Het besturen van een auto op waterstof kent ups en downs. Aan de positieve kant krijg je de groene voordelen van een EV zonder de angst voor actieradius, omdat je de auto kunt bijvullen met meer waterstof. Aan de andere kant zijn waterstoftankstations zeldzaam – althans voorlopig. Het is ook een uitdaging om waterstof te verkrijgen op een manier die zowel groen als efficiënt is.
Verder bestaat er, zoals bij elke nieuwe technologie, enige begrijpelijke aarzeling om tot de eersten te behoren om de sprong te wagen en je (minstens) een aantal jaren te verbinden met een krachtbron die wel of niet werkt. Maar blijf lezen en we geven u voldoende achtergrondinformatie zodat u uw eigen beslissing kunt nemen.
Verwant
- Toyota Mirai van de volgende generatie bevestigt dit ondanks aanhoudende problemen met waterstoftechnologie
- BMW plaagt opnieuw waterstofauto's met brandstofcel X5-concept
- BMW is mogelijk eindelijk klaar om auto's op waterstofbrandstofcellen aan het publiek te verkopen
Hoe waterstofbrandstofcellen werken
Een waterstofbrandstofcel is een eenvoudige machine. De kern van de technologie is een protonenuitwisselingsmembraan. Aan de ene kant van het membraan heb je pure waterstof en aan de andere kant gewone lucht. Gewone lucht bestaat voor ongeveer 80 procent uit stikstof en 20 procent uit zuurstof, plus sporen van andere stoffen. Het protonenuitwisselingsmembraan is van cruciaal belang, omdat waterstof- en zuurstofatomen graag bij elkaar zijn. Concreet willen twee waterstofatomen en een zuurstofatoom altijd samenkomen en een watermolecuul creëren. Het is iets moois. Oordeel niet.
Het membraan laat waterstofatomen door naar de zuurstof, maar alleen als het waterstofatoom onderweg zijn elektron afstaat. We hebben op een slimme manier een goed geleidend metaal zoals platina op de wanden van de brandstofcel geplaatst, zodat de elektronen daarheen gaan en helemaal rond de brandstofcel rennen om terug te keren naar hun waterstofatomen; die actie creëert elektrische stroom die we kunnen gebruiken. Wanneer de zuurstof en waterstof allemaal zijn gekoppeld en weer compleet zijn, hebben we een watermolecuul en wat elektriciteit voor onze problemen. Als je alleen naar de brandstofcel kijkt, kun je energie verkrijgen zonder enige vervuiling te veroorzaken. Genie!
Het waterstofraadsel
Het eerste probleem met dat rooskleurige scenario is dat waterstof en zuurstof zo veel van elkaar houden dat vrije waterstof niet echt in onze atmosfeer bestaat. Het is allemaal veranderd in het water dat het grootste deel van de planeet bedekt. Dus voordat we die energie kunnen krijgen, moeten we wat losse waterstof maken om in onze waterstofbrandstofcel te stoppen.
Er zijn veel manieren om waterstof te verkrijgen, en sommige zijn gekker dan andere. In de 19e eeuw lieten mensen ijzervijlsel in vaten met zwavelzuur vallen. Bij de reactie ontstond waterstofgas, dat ze in ballonnen de lucht in lieten gaan. Het werkt, maar het is echt niet haalbaar op grote schaal, en elke keer dat je deze methode gebruikt, komen er letterlijk tonnen giftig afval bij kijken. Laten we dat een non-starter noemen.
Zoals bij elke nieuwe technologie bestaat er enige begrijpelijke aarzeling om als een van de eersten de sprong te wagen
Je kunt ook elektriciteit gebruiken om watermoleculen uit elkaar te halen door middel van elektrolyse, en je krijgt pure waterstof en zuurstof. Dat is geweldig, maar de wetten van de thermodynamica schrijven voor dat je nooit zoveel elektriciteit uit waterstof kunt halen als je in het systeem stopt om de watermoleculen af te breken. Je kunt de elektriciteit beter gebruiken om een batterij op te laden. Bovendien wordt een groot deel van onze Noord-Amerikaanse elektriciteit nog steeds geproduceerd door het verbranden van steenkool, wat beslist niet groen is.
De derde manier om waterstof te verkrijgen is even problematisch. Je kunt aardgas hervormen door de koolwaterstofmoleculen te kraken om de waterstof los te maken. Maar dat betekent dat je nog steeds afhankelijk bent van fossiele brandstoffen, en als je de waterstof uitbreekt voor je groene stroom, produceer je ook koolstofdioxide, een broeikasgas. De ironie is genoeg om een hele stad hipsters van stroom te voorzien.
