Waterstof – Elektrisch Rijden Ambassadeur

Decennia lang is in de pers de waterstof auto en de populaire media als de ideale oplossing tegen de vervuiling van de benzine en diesel auto gepresenteerd. Dat is ook niet zo vreemd, want de waterstof auto lijkt in theorie de defecte oplossing. Een tank met waterstof een brandstof cel die waterstof omzet in elektriciteit om een elektromotor aan te drijven. Dat is prettig en schoon rijden. Geen uitstoot van CO2 geen fijnstof geen NOxen geen vervuiling. Het enigste afval product is puur water. Is de waterstof tank leeg dan vul je hem in een paar minuten bij de dichtstbijzijnde waterstofpomp en je rijdt weer vrolijk verder. Dat lijkt een schril contrast met het beeld wat we jaren lang hebben gehad van een elektrische auto met accu, die een zware accu aanbood heeft die er lang over doet om van leeg naar vol te laden. De waterstof auto is een paar decennia het ideaal beeld gewest van de milieu vriendelijke auto. Maar helaas voor het grote publiek is de watersof auto nooit doorgebroken. Er rijden inmiddels wel veel elektrische auto met accu's door de straten en over de snelwegen. Waarom heeft de waterstof auto nooit de doorbraak gemaakt die de elektrische auto met accu wel gemaakt heeft? Wat zit hier achter en is het stiekem toch niet beter om in een waterstof dan in een elektrische auto met accu. Het antwoord is best wel ontnuchterend. Op papier is een waterstof auto een ideale auto, helaas stuiten autobouwers bij het produceren van een waterstof auto op een aantal praktische problemen, waardoor een waterstof in d praktijk veel minder praktisch is dan het in theorie lijkt. Wil weten wat het succes van de waterstof auto in de weg staat? In dit artikel laat ik stap voor stap zie waar de praktische problemen precies zitten en waarom ze heel lastig op te lossen zijn en de droom dat we allemaal in een waterstof auto kunnen rijden altijd wel een droombeeld zal blijven. Waterstof een bijzonder gas Wie kent het natuurkunde proefje niet, met elektriciteit uit water knalgas maken, lucifer er bij en BOEM! Waterstof is een bijzonder gas. Het is net als helium lichter dan lucht en het is enorm brandbaar als het samen met zuurstof gemengd. Waterstofgas is eenvoudig te maken, door elektriciteit door water te laten lopen, waardoor het water H2O gescheiden wordt in Waterstof H en zuurstof O. Bij de ene elektrode stijgen er belletjes zuurstof op en bij de andere belletjes waterstof. Meng deze twee gassen dan heb je een mengsel dat bekend staat als knal gas. https://youtu.be/4L5Ki3Afsqk Daarmee is het simpele principe gedemonstreerd hoe je elektriciteit in waterstof gas omzet, het gas opvangt en daarna verbrand zodat de energie weer als hitte vrijkomt. Op deze manier is waterstof een slimme manier geworden om elektrische energie op te slaan, tot je het later weer wilt gebruiken Auto met brandstofcel Maar er is nog een interessante manier om waterstofgas te gebruiken en dat is de brandstofcel. Een brandstof cel zet via een ingenieuze reactie waterstof gas en zuurstof direct om naar elektriciteit. Met de elektriciteit uit een een brandstofcel kun je rechtsreeks een elektromotor laten draaien die de wielen van een auto aandrijven. Voor een waterstof auto heb je dan geen zware en dure accu, maar alleen maar een een brandstofcel en een tank met waterstof nodig. Je kunt gewoon lucht gebruiken want daar zit voldoende zuurstof in. En dat is een heel aantrekkelijk idee Als de tank leeg is kun je die eenvoudig in een paar minuten weer vullen met waterstof bij een waterstof vulstation.Bij gebruik van waterstof komt er naast energie alleen maar water vrij. Het is dus een hele schone brandstof een waterstof auto heeft geen CO2, fijnstof of NOx uitstoot. De praktische Problemen In theorie werkt dit hele mooi, maar in de parktijk stuit een autobouwer die een waterstof auto wil bouwen met voldoende bereik op een tank waterstof op een aantal praktische problemen. Opslag van waterstof Waterstof is lastig op te slaan. Het wordt niet zoals LPG vloeibaar als je het samenperst, waardoor je bij een relatief lage druk lekker veel gas in een tank opslaan. Hoe meer waterstof gas je in een tank perst hoe hoger de druk wordt. Wil je genoeg meenemen dan moet een tank al snel tot een druk van een paar honderd bar worden gevuld. Deze hoge druk maakt een tank die veilig is om waterstof gas in op te slaan vrij duur en zwaar. Winnen van waterstofgas Het winnen van waterstofgas op kleine schaal is net zo eenvoudig als de natuurkunde proef in het bovenstaande filmpje. Maar willen we allemaal op waterstofgas gaan rijden, dan is het een stuk lastiger. Het probleem bij dit proces is dat een groot deel van de gebruikte elektriciteit als warmte verloren gaat en dus niet