Dat we van de fossiele brandstof zoals benzine, diesel, CNG (aardgas) en zelfs LPG af moeten staat vast. De huidige normering voor uitstoot van brandstofmotoren ligt weliswaar vast tot 2030 in Europa, maar daarna gaat het heel hard bergafwaarts en wordt de normering strak aangehaald, zo is de verwachting. Je moet er niet van op kijken als halverwege de jaren 30 het gebruik van fossiele brandstof geheel uit gebannen zal zijn, en dat is al over ongeveer 15 jaar.
Met het oog daarop hebben de grote automerken Audi, BMW, Daimler, GM, Honda, Hyundai, Great Wall Motor en Toyota een consortium gesloten om andere energiebronnen in hun voertuigen te gebruiken. Waterstof is daarbij een goede kandidaat en om die reden hebben ook toeleveranciers als Bosch en Air Liquide zich bij het consortium aangesloten. Maar ook Mercedes laat zich niet onbetuigd: zij heeft de eerste waterstof-motor al in productie (zie afbeelding).
Deze Mercedes GLC SUV met elektromotor aangedreven is een hybride-uitvoering. De auto kan aan de stekker als er geen waterstoftankstation in de buurt is. Met opgeladen accu’s kan de GLC ongeveer 50 km elektrisch rijden. Kun je wel waterstof tanken dan kun je daarmee 500 km vooruit. Een brandstofcel zet onderweg de waterstof om in elektriciteit. Ten opzichte van de B-Klasse F-Cell uit 2010 is de nieuwe brandstofcel voor de GLC 30 procent kleiner, 30 procent efficiënter, 40 procent krachtiger en verbruikt ‘ie 90 procent minder van het kostbare metaal platinum. Het zal de nieuwe waterstoftechniek voordeliger maken. Bovendien past de brandstofcel in een standaard Mercedes-motorcompartiment en zijn ook de tank en het batterijpakket zo ontworpen dat het concept toepasbaar is in alle achterwiel aangedreven Mercedessen.
Aan het gebruik van waterstof zijn ook nadelen verbonden. Zo is waterstof een gas met een zeer lage energiedichtheid, waardoor het opslaan van een kleine hoeveelheid waterstof al een enorme waterstoftank zou vragen en daarvoor is in menige auto geen plaats. De Koreaanse ix35 FCEV is een SUV met een tank waar 5,6 kg waterstof in gaat met een druk van 70 MPa (700 Bar!!). De auto kan daarmee 600 km ver komen. Tankstations hebben hetzelfde probleem als autobrandstoftanks: ze moeten werkelijk enorm zijn. Dit laatste probleem zou opgelost kunnen worden door het waterstofgas met behulp van CO2 uit de atmosfeer om te zetten in mierenzuur (HCOOH). Mierenzuur is vloeibaar bij kamertemperatuur en niet ontvlambaar. Met een katalysator van ijzer zou het mierenzuur in de auto weer omgezet kunnen worden in CO2 en H2. De enige koolstofdioxide die bij dit proces vrijkomt is de CO2 die gebruikt werd om het waterstofgas om te zetten naar de tussenbrandstof. Experimenten daarmee zijn aan de gang en zien er veelbelovend uit.
Mercedes is al vrij ver in de ontwikkeling van de waterstof-auto, zoals je hierboven al kon zien. Inmiddels hebben ze die energiedrager ook al ingezet in de Vito en de Sprinter, twee van hun bestelwagens. En dus…… hebben ze het experiment dit jaar voortgezet en de eerste camper met waterstof als aandrijving ontwikkeld (zie foto van https://www.campingtrend.nl. Mercedes noemt het elektromobiliteit 2.0, een blik in de toekomst. Elektrisch aangedreven met stroom uit een brandstofcel. Dit project kreeg de naam Concept Sprinter F-cell en valt onder het zogenaamde eDrive@Vans-programma van Mercedes. Verrassend, want Mercedes gaf tot nu steeds aan in waterstof niet de toekomst te zien. Het blijkt nu echter prima te combineren met accu’s. De huidige druk op de dieselmotor zal daarin zeker een rol hebben gespeeld. Hybride was als aandrijving voor bestelwagens eerder al afgevallen. In tegenstelling tot bij personenauto’s is het bij zwaardere voertuigen te duur en het kost te veel laadvermogen. Dan kun je best terug uitkomen bij waterstof.
