Klaar voor de toekomst: een auto op waterstof!

Waterstof is een energiedrager, net als een accu. Met de energie die in waterstof (H₂) zit kun je een auto aandrijven.

Sterker: Inmiddels rijden de eerste waterstof auto's al rond in Nederland.  Als waterstof wordt gemaakt door 'groene stroom' is er geen schonere oplossing denkbaar voor autorijden. Alles wat er uit de uitlaat komt is water !

Deze auto's zijn voorzien van een brandstofcel.

Een brandstofcel is eigenlijk een kleine 'on board' elektriciteitscentrale. Het is een compacte metalen unit met binnenin diverse kanalen en een membraan.

Een waterstof tank in een auto is stevig geconstrueerd en bestendig tegen de allerzwaarste crashes. Tests hebben bewezen dat auto's op waterstof net zo veilig zijn als auto's op benzine of diesel. En zelfs als er om wat voor reden dan ook waterstof uit de tank zou ontsnappen, is het risico op brand of een explosie net zo gering als bij fossiele brandstoffen. 

Hoe werkt de brandstofcel ?

Aan één zijde van het membraan wordt de waterstof toegelaten, aan de andere zijde buitenlucht met daarin zuurstof. Het special membraan (PEM: Proton Exchange Membrane) tussen de zuurstof en de waterstof zorgt ervoor dat alleen de waterstof protonen (H+ positief geladen kern) rechtstreeks de zuurstof kunnen bereiken.  De elektronen (e-) worden door het membraan tegengehouden en via de kathode (minpool) omgeleid buiten de brandstofcel om. Zij gaan naar de accu of de elektromotor. Langs deze weg keren ze terug naar de brandstofcel via de anode (pluspool) om alsnog de reactie tussen waterstof en zuurstof volledig te maken. Het resultaat van dit proces is elektriciteit, water en warmte.

Hoe tank je waterstof?

Eigenlijk net zoals je benzine, diesel of LPG tankt. Het vulpistool aan de tankslang ziet er alleen iets anders uit. Waterstof is namelijk veertien keer lichter dan lucht. Dus om voldoende waterstof in de tank te krijgen, is een hoge druk van 700 bar nodig. Knijp je de handel aan het vulpistool in, dan zet deze zich vast in de tankinlaat. Het tanken van waterstof verloopt daarna volledig automatisch en veilig. De waterstofpomp geeft aan wanneer de tank vol is.

(afbeelding: Rijkswaterstaat)

Als voorbeeld een Hyundai NEXO op waterstof:

665 km op een volletank van 6,2 kG waterstof

Waterstof kost thans (januari 2020) 12 euro per kg aan de pomp.

665 km : 6,2 kg = 107 km per kg .   Afgerond naar beneden dus 100 km per kg brandstof.

Dat maakt 12 euro brandstof voor 100 km rijden, of wel delen door 100 =  0,12 euro per km.

Brandstof       Prijs per km
Waterstof       € 0,12
Benzine          € 0,112 *
Diesel             € 0,072 *
LPG               € 0,076 *
Elektriciteit         € 0,091 **

* Brandstofprijzen incl. btw gebaseerd op Shell adviesprijs 2018 en gemiddeld verbruik Autoweek verbruiksmonitor.

Nederland telt 4 waterstof tankstations (maart 2019)

De vier waterstoftankstations bevinden zich in Rhoon, Arnhem, Delfzijl en Helmond. Dit jaar wordt ook in Den Haag een waterstoftankstation geopend en er liggen al plannen klaar voor de bouw van tankstations in Pesse, Breda, Amsterdam, Schiphol, Rotterdam Airport, Utrecht en Groningen (stad).

De bouw van nieuwe vulstations is goed nieuws voor (toekomstige) berijders van een waterstofauto. Tanken van waterstof gaat immers even makkelijk en snel als bijvoorbeeld tanken van benzine of diesel. Ten opzichte van een verbrandingsmotor is de aandrijving via een brandstofcel bovendien veel effectiever. Een verbrandingsmotor heeft een rendement van ongeveer 25 procent. Bij gebruik van een brandstofcel kan dat rendement oplopen tot meer dan 50 procent. Dat maakt rijden op waterstof in de praktijk dus zeer aantrekkelijk.