in waterstof omgezet wordt. Door het gebruik van groene elektriciteit kun je groene waterstof maken, maar het het rendement van het process is en blijft laag. Er zijn zijn wel grootschalige processen om eenvoudig en goedkoop waterstofgas te produceren, maar die maken gebruik van aardgas, waarbij het afval product CO2 is. Je gebruikt dan ook nog eens een niet hernieuwbare fossiel brandstof. Het rendement is hoog, maar net als grijze stroom, draagt grijze waterstof bij aan het broeigas effect. Tanken van waterstof Het tanken van waterstof is een simpel process en lijkt nog het meeste op tanken van LPG of autogas. Je koppelt de slang van het vulstation aan de vulnippel van je auto en drukt op de startknop van het vulstation. In een paar minuten de waterstoftank van je auto helmaal gevuld met waterstof. Dit gaat met een druk van een paar honderd bar. Het grote probleem, er is maar een handjevol openbare waterstof vulstations in Nederland. Je kunt dus maar op heel weinig plekken je waterstoftank vullen. Dit is echt een probleem, zonder vulstation in de buurt is het niet praktisch om een auto op waterstof te kopen. Daardoor is er weinnig belangstelling voor waterstof auto's. Door de lage vraag worden er ook nauwelijks vulstations bijgebouwd wat het bouwen van een waterstof vulstation is ongeveer tien keer zo duur als het bouwen van een normale benzinepomp. Dat is dus echt een kip en ei probleem en een van de praktische redenen waarom de waterstofauto niet doorbreekt. Waterstof productie Waterstof een energie drager van energie net als elektriciteit moet je het ergens winnen. Jammer genoeg komt waterstofgas niet zomaar uit de grond. Je moet het zelf maken en daar is een ander energie bron voor nodig. Er zijn twee manieren om waterstof gas te winnen Via elektrolyse waar je groene stroom voor kunt gebruiken, dan hen je ook groene waterstof. Helaas is het rendement van dit process laag er gaat veel energie verloren.Vanuit aardgas, dat is een efficiënt process. Helaas gebruik je een fossiele brandstof en komt bij her process veel CO2 vrij. Hierdoor is de gewonen waterstof grijs en niet groen. Waterstof is een mooie vorm van brandstof, maar de winning heeft een aantal grote nadelen. Brandstofcel problemen Een brandstofcel is een ingenieus apparaat, waarin waterstof en de zuurstof uit de lucht omgezet wordt in elektriciteit. Het enige afval product is puur water. Om een brandstofcel te maken heb je zeldzame metalen zoals platina nodig en daar zit het probleem. Onderzoekers van de universiteit in Leiden hebben uitgerekend dat er wereldwijd niet voldoende zeldzame metalen zijn om wereldwijd auto's van brandstofcellen te voorzien. Je vindt de informatie in de doctoraal script: Materials and energy: a story of linkages op pagina 58 en verder. Op kleine schaal kun je prima brandstofcellen toepassen, maar je loopt al snel tegen het probleem aan dat de benodigde zeldzame metalen opraken als je op grote schaal brandstofcellen wilt gaan produceren. Dit is dus echt een schaal probleem. Als je het toch zou gaan proberen dan zouden de prijzen van de benodigde zeldzame metalen snel stijgen waardoor de prijs van een brandstofcel omhoog zou schieten, waardoor de prijs vooreen auto met brandstofcel enorm zover omhoog zou schieten dat niemand hem meer kopen. Problemen met alternatief voor brandstofcel Het is ook mogelijk om waterstof net als LPG in een verbrandingsmotor te gebruiken. Hierbij blijven de nadelen voor wining en opslag van waterstof gewoon gelden, maar je omzeilt het probleem met de brandstofcel Er komt wel weer een probleem bij. Het rendement van een verbrandingsmotor is een stuk lager dan dat van een brandstofcel met elektromotor. Wil je op deze manier groen rijden, dan heb je bij zowel het winnen van waterstof als het gebruik een laag rendement. Theoretisch is er ook geen uitzicht dat dat rendement ooit echt veel hoger wordt, waardoor de enige kosten per kilometer hoog blijven. Samenvatting van problemen van de waterstof auto Bij de massa productie van een waterstof auto loop je dus tegen twee grote problemen aan waar geen oplossing voor is. Gebruik brandstofcel is door gebrek aan benodigde grondstoffen niet op te schalen naar groet aantallen.Bij gebruik van een verbrandingsmotor is het rendement laag, waardoor de kilometer prijs hoog zal blijven. Vergelijking met elektrische accu auto De elektrische auto met accu heeft een aantal decennia geworsteld met een aantal andere problemen en deze problemen leggen allemaal bij de accu. De grooste probleem met een accu waren et maken van een iet te zware accu met voldoende capaciteithet Kunnen snelladen, zodat je na maximaal 30 minuten weer twee uur kunt rijden De oplossing voor dit probleem was het bundelen van veel