald maar je wel voldoende hebt wat maakt het verlies dan uit vraag ik me af. Onderzoekers en specialisten hebben over allerlei oplossing een grote mond dat het niks is, maar ik ben liever een doener. Probeer eerst eens wat dingen en ga verder met ontwikkeling en er komt vanzelf weer een betere oplossing. Iets is niet een Utopie als het zo dichtbij is. Deze man in dit Youtube filmpje heeft het zo uitgewerkt en het was erg duur en daarom geven ze op hem af. Aan de andere kant is hij ook druk bezig om het 500.000 Dollar project voor mensen om te zetten naar een 50.000 Dollar project. Deze man gelooft in het doen en het maken van nieuwe oplossingen. Batterijen hebben ook onderhoud nodig en daarnaast zijn Batterijen in die grote enorm duur. En is ook Lithium maar gedeeltelijk beschikbaar over de wereld dus dat betekent dat daar ook niet iedereen gebruik van kan maken. Ondertussen was er laatst nog een Honda die ook op een brandstofcel werkt en die ze bij Top Gear hebben getest, zei waren er heel positief over. Laten wij ook allemaal eens wat positiever kijken naar dit soort nieuwe technieken. Voor sommige brandstoffen moeten er wat verbeteringen komen en voor andere mogelijkheden moeten er dingen opgeofferd worden. Sommige problemen zijn namelijk niet prachtig op te lossen in de aarde, de fout namelijk zijn de mensen zelf die zo consumerend leven. Als je namelijk naast Water, Zon, Wint, en gas nog steeds geen oplossing kunt vinden voor groene oplossingen, dan houdt het een keer op.

    Groeten Armando.

  9. WW Says:

    Ik denk dat de autofabrikanten wel gelijk hebben en zeker Toyota dat bekend staat om gestelde doelen altijd te halen.

    Waarom denk ik dat het wel gaat werken, omdat de genoemde argumenten in het artikel voor wat betreft de rendementen voor mij vallen onder “kinderziektes”, dat zijn details die wel opgelost worden.
    Ook de opslag (druk) zal opgelost worden.
    Wel is er wat mij betreft een voorwaarde aan waterstof, ze moet duurzaam opgewekt worden.
    Laat dat nu net geen enkel probleem zijn, we hebben namelijk zoveel zonlicht per dag, dat we de totale energiebehoefte op de wereld wel 100x kunnen afdekken.
    We moeten het alleen willen, daar zit volgens mij de grootste bottelnek, niet bij de techniek.

    Vorig jaar was er een documentaire bij de VPRO over waterstof, erg interessant. Daarin komt ook duidelijk naar voren dat alles kan als we maar willen.

    http://www.vpro.nl/programma/tegenlicht/afleveringen/18004937/

  10. Renaat Says:

    Ik lees regelmatig op verschillende plaatsen op dit forum de opmerking dat ‘energiebehoefte/voorziening’ geen probleem is omdat er toch veel meer energie (als zonlicht) op de aarde valt dan we nodig hebben. Dat getuigd mijn inziens van naïef technologie-optimisme waarbij men theoretische mogelijkheden verwart met wat praktisch haalbaar is. Hoeveel zonlicht er dagelijks op de aarde valt en er dus – theoretische – kan opgevangen worden is niet relevant. Het enige relevante is hoeveel van deze energie er – alle praktische moeilijkheden indachtig – er werkelijk opgevangen kan worden. En daarbij komt dus niet enkel het beperkt rendement van fotovoltaïsche cellen bij (die zal de komende jaren vermoedelijk nog sterk verbeteren), maar evengoed factoren als waar kan je die zonnecellen in realiteit neerzetten, hoeveel zonnecellen kunnen we produceren en onderhouden, wat gaat er verloren bij transport, hoeveel kost het plaatsen van die cellen, … Al deze factoren maken dat het – zelf mits grote inspanningen – nog tientallen jaren zal duren voor we al onze energie uit zonne-energie zullen kunnen halen, als het ooit als eens mogelijk zal zijn. Maar naast deze realiteit is er ook de realiteit van de aard van de mens die al decennia bewijst dat het bestaan van (goede) technologie zich helemaal niet altijd vertaalt in de toepassing van deze goede technologie. Anders bestonden er al lang geen niet geïsoleerde huizen met enkel glas meer, waren diverse ziekte al volledig uitgeroeid, waren alle diezelwagens met een roetfilter uitgerust, …
    M.a.w, het lijkt me veel realistischer om er van uit te gaan dat de komende decennia de grote meerderheid van de energie nog uit fossiele brandstoffen zal gehaald worden. En vanuit die realiteit zullen wagens met brandstofcellen, wagens op elektriciteit, … ‘onze’ problemen niet oplossen.

  11. Wim Says:

    Als ik het een en ander door reken kom ik tot de conclusie dat waterstof helemaal niet zo duur is vergeleken diesel en benzine. Uitgaande van 80% efficiency van de elektromotor kom ik op €0,033/kWh. Bij een waterstof prijs van €1,05/kg. Benzine zit met 30% efficiency op €0,50/kWh.
    Als iemand geïnteresseerd is de berekeningen zet ik de .xls online.

    De lange keten van waterstof vind ik een slecht argument, vergeleken met de huidige energie stromen.

    http://wikimobi.nl/wiki/index.php?title=Waterstof

  12. HenkR Says:

    Here comes trouble…
    http://www.technischweekblad.nl/iaea-wil-waterstof-uit-kerncentrales.248860.lynkx

  13. Wim Says:

    Leuk, dat is dus CO2 vrije waterstof voor 5 tot 10 cent per kWh.
    Daar kan olie niet tegen op met zijn 50 cent per kWh via de otto motor.
    Booming business lijkt me. Tot de laatste stuiptrekkingen. Wat wat word die U238 toch duur.

  14. Renaat Says:

    Voor alle technologie-optimisten (die er nog veel te veel zijn): http://www.mobimix.be/inhoud/2013/3/19/3691

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in