Ook in de landen om ons heen groeit het netwerk van waterstofstations. In Denemarken is nu al de grootste dichtheid van waterstofstations in Europa, in Duitsland moet het aantal toenemen naar vierhonderd in 2023. Dat is goed nieuws voor berijders van waterstofauto’s in de Nederlands-Duitse grensregio, want die kunnen gemakkelijk bij onze oosterburen waterstof tanken. Behalve in Nederland en in Duitsland wordt er volop gewerkt aan de realisatie van een netwerk van tankstations in andere delen van Europa, waaronder België.

Hyundai NEXO

Hyundai was in 2013 de eerste met een waterstofauto op de commerciële markt  (type ix35). In 2019 is een opvolger gekomen met de naam NEXO. De uitstoot is NUL (alleen water). Hij is volgetankt in vijf tot tien minuten en hij heeft een rijbereik tot wel 665 kilometer.

Het leukste knopje zit links voor. H2O staat erop; water. Als je erop drukt spuugt de auto het overtollige water uit om te voorkomen dat de garage of de oprit nat wordt. Ja, de Japanners denken aan alles. Water uit de uitlaat? Bekertje eronder en proeven: Yep, deze auto stoot zuiver water uit en verder niets.

665 km op een tank waterstof

De Hyundai NEXO is er vanaf € 70.000,-. Daarmee is de milieuvriendelijke SUV van Hyundai de scherpst geprijsde waterstofauto van Nederland. Zakelijk rijders profiteren bovendien van een gunstige 4% bijtelling. Tanken doe je binnen 5 minuten en eenmaal ‘vol’ kan de NEXO maar liefst 665 kilometer (volgens WLTP) afleggen. Bovendien is de NEXO geheel emissievrij. Dat betekent dat er tijdens het rijden geen schadelijke stoffen (CO2) vrijkomen. Het enige wat de NEXO uitstoot is water. Meer weten over de Hyundai NEXO?  

(Afbeelding onder en boven: Hyundai) De Hyundai Nexo

De Audi h-tron

..wordt de derde commerciële auto op waterstof.
Audi en Hyundai gaan patenten en onderdelen uitwisselen. ,,Het doel van de samenwerking is om brandstofceltechnologie sneller en kostenefficiënter productierijp te maken'', laat Audi weten. De technologie is nog prijzig. De Toyota Mirai kost 80 mille en de Hyundai Nexo 70.000 euro. Wat de Audi gaat kosten is nog niet bekend.

(Afbeelding: Audi) Concept principe Audi H-tron waterstof auto

(Afbeelding Audi) Audi H-tron conceptcar.

Toyota Marai

De Mirai - Japans voor 'toekomst' -" is de natte droom van iedereen met een groen hart en tegelijkertijd de nachtmerrie van topman Elon Musk van Tesla. Want ook de waterstofauto is een puur elektrische auto, maar dan eentje die zijn elektriciteit niet in loodzware batterijen meeneemt, maar in de vorm van waterstof. Een brandstofcel zet dat om in elektriciteit en als 'afval' komt er schoon water uit de uitlaat"  De Toyota Marai heeft een axiradius van 500 km.

Toyota Motor Europe is een samenwerking aangegaan met het Nederlands onderzoeksinstituut voor duurzame energie (DIFFER) om in de toekomst direct waterstof te kunnen produceren uit vochtige lucht. De onderzoekspartners willen een systeem ontwikkelen dat waterdamp absorbeert en zonne-energie gebruikt om die damp vervolgens op te splitsen in waterstof en zuurstof. Toyota is samen met Hyundai op dit moment een van de twee autofabrikanten die een waterstofauto in het modellengamma hebben in Nederland.
 

