Wat is een auto op waterstof?
Een waterstofauto is een elektrische auto die gebruikmaakt van waterstofgas als energiebron om elektriciteit op te wekken. In plaats van een batterij die opgeladen moet worden via het elektriciteitsnet, heeft een waterstofauto een brandstofcel waarin een chemische reactie plaatsvindt om elektriciteit te genereren. Deze elektriciteit drijft vervolgens de elektromotor aan, net zoals bij een gewone elektrische auto. Een auto op waterstof wordt daarom ook wel een ‘waterstof-elektrische auto’ genoemd en een elektrische auto met een batterij ie je moet opladen een ‘batterij-elektrische auto’.
Hoe werkt een auto op waterstof?
Het hart van een waterstofauto is de brandstofcel, waar de belangrijkste chemische reactie plaatsvindt. De brandstofcel combineert waterstof met zuurstof uit de lucht. Deze combinatie veroorzaakt een elektrochemische reactie waarbij elektriciteit, water en warmte worden geproduceerd. Hier is een stapsgewijze uitleg van hoe dit proces werkt:
- Opslag van waterstof: waterstof wordt in de auto opgeslagen in één of meerdere extra sterke tanks. Deze tanks zijn ontworpen om waterstof veilig onder druk van ongeveer 700 bar te bewaren. Waterstof is het lichtste element en heeft een zeer hoge energiedichtheid, wat betekent dat er veel energie kan worden opgeslagen in een relatief klein volume.
- Omzetting in de brandstofcel: de waterstof wordt uit de tanks naar de brandstofcel geleid. In de brandstofcel wordt de waterstof in aanraking gebracht met zuurstof uit de omgevingslucht. Hierdoor ontstaat een proces dat elektrolyse omkeert: waterstof wordt gesplitst in elektronen en protonen.
- Opwekken van elektriciteit: de elektronen die vrijkomen bij de splitsing van waterstof worden naar de elektromotor geleid om die van stroom te voorzien. De elektromotor drijft vervolgens de wielen aan.
- Geen (schadelijke) uitstoot: een van de grootste voordelen van waterstofauto’s is het ‘restproduct’ dat vrijkomt bij dit proces: waterdamp. De waterdamp wordt uitgestoten via de uitlaat (of opgevangen en als vloeistof verzameld), wat betekent dat waterstofauto’s zelf geen schadelijke uitstoot produceren.
Voordelen van rijden op waterstof
Waterstofauto’s bieden ook meerdere voordelen op het gebied van rijden. We zetten hier de belangrijkste op een rij:
- Geen lokale emissie: omdat waterstofauto’s alleen water(damp) uitstoten, dragen ze niet bij aan lokale luchtverontreiniging.
- Snel tanken: Het tanken van waterstof is net zo makkelijk als het tanken van benzine en het duurt meestal niet langer dan vijf minuten. Dit in combinatie met de uitstootvrij aandrijflijn maakt een waterstofauto extra praktisch in gebruik en ideaal voor het rijden van lange afstanden. Een batterij-elektrische auto heeft een lange oplaadtijd (minimaal 30 minuten tot 80% batterijlading bij een snellader, mits de lader direct beschikbaar is).
- Grotere actieradius: waterstof kan veel energie opslaan in een relatief klein volume, wat langere afstanden mogelijk maakt zonder vaak te hoeven tanken. De actieradius van de gemiddelde waterstofauto is honderden kilometers, zonder een grote en loeizware batterij mee te hoen sjouwen. Een auto op waterstof auto heeft dus een grotere actieradius wanneer beide energiebronnen (waterstoftank versus batterij) in afmeting even groot zouden zijn.
- Milieuvriendelijk: behalve de voordelen op het gebied van lokale uitstoot, is het mogelijk om waterstof te produceren uit hernieuwbare bronnen zoals wind- en zonne-energie. Op sommige plekken zit zelfs natuurlijke waterstof in de aarde, wat een vrijwel onuitputtelijke bron van energie kan zijn.
- Maakt elektrificatie van grote voertuigen mogelijk: niet alle soorten voertuigen zijn even geschikt voor batterij-elektrische aandrijving. Bij grote voertuigen zoals vrachtwagens, bussen, treinen (voor spoorwegen zonder bovenleiding) of vliegtuigen is een groot en zwaar batterijpakket geen oplossing. Een compacte en lichte waterstoftank voor de energievoorziening kan dan wel een oplossing zijn.