Voordat we afsluiten met de waterstofproductie, wordt er onderzoek gedaan naar de fotosynthese van het element met behulp van algen. Het valt nog te bezien of dat op grote schaal zal werken, maar het is beter dan sommige van de andere methoden die zijn geprobeerd.
Een behoorlijk goede brandstof
Het probleem van het creëren van losse waterstof is het probleem dat ervoor zorgt dat het geen perfecte brandstof is. Het is echter nog steeds schoner om aardgas (of methanol, dat we kunnen maken uit plantaardig afval) om te zetten in waterstof en kooldioxide dan om het gas in een verbrandingsmotor te verbranden. En nu de mogelijkheden voor het opwekken van zonne-energie toenemen, kunnen we ook door de zon opgewekte elektriciteit gebruiken om waterstof te maken. We lijden nog steeds onder het algehele thermodynamische verlies bij het omzetten van zonlicht in elektriciteit in waterstof elektriciteit, maar we kunnen in ieder geval veel zonneschijn gebruiken, en er ontstaat geen broeikasgas in de atmosfeer proces. Natuurlijk moet je de zonnepanelen maken, en dat brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee.
Dus hoewel het niet perfect is, is waterstof nog steeds een redelijk goede brandstof. Het is zeker beter dan het verbranden van geraffineerde ruwe olie.
Steeds beter beschikbaar
Als je ergens anders in Amerika woont dan het grotere Los Angeles of de San Francisco Bay Area, is dit allemaal nog steeds een beetje academisch voor jou. Op dit moment bevindt de overgrote meerderheid van de waterstoftankinfrastructuur van het land zich in Californië, en er zijn niet zoveel stations.
In Noord-Californië kun je waterstof halen bij zes stations in de Bay Area, één station in Sacramento en een eenzaam station in Truckee op weg naar Reno. In Zuid-Californië heb je 16 stations in de omgeving van Los Angeles, plus een station in Del Mar bij San Diego en een enkel station in Santa Barbara.
Er zijn veel manieren om waterstof te verkrijgen, en sommige zijn gekker dan andere.
Het is echter vermeldenswaard dat er dit jaar minstens twintig nieuwe stations in Californië worden geopend. De nieuwe stations bevinden zich allemaal in de gebieden L.A. en Bay, dus hoewel er nog geen nieuwe regio’s worden geopend, wordt waterstof steeds handiger op de plek waar het zich al bevindt.
Het California Fuel Cell Partnership heeft een kaart van waterstofstations. U kunt controleren of u dichtbij genoeg bij een waterstofstation woont en werkt om het voor u te laten werken. Ook het Amerikaanse ministerie van Energie blijft volhouden een landelijke kaart op de website van het Alternative Fuels Data Center, maar de enige waterstofstations buiten Californië zijn één in Massachusetts, één in Connecticut en één in South Carolina.
Waarom je in de toekomst meer waterstofauto’s zult zien
Om de auto op waterstof echt te begrijpen, moet je hem in de grotere context van elektrische voertuigen bekijken. Een hoofdregel van alternatieve brandstoffen is dat er niet één oplossing is die in alle gevallen zal werken. Het opladen van elektrische voertuigen op batterijen zal in de nabije toekomst waarschijnlijk lang duren, en betaalbare elektrische voertuigen zullen een beperkt bereik hebben. Hybrides en zelfs plug-in hybrides gebruiken nog steeds tot op zekere hoogte fossiele brandstoffen, maar je kunt er wel in stappen en lange afstanden rijden door eenvoudig te tanken. Waterstofenergie overbrugt die kloof, waardoor je een emissievrij voertuig krijgt dat je kunt tanken als een auto op benzine, op voorwaarde dat er een waterstofstation is waar je het nodig hebt. Binnen die context is er een plaats voor waterstofauto’s in onze wereld.
Aanbevelingen van de redactie
- Toyota’s E-volutie gaat verder met de Mirai 2021 en de RAV4 Plugin 2021
- Toyota gebruikt waterstofbrandstofcellen om een van zijn Japanse fabrieken van stroom te voorzien
- Een zelfrijdende Toyota zal de Olympische vlam van 2020 in Tokio begeleiden
- De Skai is een multifunctionele vliegende auto, aangedreven door waterstofbrandstofcellen
- Toyota's 2e generatie waterstof-brandstofcel-semitruck erin voor de korte afstand