kleine oplaadbare lithium cellen in een accupack. Dit beperkt het gewicht levert genoeg actieradius en zijn binnen 30 minuten tot 80% op te laden. Inmiddels is de productie van lithium cellen al zover uitgebreid dat er genoeg accu's geproduceerd kunnen worden om grootschalig elektrische auto met lithium accu's te produceren. Hierdoor is het mogelijk geworden om een elektrische auto in grote series te bouwen die: voldoende actieradius op een accu lading heeftondereg voldoende snel kan ladenredelijk betaalbaar is Laad mogelijkheden Elektriciteit kan eenvoudig groen opgewekt worden door zonnecellen en windmolensEr wordt steeds meer Grone stroom geproduceerd die direct gebruikt kan worden waardoor voor het laden van de accu, waardoor het rijden op groene energie eenvoudig en voordelig is. Nederland heeft al een uitgebreid energienet wat ook steeds verder uitgebreid wordt,. Hierdoor kan er overal eenvoudig laad mogelijkheden aangelegd worden. Het rendement van een elektrische auto met accu is hoog. De meeste verliezen treden op in het vervoer van elektriciteit, maar door de het hoge rendement van de auto zelfs is het totale rendement nog steeds hoger dan dat van een verbrandingsmotor. Hierdoor is de kilometer prijs laag. De kip ei probleem is voor elektrisch rijden is opgelost. Waar de waterstof auto nog met veel probleem worstel is de elektrisch rijden doorgebroken en dat is ook goed te zien. steeds meer laadpuntensteeds meer keus in elektrisch auto'sdalende prijzenwereldwijd voldoende productie van accu's Waterstof of elektrisch rijden wat is beter In theorie maakt het niet veel uit of je op waterstof rijdt of in een elektrische auto met ingebouwde accu. In dit filmpje, worden twee waterstof auto's, de Hyundai Nexo en de Toyota Mirai gedemonstreerd en hoor je hoe de experts van de ANWB tegen waterstof aankijken. https://youtu.be/Fp6cJzKuR3k Rendement en prijs per kilometer Met alle globale klimaat maatregelen gaat het er vooral om waar de energie die je auto gebruikt vandaan komt. Dat geldt voor zowel de manier hoe waterstof gemaakt wordt als de manier hoe de elektriciteit waarmee je accu geladen wordt opgewekt. Rendement is een belangrijk en vaak onderbelicht aspect. Op kleine schaal maakt het vaak niet uit hoe efficiënt een process is. Op grote schaal speelt rendement juist wel een belangrijke rol. Een hoog rendement zorgt voor lagere kosten een dat speelt een belangrijke rol in welke auto een cosnument kiest. Als je naar het rendement kijkt dan heeft een elektrische auto met een accu in de hele keten van van maken of opwekken tot het verbruik met een hoog rendement de beste kaarten in handen. Nu de elektrische auto met accu, voldoende actieradius heeft en voldoende snel geladen kan worden wint de elektrische auto het op alle punten van de waterstof auto waardoor hij veel meer wordt verkocht. Meer elektrisch auto's betekent dat er gemakkelijker oplaadpunten worden bijgebouwd. De investering verdient zich eenvoudig terug. Vullen of opladen Om rijden op waterstof aantrekkelijk te maken zouden er ook veel meer waterstof vulpunten moeten komen, maar dat zijn grote investeringen die zich niet zo snel teug verdienen. Dit houdt de doorbraak van het rijden op waterstof tegen Elektrisch rijden op een accu heeft veel minder last gehad van dit probleem omdat er altijd wel manier te vinden is om een laadpunt te installeren met voldoende vermogen om in een nacht de accu weer volledig op te laden. Dit heeft enorm geholpen bij de introductie van de elektrische auto met accu waardoor deze op grote schaal kon doorbreken. Door deze doorbraak is er al een ruime keus in elektrische auto's met accu. Door dit sneeuwbal effect is de elektrische auto met accu heel snel terrein aan het winnen. En dat zal door de waterstof auto met zijn lagere rendement, niet gemakkelijk in te halen zijn. Het vervolg Je ziet het de elektrische auto met accu wint het op alle punten van de waterstof auto. Zelfs het snelladen gaat acceptabel snel. Daarom is een elektrische auto met accu een betere keus dan een waterstof auto. De vraag is dus niet meer wat is beter een elektrische auto met waterstof of een accu, maar welk merk en model elektrische auto met accu past het beste bij je. Bedenk daarbij welk merk je ook kiest je rijd pas echt groen als je voor het laden op groene stroom kiest. Als je thuis laadt kies dan voor een groene stroom leverancier. Als je onderweg wilt laden kies dan voor een laadpas waarmee je groene stroom koopt. Waterstof is een fijne energie bron, maar niet voor auto's. Dat is ook de conclusie van Drs. Auke Hoekstra onderzoeker van de Technische Universiteit Eindhoven. In het volgende filmpje uit 2019 kun je zien wat hij hierover te zeggen heeft https://youtu.be/T5p192pJGTs