Bij de zoektocht naar nieuwe brandstofoplossingen stuitte Toyota op de onderzoeksgroep die onder leiding van Mihalis Tsampas werkt aan een methode om water te splitsen in de dampfase, die veel vaker voorkomt dan de vloeibare fase. “Werken met gas in plaats van vloeistof heeft verschillende voordelen”, legt Tsampas uit. “Met vloeistoffen zijn een paar technische problemen gemoeid, zoals ongewenste belvorming. Bovendien hebben we in de gasfase geen dure installaties nodig om het water te zuiveren. En ten slotte, omdat we alleen het water gebruiken dat in de omringende lucht aanwezig is, is onze technologie ook bruikbaar op afgelegen plaatsen waar geen water beschikbaar is.”

(afbeelding Toyota)  De Toyota Marai

“Met ons pionierswerk aan de eerste in massa geproduceerde sedan op waterstof, de Toyota Mirai, draagt Toyota actief bij aan manieren om waterstof te produceren zonder fossiele brandstoffen”, zegt Isotta Cerri van Toyota Motor Europe. “Dat past binnen de Toyota Environmental Challenge 2050, waarin we mikken op nul CO2-uitstoot tijdens alle levensfases van onze voertuigen.”

Waterstof uit duurzame bron helpt volgens Cerri aanzienlijk om de uitstoot van broeikasgassen terug te dringen. “Met dit soort fundamenteel onderzoek werken we richting een maatschappij waar betaalbare, gemakkelijk te gebruiken waterstoftechnologie beschikbaar is voor onze eigen activiteiten en voor onze klanten.”
 

In het nieuwe project gaan Toyota en DIFFER het bestaande systeem aanzienlijk verbeteren. “In ons eerste prototype gebruikten we model foto-elektroden, waarvan bekend is dat ze erg stabiel zijn. Maar het materiaal dat we daarvoor hebben gebruikt, absorbeert alleen UV-licht, dat minder dan vijf procent uitmaakt van al het zonlicht dat de aarde bereikt”, legt Tsampas uit. In een volgende stap gaan de onderzoekers dan ook innovatieve materialen toepassen en de systeemarchitectuur optimaliseren om zowel de waterinname als de hoeveelheid geabsorbeerd zonlicht te vergroten

USA

De verkoop van waterstofauto's - de zogeheten Fuel Cell Electric Vehicles, oftewel FCEV's - groeit in de Verenigde Staten steeds sneller. Dat blijkt uit cijfers van het California Fuel Cell Partnership, beter bekend als CAFCP. Op 1 januari 2019 reden er in de Verenigde Staten al 5.899 waterstofauto's rond.
 

De CAFCP registreert sinds 2015 de verkoopcijfers van waterstofauto’s, ook wel brandstofcelauto’s genoemd. In heel 2015 werden er in de Verenigde Staten 110 brandstofcelauto’s verkocht in de Verenigde Staten. Dat aantal vertienvoudigde naar 1.073 in 2016. In 2017 kwamen er 2.348 waterstofauto’s bij en in 2018 was er slechts sprake van een kleine toename van slechts 20 auto’s. Het aantal waterstofauto’s kwam vorig jaar dus uit op 2.368 exemplaren. Tellen we alles bij elkaar op, dan komen we uit op 5.899 waterstofauto’s in de Verenigde Staten per 1 januari 2019.

In het overzicht van CAFCP zijn de verkoopcijfers van de Hyundai Tucson FCV (in Europa Hyundai iX35 FCEV genoemd), Toyota Mirai, Honda Clarity en Hyundai NEXO meegenomen, momenteel nog de enige waterstofauto’s die zijn verkocht of nog worden verkocht.  Van de nieuwe Hyundai heeft de Nederlandse importeur tot op heden 173 orders ontvangen. Deze auto’s worden uitgeleverd tot in het tweede kwartaal van 2020.

(Afbeelding: Honda) In de USA is deze Honda Clarity op waterstof verkrijgbaar.

Ondertussen in ons eigen Nederland:

‘Nu rijden we op benzine of diesel. Straks met accu’s of waterstof‘
 

Bron: NRC / Shell / Akzo Nobel

Gasleverancier Holthausen Groep uit het Groningse Hoogezand heeft een missie: Nederland moet overschakelen op waterstof. CEO Stefan Holthausen voelt zich weleens een evangelist. Met niet aflatende passie blijft hij de boodschap van waterstof verkondigen, want hij heeft een heilig geloof in waterstof als essentiële schakel in de transitie naar duurzame energie.