De aandrijving die nu in een camper is gebouwd toonde Mercedes-Benz in 2017 al in de SUV GLC F-Cell op de IAA tentoonstelling, waarvan de motor hierboven is afgebeeld. Achterwielaandrijving met 200 pk / 147 kW, 350 Newtonmeter. Onder in de kelder de tanks voor de waterstof van 7,7 kilo zwaar. De actieradius hiermee is rond de 500 kilometer. Lukt het onderweg de hybride-accu op te laden is die goed voor nog eens 30 kilometer. Deze cijfers kunnen nog gaan veranderen. Mercedes zal deze Sprinter gaan doorontwikkelen. Dat Mercedes een camper gebruikt als voorbeeld is verklaarbaar. Campers worden gekocht door mensen met geld. Die zouden misschien best eens meer willen betalen voor een camper met deze aandrijving. Want dat hij hierdoor duurder zal worden staat natuurlijk vast.
En nu: hoe gaat dat precies in zijn werk?
Waterstofgas kun je op twee manieren winnen: door elektrolyse van water, waarbij waterstofgas en zuurstof ontstaat, of uit methaan. Dit laatste heeft als nadeel dat er CO2, een broeikasgas bij vrijkomt, dat weer moet worden opgeslagen. De meeste waterstof wordt gewonnen door elektrolyse van water.
Waterstof kan worden gebruikt in een verbrandingsmotor en je kunt het dan vergelijken met de motor die op autogas (LPG) werkt. Het wordt echter niet veel toegepast omdat de andere techniek met het gebruik van een brandstofcel veel eenvoudiger is toe te passen.
Een voertuig uitgerust met een brandstofcel heeft geen verbrandingsmotor maar één of meerdere elektromotoren. De elektrische energie voor die motor wordt opgewekt door de brandstofcel. De energieomzetting in de brandstofcel is heel efficiënt; een bijkomend voordeel is dat een brandstofcel naar waterstof ook op methaan kan werken. In de afbeelding hierboven is de brandstofcel en elektromotor van een Toyota te zien. Deze brandstofcellen zijn verenigd in een stack en er bevinden zich 370 cellen in deze stack. Elke cel levert 1 V zodat in totaal 370 V beschikbaar is voor de elektromotor. De rode cirkel wordt uitvergroot in het rechterdeel, waar je de opeenstapeling van de brandstofcellen duidelijk kunt zien.
(afbeelding overgenomen uit www.mvwautotechniek.nl)
(info onder andere uit: Campingtrend 4 juli 2018 en Algemeen Dagblad 15 maart 2018)
En nu de praktijk-test!
Team FAST van de TU/e presenteerde op 7 juli 2017 (!!) de eerste stadsbus die rijdt op mierenzuur, en introduceert daarmee een nieuwe manier van elektrisch rijden voor zwaar transport. Team FAST ontwikkelde een systeem waarin mierenzuur (hydrozine) wordt gesplitst in waterstof en CO2. Het waterstof wordt omgezet in elektriciteit waarmee de bus wordt aangedreven. ‘Het is een milieuvriendelijke manier van energie opwekken‘, legt Yela Weitkamp, chemicus, uit. ‘De CO2 die eruit komt, wordt weer gebruikt voor het maken van de hydrozine. Het is dus een CO2-neutraal proces.
Meer info? Zie https://www.deingenieur.nl/artikel/mierenzuur-is-brandstof-voor-de-transportsector en voor de heel recente ontwikkelingen bij TNO https://www.tno.nl/nl/over-tno/nieuws/2021/2/waterstof-schone-brandstof-tno-waterstoflab/
Waterstof, onze nieuwe energie? (National Geographic)
(Oorspronkelijk opgesteld: 20 september 2019) Laatstelijk gewijzigd: 26 februari 2021
