(Water)stof tot nadenken!
Waterstofauto's – beter bekend als waterstof-brandstofcelvoertuigen (FCEV's) – vertegenwoordigen een innovatieve stap in de evolutie van de automobielindustrie. Ze combineren de voordelen van elektrische voertuigen met de milieuvriendelijke eigenschappen van waterstof als energiedrager of brandstof, dat ligt aan de aandrijflijn. Het is belangrijk om eerst eens te kijken naar hoe een waterstof auto precies werkt.
Zo werkt een waterstof auto
Waterstofauto's maken gebruik van diverse componenten. We behandelen ze stuk voor stuk.
Waterstofopslag: waterstof wordt opgeslagen in een tank onder hoge druk (700 bar). Deze tanks zijn gemaakt van lichtgewicht materialen zoals koolstofvezel om zowel de veiligheid als de efficiëntie te waarborgen.
Brandstofcel: de kern van een waterstofauto is de brandstofcel. Een brandstofcel bestaat uit twee elektroden, gescheiden door een elektrolyt. Waterstof wordt aan de anode (positieve elektrode) toegevoerd en zuurstof (meestal uit de lucht) aan de kathode (negatieve elektrode).
Elektrochemische reactie: in de brandstofcel vindt een elektrochemische reactie plaats. Aan de anode wordt waterstof gesplitst in protonen en elektronen. De protonen bewegen door de elektrolyt naar de kathode, terwijl de elektronen via een extern circuit stromen, waardoor elektriciteit wordt gegenereerd om de elektromotor aan te drijven.
Uitlaatgas: aan de kathode reageren de protonen en elektronen met zuurstof om water (H2O) te vormen, dat als (gedemineraliseerde) waterdamp uit de uitlaat komt. Dit is het enige bijproduct van het proces, waardoor waterstofauto's zeer schoon zijn in vergelijking met voertuigen die fossiele brandstoffen gebruiken.
4 voordelen van waterstofauto’s
Wat zijn nu precies de voordelen van een waterstof auto? We zetten er vier op een rij.
Waterstofauto's stoten geen schadelijke emissies uit, alleen waterdamp.
Het tanken van een waterstofauto duurt ongeveer 3-5 minuten, vergelijkbaar met het tanken van een benzine- of dieselauto. Dit is veel sneller dan het opladen van batterij-elektrische voertuigen (EV's), wat enkele uren kan duren.
Waterstofauto's hebben doorgaans een grotere actieradius dan veel elektrische voertuigen. Sommige modellen kunnen meer dan 500 kilometer afleggen op een volle tank waterstof.
Waterstofauto's bieden een soepele en stille rijervaring, vergelijkbaar met elektrische auto's, maar met de extra voordelen van een grotere actieradius en snellere tanktijden.
4 nadelen van waterstofauto’s
Natuurlijk zijn er ook nadelen. We zetten vier nadelen van waterstof auto’s op een rij.
Een van de grootste uitdagingen voor waterstofauto's is de beperkte infrastructuur voor waterstofstations. Hoewel er steeds meer waterstofstations bijkomen, blijft de beschikbaarheid in veel regio's beperkt.
De productie van waterstof en brandstofcellen is momenteel duurder dan de productie van traditionele verbrandingsmotoren en batterijen voor elektrische voertuigen. Dit vertaalt zich in hogere kosten voor consumenten. Maar er is goed nieuws, want de prijzen blijven dalen.
De productie en distributie van waterstof zijn energie-intensieve processen. Waterstof wordt vaak geproduceerd door middel van elektrolyse, wat elektriciteit vereist, of door stoomreforming van aardgas, wat CO2-uitstoot kan veroorzaken. Het liefst produceren we waterstof door middel van hernieuwbare energie, zoals waterkracht, windenergie of zonne-energie.
Waterstof is een licht ontvlambaar gas. Moderne waterstoftanks zijn echter zeer veilig en voldoen aan strikte veiligheidsnormen.
Toekomst van waterstofauto’s
De toekomst van waterstofauto's ziet er veelbelovend uit, maar er zijn nog enkele hindernissen te overwinnen.
Uitbreiding van de infrastructuur: de ontwikkeling van een uitgebreid netwerk van waterstofstations is cruciaal voor de massale acceptatie van waterstofauto's. Overheden en particuliere bedrijven investeren steeds meer in de uitbreiding van deze infrastructuur.
Kostenreductie: technologische vooruitgang en schaalvoordelen zullen naar verwachting de productiekosten van waterstof en brandstofcellen verlagen, waardoor waterstofauto's betaalbaarder worden voor consumenten.
Duurzame waterstofproductie: de overgang naar duurzame methoden voor waterstofproductie, zoals elektrolyse met hernieuwbare energie, zal de milieu-impact van waterstofauto's verder verminderen.
