Wanneer wordt waterstof onderdeel van de moderne mobiliteit?

Waterstofmobiliteit is een technologie die ons veelbelovende mogelijkheden biedt voor duurzamere aandrijfsystemen, zowel in de industriële sector als bij gebruik voor personenauto’s. Maar kan waterstof algemeen worden aanvaard? Christian Reinwald, Head of Product Management and Marketing bij reichelt elektronik, beoordeelt wat er nog moet gebeuren om H2-aandrijvingen een plek te geven in de moderne mobiliteit.

Door: Christian Reinwald, Head of Product Management and Marketing bij reichelt elektronik

Waterstof speelt een steeds belangrijkere rol als energiebron voor moderne mobiliteit. Het brandbare gas H2 wordt onder hoge druk opgeslagen in een tank en reageert met zuurstof in een brandstofcel, waarbij waterdamp ontstaat. De energie die daarbij vrijkomt wordt omgezet in elektrische stroom. Een oplaadbare batterij slaat de opgewekte elektriciteit op en laat de motor draaien zonder dat dit leidt tot milieubelastende emissies. Door waterstof aangedreven mobiliteit met brandstofcellen biedt zowel voor- als nadelen, alsmede aantrekkelijke gebruiksscenario’s en onderzoeksprojecten.

Veilig, duurzaam en gebruiksvriendelijk

De actieradius van brandstofcelvoertuigen op waterstof bedraagt enkele honderden kilometers. Dat is vergelijkbaar met de actieradius van conventionele verbrandingsmotoren en is dus een reëel alternatief voor volledig elektrische voertuigen, vooral voor vrachtwagens en bestuurders van lange afstanden.

Waterstof scoort ook op het gebied van veiligheid: Omdat het vluchtige gas H2 snel ontsnapt, is er bij schade aan de tank minder gevaar voor brand dan bij verbrandingsmotoren. De tanktechnologie is zo ver gevorderd dat verliezen door diffusie en ontsnapping in onbeschadigde tanks nu vrijwel uitgesloten zijn.

Een doorslaggevende en algemene overweging voor de efficiëntie van energiedragers is de well-to-wheel overweging: vanaf de winning van de energiedrager tot de conversie in kinetische energie worden alle directe en indirecte emissies bepaald. In deze well-to-wheel-analyse is de efficiëntie van waterstofaandrijvingen significant beter dan dat van verbrandingsmotoren – zelfs als de waterstof uit aardgas wordt gewonnen. Als deze in plaats daarvan wordt verkregen door middel van een elektrolytische cel, en de voor de elektrolyse benodigde energie afkomstig is van hernieuwbare bronnen, is het voertuig CO2-neutraal. Voor de consument betekent dit ook lagere kosten, afhankelijk van de prijs van waterstof, omdat ze voor hetzelfde vermogen minder waterstof nodig hebben dan bij gebruik van benzine of diesel.

Bovendien kunnen brandstofcelvoertuigen snel worden bijgetankt voor lange afstanden zonder zware batterijen mee te nemen. Tijdens het tanken neemt de druk toe van 220 bar tot 700 bar, waardoor er per minuut ongeveer één kilogram aan waterstof wordt getankt. In dit opzicht zijn waterstofaandrijvingen praktisch, gebruiksvriendelijk, veilig en een aanzienlijk lagere belasting voor het milieu dan vergelijkbare verbrandingsmotoren.

Betere infrastructuur nodig

Aan de andere kant zijn er verschillende problemen die nog moeten worden opgelost om waterstofaandrijving daadwerkelijk van de grond te krijgen. De waterstof moet onder hoge druk worden opgeslagen, wat alleen mogelijk is met complexe technologie. Dit leidt tot een hoge productieprijs. Bovendien is de productie van waterstof zeer energie-intensief, zelfs als het groen is, d.w.z. geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie.

De well-to-wheel efficiëntie van waterstof is weliswaar beter dan die van interne verbrandingsmotoren, maar slechter dan die van elektrische voertuigen op batterijen. Dit betekent dat brandstofcelvoertuigen voor hetzelfde aantal kilometers meer elektriciteit uit waterstof moeten opwekken dan elektrische voertuigen met accu daarvoor moeten opslaan.

Er is ook ruimte voor verbetering bij het tanken. Voorlopig is het H2-tanknet in Europa nog mager. Er zijn momenteel slechts 163 H2-tankstations geopend, waarvan 15 in Nederland. Reizen buiten de agglomeraties moeten dus goed worden gepland. Bovendien is waterstof momenteel duur door de grote industriële vraag. Een kilogram waterstof kost momenteel 13,85 euro (april 2023).

De eerste voorbeelden uit de praktijk geven hoop op meer

Toch zijn er al veelbelovende praktijkvoorbeelden die laten zien hoe waterstofaandrijvingen kunnen worden gebruikt. In het kader van vele onderzoeksprojecten worden aanvullende gebruiksscenario’s onderzocht en ontwikkeld.

Aangezien waterstof zeer goed kan worden opgeslagen en lange afstanden mogelijk maakt, is de brandstofcelaandrijving zeer geschikt voor grote bedrijfsvoertuigen die regelmatig lange afstanden afleggen, zoals bijvoorbeeld schepen, treinen en vrachtwagens. Zo heeft treinfabrikant Alstom in de Hanzestad Stendal een locomotief omgebouwd van een hybride motor met accu en diesel naar een hybride cyclusmotor met accu en waterstof. Het alternatief voor diesellocomotieven is vooral aantrekkelijk op niet-geëlektrificeerde lijnen.

In andere onderzoeksprojecten wordt getest hoe schepen het best op brandstofcellen kunnen varen op een milieuvriendelijk wijze en hoe vliegtuigen op waterstof kunnen vliegen. Momenteel onderzoeken en ontwikkelen vliegtuigbouwers een klimaatneutraal waterstofvliegtuig. Bijzondere uitdagingen hierbij zullen waarschijnlijk zijn: energie-efficiëntie, condensatiesporen die een negatief effect hebben op het klimaat en de opslag van de waterstof.

CO₂-besparing als stimulans De voordelen van rijden, varen en vliegen op waterstof worden overtuigender naarmate de besparing van CO2 lucratiever wordt, met als resultaat dat groene waterstof goedkoper wordt. Wanneer waterstof- en brandstofcelvoertuigen in massa worden geproduceerd, zullen ze in prijs dalen en een kans hebben om op grote schaal geaccepteerd te worden. Tot die tijd geven veelbelovende onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten hoop dat de schone aandrijvingstechnologie in nieuwe scenario’s zal worden gebruikt.