Wanneer werd het voor u duidelijk dat waterstof de toekomst heeft?

‘Een jaar of 10 geleden zag ik ‘An Inconvenient Truth’, de klimaatfilm van Al Gore. Dat maakte diepe indruk op me, op een moment dat ik ook veel nadacht over de toekomst van ons familiebedrijf Holthausen Groep, een van de grootste gasleveranciers van Nederland. Ooit gestart als leverancier van zuurstof voor de scheepsbouw in Groningen, werden we groot door de aanleg en het onderhoud van de aardgasinfrastructuur in Noord-Nederland. Maar nu stelde ik mezelf vragen als: hoe ziet de wereld er over 25 jaar uit? En waar staat ons bedrijf dan?
In die tijd leefden wij van oliegerelateerde producten. En nog steeds is dat een belangrijk onderdeel van onze onderneming: butaan, propaan, LPG. Gasflessen dus. Maar de wereld verandert, en wij moeten mee. Toen kwam ik er al snel achter dat waterstof het ontbrekende puzzelstukje was in de grote puzzel van de transitie naar duurzame energie. En als er zulke drastische veranderingen in de markt komen, dan moeten wij ook zelf de verandering maken. Sterker: wij moeten de verandering zíjn. Als onderneming zaten wij nog in de oude, fossiele wereld, maar we hebben een fundamentele keuze gemaakt. Wij wilden niet langer onderdeel zijn van het probleem, maar van de oplossing.’

Even naar de essentie van uw missie: waarom is waterstof dé oplossing?

‘In de mobiliteit is elektrische aandrijving de toekomst. Daar is iedereen het over eens, ook een bedrijf als Shell is daarvan overtuigd. Personenauto’s die niet regelmatig lange afstanden overbruggen, kunnen prima met batterijen uit de voeten. Maar voor zware voertuigen en voor de langere afstand is waterstof de aangewezen brandstof. Vergelijk het met de ‘oude wereld’: we hebben benzine en diesel, al naar gelang het gebruik en het soort voertuig. Straks hebben we accu’s en waterstof. Een brandstofcel aan boord zet de waterstof om in elektriciteit voor de aandrijving. En als je duurzaam opgewekte elektriciteit gebruikt om de waterstof te produceren, is het klimaatneutraal. Bovendien is Nederland heel goed voorgesorteerd, we hebben met Noord-Nederland geografisch gezien de mooiste plek van de wereld.’

Wat maakt Nederland zo geschikt om een waterstofeconomie te worden?

‘Kijk, ons land is te klein om vol te bouwen met zonnepanelen en windmolens, maar voor offshore windparken hebben we nu al een heel goede basisinfrastructuur om wind in waterstof om te zetten, te distribueren en te verkopen. Een unieke uitgangspositie om koploper te worden in Europa en misschien wel in de wereld. En let op: waterstof is niet alleen een brandstof voor elektrische auto’s of vrachtwagens. Het is ook dé oplossing om duurzame energie tijdelijk op te slaan als buffer. Van groene stroom maken we waterstof, en op het moment dat het nodig is maken we er weer elektriciteit van. Noord-Nederland is daar perfect voor toegerust. De gaswinning stopt, maar we krijgen er een prachtige kans voor terug. Een nieuwe toekomst voor onze regio.’

En wat is de rol van Holthausen Groep in die nieuwe waterstofeconomie?