Samenwerking en regelgeving: internationale samenwerking en regelgeving kunnen de ontwikkeling en acceptatie van waterstofauto's versnellen. Beleidsmaatregelen die de aanschaf en het gebruik van waterstofvoertuigen stimuleren, zullen een belangrijke rol spelen.
Deze waterstofauto’s bestaan al!
Er zijn momenteel verschillende waterstofauto's op de markt, voornamelijk van Aziatische komaf. Toch komen er in Europa ook steeds meer modellen bij.
Toyota Mirai: de Toyota Mirai was een van de eerste commercieel beschikbare waterstofauto's. Het nieuwste model biedt een actieradius van ongeveer 500 kilometer en heeft een stijlvol en modern ontwerp. De Mirai heeft wereldwijd erkenning gekregen voor zijn geavanceerde technologie en milieuvriendelijke prestaties.
Hyundai Nexo: de Hyundai Nexo – opvolger van de iX35 Fuel Cell – is een andere populaire waterstofauto, met een actieradius van ongeveer 600 kilometer. De Nexo combineert geavanceerde technologie met een aantrekkelijk SUV-ontwerp en biedt tal van moderne functies, zoals autonome rijhulpsystemen en een uitgebreid infotainmentsysteem. Het belangrijkste: hij ziet eruit als een normale personenauto.
Honda Clarity Fuel Cell: de Honda Clarity Fuel Cell is een stijlvolle sedan met een actieradius van ongeveer 580 kilometer. De Clarity biedt een ruime en comfortabele interieur en is voorzien van geavanceerde technologieën om de rijervaring te verbeteren.
Er komen natuurlijk steeds meer waterstofmodellen bij. Zo levert Stellantis al diverse bedrijfswagens met een waterstof-elektrische aandrijflijn. Ook interessant: fabrikanten onderzoeken ook mogelijkheden om verbrandingsmotoren te behouden, maar die om te bouwen om waterstof te verbranden. In dat geval blijft één aspect behouden: een stukje emotie. Want hoorbaar motorgeluid blijft voor veel mensen bijzonder aantrekkelijk.
Verbrandingsmotoren met waterstof
Verbrandingsmotoren met waterstof zijn een opkomende technologie die de voordelen van conventionele verbrandingsmotoren combineert met de milieuvriendelijke eigenschappen van waterstof. Een waterstofverbrandingsmotor werkt op een manier die vergelijkbaar is met een traditionele benzine- of dieselmotor, maar gebruikt waterstof als brandstof. We zetten de belangrijkste stappen in het proces op een rij:
Inlaat: waterstofgas wordt samen met lucht de cilinders van de motor ingezogen.
Compressie: het mengsel van waterstof en lucht wordt gecomprimeerd door de opgaande beweging van de zuiger.
Ontsteking: in plaats van vonkontsteking zoals in benzinemotoren, kan een waterstofverbrandingsmotor gebruik maken van een speciale ontstekingsmethode die geschikt is voor de unieke eigenschappen van waterstof.
Verbranding: het waterstof-luchtmengsel ontbrandt, wat een explosie veroorzaakt die de zuiger naar beneden drukt. Deze beweging wordt omgezet in rotatiekracht die het voertuig aandrijft.
Uitlaat: de verbrandingsproducten, voornamelijk waterdamp, worden via de uitlaat afgevoerd.
Ten opzichte van volledig nieuwe technologieën, zoals brandstofcellen, kunnen waterstofverbrandingsmotoren mogelijk goedkoper en eenvoudiger te implementeren zijn, vooral omdat ze bestaande infrastructuur en productielijnen kunnen benutten. Er is wel een uitdaging. Want hoewel waterstof zelf schoon verbrandt, kunnen de hoge temperaturen in de verbrandingsmotor leiden tot de vorming van stikstofoxiden (NOx), schadelijke emissies die bijdragen aan luchtvervuiling en smog. Dit probleem vereist geavanceerde technieken om de verbrandingstemperaturen te beheersen en NOx-uitstoot te minimaliseren.
Conclusie
Waterstofauto's vertegenwoordigen een spannende en veelbelovende technologie in de wereld van duurzame mobiliteit. Ze bieden een milieuvriendelijk alternatief voor traditionele verbrandingsmotoren en batterij-elektrische voertuigen, met voordelen zoals snelle tanktijden en een grote actieradius. Hoewel er uitdagingen zijn, zoals de beperkte infrastructuur en hoge productiekosten, werken fabrikanten en overheden hard aan oplossingen om deze technologie toegankelijker en betaalbaarder te maken. Klanten kunnen nu al kiezen uit verschillende modellen. Waterstof is in ieder geval in opkomst. Dit is nog maar het begin.
