Door Peter Aansorgh © copyright Peter Aansorgh Producties
Elektrisch rijden wordt enorm gepromoot, maar slaat niet aan. Mensen zijn bang voor een lege of kapotte accu. Waterstof zou daarvoor de oplossing kunnen zijn, zo claimt ook Suzuki met de Burgman en Crosscage fuell cell prototypes.
De elektrische motorfiets verkoopt slecht. De actieradius is beperkt, halveert als het koud is en “tanken” duurt uren. Bovendien kunnen accu’s er niet tegen als ze ver worden ontladen. En dat is precies wat je doet in een elektrisch voertuig. In de toekomst wordt dat misschien beter met lithium-accu’s op basis van carbon nanobuisjes. De huidige werkelijkheid is echter dat niemand tweemaal zoveel betaalt voor een voertuig dat de helft kan en half zolang meegaat. Auto- en motorfabrikanten zien “Battery Electrical Vehicles” alleen als oplossing voor korte afstanden, waarop je accu’s kunt bijladen voor ze leeg zijn, terwijl het voertuig toch al stil staat.
Waterstof
Voor de grotere afstanden is een “brandstof” nodig die veel energie in een kleine omvang verpakt en die snel te tanken is. Zoals waterstof. Dat kun je in een verbrandingsmotor of in een brandstofcel toepassen. In beide gevallen verbrandt het heel schoon, met water als uitlaatgas. Waterstof maak je door aardgas (CH4) of steenkool met water om te zetten in waterstof. Helaas komt daarbij ook kooldioxide vrij, 3 kg voor elke kilo brandstof. Maar er wordt hard gewerkt aan alternatieven. Zoals waterstof uit biomassa of door elektrolyse van water met behulp van zonne- of windenergie, waterkrachtcentrales of kernenergie. Of waterstof uit algen. Door fotosynthese zetten die licht om in energie en spuien hun teveel aan energie in de vorm van waterstof. Door genetische manipulatie van het “waterstof-gen” kan de waterstofproductie van algen verdrievoudigd worden.
Verbrandingsmotor
Waterstof kan in een gewone verbrandingsmotor worden gebruikt. Het voordeel is dat je dan ook op benzine kunt rijden. Handig als er geen waterstoftankstation in de buurt is. Voor de lange termijn is dit echter geen oplossing. Het kost veel energie om waterstof te maken en te transporteren, bovendien heeft een verbrandingsmotor een slecht rendement. Je combineert dan de twee minpunten van de verschillende systemen: een slecht rendement bij de productie van waterstof en het slechte rendement van de verbrandingsmotor. Bovendien produceert een verbrandingsmotor op waterstof nog steeds NOx en dat is ook vervuiling.
Brandstofcel
Op lange termijn lijkt de brandstofcel de oplossing. Je stopt er waterstof in, er komt water en elektriciteit uit. Dat werkt net als bij een batterij, met een pluspool (kathode) en een minpool (anode). De anode is een metalen plaat met een heel lang netwerk van kanalen. Daar stroomt waterstofgas door. De kathode heeft ook zo’n labyrint, waar lucht doorheen wordt gepompt. Zowel de anode als de kathode is voorzien van platinadeeltjes. Het platina aan de anode fungeert als katalysator en ontleedt waterstofgas in negatief geladen elektronen en positief geladen “protonen”. (2H2 = 4H+ + 4e–). Tussen de anode en kathode zit een membraan van een speciale kunststofpolymeer. Wanneer dit membraan vochtig is, kan het protonen naar de kathode geleiden. Aan de kathode zorgt het platina dat de protonen met zuurstof uit de in de brandstofcel gepompte lucht tot water reageren. Daarvoor zijn echter elektronen nodig. (O2 + 4H+ + 4e– = 2H2O). Het membraan laat echter wel protonen, maar geen elektronen door. Zo ontstaat er een spanningsverschil tussen de negatief geladen anode en de positief geladen kathode. Door meerdere van deze cellen op elkaar te stapelen tot een “stack” ontstaat een brandstofcel met een hoog voltage.
Rijden op waterstof
Een brandstofcel combineer je met een accu. Die zorgt voor een energiebuffer. De accu helpt bij het topvermogen, als je accelereert of een helling op rijdt. De actieradius komt uit de brandstofcel. Die hoeft dus slechts een fractie meer vermogen te leveren dan nodig is voor een constante kruissnelheid. Het overschot gebruikt hij om de accu op te laden. Die raakt dus nooit leeg en gaat daarom lang mee. Er is bovendien maar een kleine accu nodig.
Een brandstofcel heeft een zeer hoog rendement. Ook al is de productie van waterstof niet zo efficient, van “well to wheel” is het rendement uistekend. Waterstof kun je bovendien in een paar minuten tanken. Laat dus maar komen, die Burgman of Crosscage…
Waterstof tanken
Er zijn al een stuk of vijftig waterstoftankstations in Europa. Vooral Duitsland timmert aardig aan de weg. In Berlijn zijn vijf tankstatons. In Nederland kun je in Eindhoven en Arnhem waterstof tanken. Meestal wordt de waterstof terplekke gemaakt. Dat is nodig, want omdat waterstof in zware gasflessen moet worden bewaard kost transport enorm veel energie. Je hebt een 40 tons truck nodig om 400 kg gas te transporteren, die verbruikt op 1000 km driemaal zoveel energie dan hij transporteert. Je kunt het dus beter “on site” maken. De installatie – afkomstig van Hygear – maakt de waterstof uit aardgas en slaat het op in twee trappen: eerst 200 bar, dan wordt het gecomprimeerd tot 420 bar. De tankinstallatie De installatie tankt uit efficiency overwegingen eerst uit de 200 bar tussenopslag, dan pas uit de hogedruktank tot de 350 bar in de auto- of motortank is bereikt. De capaciteit van de gehele installatie is 5 a 6 voertuigen per dag. In de toekomst zal dat niet genoeg zijn. Het goede nieuws is echter dat er thuis-tankstations worden ontwikkeld, die waterstof maken uit aardgas of door elektrolyse van water met behulp van zonne-energie. Dat heeft ook een voordeel boven het laden van een elektrisch voertuig, want de productie van waterstof kan de gehele dag plaatsvinden, niet pas als het voertuig thuiskomt. Dat voorkomt piekdrukte op, in dit geval, het aardgas- of waternet…
Donatie
Vond u dit een goed artikel? Dan zou ik het op prijs stellen als u me op een kop koffie trakteert! U kunt een kleine bijdrage storten via de “donatie” knop in de menubalk. Bij voorbaat dank!