‘Ik ben niet alleen missionaris. Ik ben vooral ondernemer. Wij leverden al 50 jaar waterstof voor diverse industriële toepassingen, maar we zijn gaan versnellen. We hebben een eigen fabriek voor groene waterstof gebouwd in Groningen. Daar zetten we de stroom van 44.000 zonnepanelen om in waterstof. We hebben ons eigen waterstoftankstation in Groningen. De gemeente Groningen rijdt inmiddels met vuilniswagens en veegwagens op onze groene waterstof. Het kan nu al! En we gaan uitbreiden: binnenkort openen we een waterstofstation in Amsterdam, want een dekkend netwerk is essentieel voor succes. Gelukkig ziet de overheid dat ook en wordt er geïnvesteerd met subsidies. Nu zijn er in Nederland drie tankstations, maar dat zijn er in 2020 al minstens vijftien. Daarnaast bouwt Holthausen Clean Technology aan de lopende band vrachtwagens en bestelauto’s om. Sinds de presentatie van een omgebouwde Tesla op waterstof (de Hesla) kijkt de hele wereld mee en krijgen we bijna dagelijks verzoeken van met name overheden voor de levering van omgebouwde vrachtwagens en ander materieel. Maar we kunnen dit allemaal niet alleen. Daarom werken we samen met partijen als onder meer Shell, Akzo Nobel en Siemens in het Nationaal Waterstof Platform  aan een nieuw energiesysteem. En persoonlijk blijf ik me natuurlijk vol inzetten voor de waterstofmissie.’

Shell en waterstof

Door waterstof aangedreven auto's zetten gecomprimeerd waterstof om in elektriciteit, waarmee de motor wordt aangedreven. Bij dit proces komt alleen waterdamp en warmte vrij. Waterstofauto’s zijn gebruiksvriendelijk. De prestaties en acceleratie doen niet onder voor auto's die rijden op een fossiele brandstof. Daarnaast laden de brandstofcellen van waterstofauto's veel sneller op dan de accu’s van elektrische auto's. De actieradius van waterstofauto’s kan oplopen tot wel 500 kilometer.

Shell heeft al waterstoftankstations geopend in het Verenigd Koninkrijk en aan de westkust van de Verenigde Staten. Doel is om dit netwerk verder uit te breiden. In Duitsland ontwikkelt het bedrijf in een joint venture een landelijk netwerk van 400 waterstoftankstations en in de VS werkt Shell samen met Honda en Toyota aan de uitbreiding van het waterstofnetwerk in Californië. Waterstof is echter niet de enige brandstof die kan helpen uitstoot te verminderen. Ook elektriciteit, vloeibaar aardgas (LNG) en geavanceerde biobrandstoffen zullen een rol spelen in de transitie naar een nieuw transporttijdperk. Aldus Shell.

WATERSTOF- VERSUS ELEKTRISCHE AUTO. 

Volkswagen (afbeeling 2022) laat in een presentatie zien dat het rendement van groene stroom voor het rijden met een auto op een accu 76% is en bij groene waterstof 30% .  Dit is een van de reden dat ze vol inzetten op elektrische auto's .

Elektriciteit heeft vanaf de windmolen (of zon) eigenlijk maar één tussenstap nodig naar de elektrische auto. Onderweg van de bron naar de auto gaat er zo’n 20 procent van de energie verloren. In de auto zelf nog eens 4 procent. De efficiëntie van een elektrische auto is dus 76 procent zo wordt gesteld. 

Bij waterstof is het anders. Op het moment dat je energie omzet in waterstof, verdwijnt er al 30 procent. Als je het gas daarna omzet in vloeistof, gaat er nog eens bijna 10 procent verloren. Dan moet je waterstof nog vervoeren, opslaan en tanken. De auto zelf zet de waterstof vervolgens alsnog om in elektriciteit. Aan het einde van de rit praten we over een efficiëntie van 30 procent.

Als je puur kijkt naar de efficiëntie, heeft waterstof niet de beste toekomst. Wel zijn er andere voordelen. Zo bestaan er al veel tankstations voor benzine en diesel, die omgebouwd zouden kunnen worden. Ook is het zo dat waterstof tanken geen druk op het energienet uitoefent. En dat je binnen 5 minuten je tank kunt vullen is ook een voordeel.

Daarnaast zijn waterstofauto’s een stuk lichter dan auto’s met grote batterijen. Als je kijkt naar grote voertuigen, dan kan het efficiënter zijn om ze niet met grote batterijen uit te rusten (die een hoop grondstoffen kosten), maar ze juist op waterstof te laten draaien. Denk aan vrachtwagens, maar ook aan schepen en vliegtuigen.

Een Engelstalige video welken ook de nadelen belicht: (Desalnieteming denken wij dat er een grote toekomst is voor waterstof)