Aandrijflijnen | Ad van Wijk over waterstof als energie-oplossing
Op de IAA in Frankfurt, ’s werelds belangrijkste autoshow, die medio september werd gehouden, presenteerde BMW tussen al het stekker-, stekkerhybride en anderszins elektrische autonieuws de BMW i Hydrogen NEXT, een auto aangedreven door waterstof. Daarbij kondigde het merk aan dat het in 2022 een nieuwe generatie wil introduceren van een kleine serie van waterstofauto’s, gebaseerd op de huidige BMW X5 SUV. In 2025 moeten de eerste waterstof-BMW’s op de markt komen, ‘afhankelijk van de ‘toestand van de markt’ op dat moment. Het is een mooi voorbeeld van het feit dat de auto-industrie nog altijd geen afstand heeft genomen van waterstof als energiebron. Integendeel: ook een gigant als Mercedes-Benz houdt de waterstofoptie open en levert bijvoorbeeld in de VS een SUV met waterstofaandrijving, terwijl merken als Toyota en Hyundai al waterstofmodellen leveren in Nederland. Sterker nog: in 2018 bleek uit jaarlijks KPMG-onderzoek dat beleidsmakers en beslissers in de automotive de toekomstperspectieven van waterstofauto’s (FCEV’s – Fuel Cell Electric Vehicles) toen aanzienlijk hoger inschatten dan die van batterij-aangedreven EV’s – die laatste categorie stond op 3 in de lijst van belangrijkste trends, de waterstofauto stond op 1 (de autonome auto stond op 2).
Toch loopt het nog niet storm met die waterstofauto’s. Zeker niet in Nederland, waar nog maar een handvol tankstations voor waterstof zijn – al komen er het komende jaar 10 bij. Nederland lijkt sterk te gaan voor de elektrische auto met batterij en waterstof wordt kennelijk niet als serieus alternatief gezien. Kan waterstof nog winnen?
Geen tegenstelling
“Kijk, dat vind ik nou echt weer zo’n stomme vraag”, zegt Ad van Wijk gedecideerd. Hij zucht eens diep en steekt van wal. “Het gaat niet om winnen. Het is geen tegenstelling. Als je simpelweg kijkt naar de mogelijkheden van het stroomnet om alle in de nabije toekomt verwachte elektrische auto’s gewoon maar aan de stekker te hangen, dan weet je dat dit niet gaat lukken. Daar heeft het stroomnet gewoon te weinig capaciteit voor”, begint hij zijn betoog. Of college, want de man is natuurlijk ook bijzonder hoogleraar Future Energy Systems aan de TU Delft. Daarnaast in hij energie-ondernemer, en in beide hoedanigheden vindt Van Wijk het eigenlijk bizar dat we er allemaal klakkeloos van uitgaan dat al die elektrische auto’s waarin we straks geacht worden te gaan rijden, zullen worden opgeladen via het reguliere stroomnet en via door wind of zonkracht opgewekte, heldergroene elektriciteit. Van Wijk is al decennialang een onvermoeibaar pleitbezorger van waterstof als aanvulling. En niet als alternatief, dat zegt hij er meteen bij: “Er wordt vaak uitgegaan van die tegenstelling tussen voorstanders van batterij-elektrisch rijden en waterstof. Die is er niet. Voor mij is het simpelweg zo dat er een aanvullende technologie nodig is om aan de energiebehoefte van de toekomstige mobiliteit te voldoen. Ik geloof dat waterstof dat moet zijn.”
Kostenplaatje
Het Duitse onderzoeksinstituut Jülich berekende vorig jaar de kostenontwikkelingen rond waterstofauto’s versus batterij-EV’s. Rijden er twintig miljoen elektrische auto’s met batterij rond, dan kost de hele laadpaalinfrastructuur zo’n 51 miljard euro, volgens hun cijfers. Bij twintig miljoen auto’s op waterstof kost het ‘maar’ zo’n 40 miljard. Wat de brandstofkosten betreft: uiteindelijk zal de kilometerprijs voor beide types auto’s even hoog uitpakken, volgens de cijferaars van Jülich: in beide gevallen circa 4,5 cent per kilometer, waarbij rekening is gehouden met het lagere rendement van waterstofauto’s. [bron: NRC/ Carola Houtekamer]
Geen ruimte
Even een stap terug. Waar de gewone elektrische auto zijn stroom uit een batterijpakket haalt, dat wordt gevuld met elektriciteit van het stroomnet, maakt de waterstofauto zijn elektriciteit zélf. Dat gebeurt aan boord, dankzij een brandstofcel, waarin de reactie tussen getankt waterstofgas en zuurstof resulteert in stroom voor de aandrijving en zuiver water als restproduct. Voordeel: je tankt je waterstofauto in een paar minuten vol en je hebt per definitie een vele malen hogere actieradius dan met een batterij-aangedreven EV. Nadeel: waterstoftankstations zijn er, zoals gezegd, in Nederland maar mondjesmaat en hun aantal neemt niet al te spectaculair snel toe. Maar, en daar hamert Van Wijk nu al jaren op, je hóeft waterstof niet per se te tanken om er elektriciteit van te kunnen maken voor je auto – of welke andere toepassing dan ook. “Waterstof kan ook dienen als bron van groene elektriciteit. Hier in Nederland kunnen we het hele land volzetten met windmolens en zonnepanelen, maar dan nog zullen we niet kunnen voldoen aan onze energiebehoefte.