Uitdagingen van rijden op waterstof
Hoewel een waterstofauto veel voordelen biedt, zijn er ook belangrijke uitdagingen die overwonnen moeten worden om de technologie van autorijden op waterstof echt te laten doorbreken:
- Infrastructuur voor tanken: een van de grootste uitdagingen voor gebruikers van een auto op waterstof is het beperkte aantal waterstoftankstations. Hoewel het aantal stations langzaam toeneemt, is het netwerk nog niet zo wijdverbreid als dat van conventionele tankstations of elektrische oplaadpunten. De dichtheid van het netwerk aan waterstoftankstations verschilt bovendien sterk per regio.
- Productie is (nog) niet altijd duurzaam: hoewel de productie van waterstof in theorie zeer duurzaam kan zijn (zie het vorige hoofdstuk), wordt waterstof in de praktijk vaak nog geproduceerd met behulp van fossiele brandstoffen, zoals aardgas. Daarbij komen nog steeds broeikasgassen vrij. Deze niet duurzaam opgewekte waterstof wordt grijze waterstof genoemd. Een variant is blauwe waterstof. Daarbij komen ook broeikasgassen vrij, maar die worden ondergronds opgevangen zodat ze niet in de atmosfeer komen.
- Kosten van productie: het produceren van waterstof, vooral zogenoemde ‘groene waterstof’ uit duurzame bronnen, is momenteel nog duurder dan het winnen van fossiele brandstoffen of het opwekken van elektriciteit uit conventionele bronnen. De kosten dalen echter naarmate de technologie voor de productie van waterstof verbetert en er meer waterstofvoertuigen op de markt komen en de vraag naar waterstof dus toeneemt.
- Kosten van waterstofvoertuigen: vanwege de vrij nieuwe en innovatieve technologie zijn auto’s op waterstof (en andere waterstofvoertuigen) duurder dan een vergelijkbaar model met brandstofmotor of batterij-elektrische aandrijflijn.
- Efficiëntie van de brandstofcel: hoewel de brandstofceltechnologie zich snel ontwikkelt, is de efficiëntie van het proces nog niet zo hoog als die van batterij-elektrische voertuigen. Er gaat nog relatief veel energie verloren bij het omzetten van waterstof in elektriciteit, wat betekent dat de totale energie-efficiëntie lager is dan die van andere elektrische voertuigen.
- Efficiëntie van waterstof: sommige tegenstanders van rijden op waterstof vinden het überhaupt niet efficiënt om energie te gebruiken voor het opwekken van waterstof, die vervolgens weer wordt gebruikt voor het opwekken van elektriciteit voor de elektromotor.
De toekomst van waterstofauto’s
Of de auto op waterstof echt zal doorbreken, is een kwestie waar zelf de experts nog over discussiëren. Want er zijn nog te veel onzekerheden. Te eerste heeft de industrie voor de middellange termijn gekozen voor batterij-elektrische oplossingen. Daar wordt nu door vrijwel alle autofabrikanten volop in geïnvesteerd.
De investeringen en ontwikkelingen op het gebied van waterstof voor personenauto’s loopt ver achter vergeleken met batterij-elektrische aandrijftechniek. Daarom rijden er ook nog relatief weinig waterstofauto’s rond. Hierdoor zien veel tankstation-ondernemers het nog niet zitten om te investeren in een waterstofstation. En doordat je nog op relatief weinig plekken kunt tanken, kijken potentiële waterstofrijders de kat nog uit de boom. Dit is het bekende kip-ei-verhaal.
Ondanks de uitdagingen hebben waterstofauto’s veel potentie. Met voortdurende innovaties in technologie en uitbreiding van de infrastructuur, wordt over het algemeen toch wel verwacht dat waterstof een belangrijke rol zal spelen in de toekomstige mobiliteit. Is het niet voor personenauto’s, dan wel voor vrachtverkeer waarvoor batterij-elektrische aandrijving niet ideaal is. Grote fabrikanten investeren steeds meer in waterstoftechnologie en overheden stimuleren de ontwikkeling van waterstof als onderdeel van hun duurzame energiedoelen.