We zijn met teveel en hebben er bovendien simpelweg de ruimte niet voor; het kán fysiek misschien wel, maar het vergt miljardeninvesteringen en je maakt heel veel mensen boos als je alle stukjes beschikbaar land en zee volplempt met windmolens. Wat je wél kunt doen, is elektriciteit maken met zonnepanelen in de Sahara, of Australië, daar waterstof van maken en die importeren. Dat is groen én kosteneffectief. We halen nu bijvoorbeeld al heel veel gas uit Algerije en Libië; dat komt naar Europa toe via buizen. Die kunnen ook prima worden gebruikt als transportmiddel voor waterstof. In Nederland ligt ook een geweldig transportsysteem voor waterstof: het leidingenstelsel voor aardgas. Per boot kan ook. Die varen nu nog op diesel, maar met een waterstoflading aan boord kunnen ze varen op de verdampte waterstof die altijd ontstaat bij het transport ervan.”
We hebben de kolenmijnen in Limburg niet gesloten omdat de kolen op waren, maar omdat het goedkoper was om ze uit het buitenland te halen.
Rendement
Maar wacht even: je maakt met Afrikaanse zonne-energie waterstof, haalt dat uit dat verre buitenland naar Nederland, zet dat om in elektriciteit en voegt die toe aan het stroomnet. Hoe kan dat groen zijn met zoveel transport én als je weet dat het omzetten van waterstof naar elektriciteit een enorme hoeveelheid rendementsverlies oplevert? “Dat rendementsverlies is er, zeker”, beaamt Van Wijk. “Maar stel dat je 8 procent van de Sahara volzet met zonnepanelen, dat produceert alle energie die de wereld gebruikt; daar heb je meer dan genoeg ruimte en voldoende zon om goedkoop elektriciteit met zonnepanelen te produceren. Als we die namelijk in de Sahara neerzetten, leveren ze drie keer zoveel stroom als dezelfde panelen in Nederland. Je zou dus kunnen zeggen dat ze een rendement van 300 procent hebben ten opzichte van de zonnepanelen die we in Nederland gebruiken. In de Sahara schijnt de zon immers altijd. Bij ons niet, en zeker in de winter kun je een hoge opbrengst wel vergeten. Zelfs als je die elektriciteit uit de Sahara omzet in waterstof, die naar Europa haalt – zelfs per boot – en dan weer omzet in stroom, houd je ondanks het verlies van die omzettingen nog altijd 120 procent rendement over. Dat is dus meer dan dat diezelfde zonnepanelen in Nederland opwekken. Deze vergelijking laat wel zien dat het dus niet gaat om rendementsvergelijkingen, maar om kostenvergelijkingen. In de toekomst zullen we dus veel groene energie in de vorm van waterstof gaan importeren. En vergeet trouwens niet: Nederland importeert ook nu 60 procent van zijn energiebehoefte. En dat zal zo blijven. Kijk: We hebben de kolenmijnen in Limburg destijds niet gesloten omdat de kolen op waren. Het was simpelweg goedkoper om die kolen uit het buitenland te halen. Daar gaat het hier ook om.”
Grenzen aan batterijtechnologie
Terug naar de auto op waterstof. Criticasters van de technologie stellen dat waterstof het niet gaat halen. Redenen te over. De infrastructuur is er niet voor, zeggen ze. De kosten zijn te hoog en de milieu-impact vooralsnog te groot. Want zolang we nog geen enorme windmolenparken op zee of die onafzienbare rijen zonnepanelen in de Sahara hebben, blijven we vooral waterstof maken uit aardgas. Niet groen dus, aldus criticasters, die stellen dat waterstof het daarom niet gaat halen.
Van Wijk gaat er even goed voor zitten. “Er moet nog veel gebeuren, zeker, maar de batterij-aangedreven EV is er ook nog lang niet”, begint hij. “Brandstofcellen maken de laatste paar jaar een enorm snelle ontwikkeling door. Ze zijn sterker, efficiënter en kleiner geworden terwijl controversiële grondstoffen als platina in steeds kleinere hoeveelheden nodig zijn om ze te maken. Ze worden dus ook snel steeds goedkoper, net als reguliere batterijen. Verder moet je niet vergeten dat er grenzen zijn aan de mogelijkheden van die batterijtechnologie. Als je kijkt naar de energiedichtheid van waterstof is en blijft die ruwweg 100 keer zo groot als van batterijen –waterstof is qua energiedichtheid goed te vergelijken met benzine.” Ofwel: je tankt in een paar minuten je auto vol met waterstof, maar zit hoe dan ook 20 minuten aan de snellader – en kunt na afloop dezelfde afstand afleggen. Dat zal niet veranderen, aldus Van Wijk. Dan de infrastructuur. Van Wijk: “We zijn in Nederland dus waterstoftankstations aan het bouwen. Die komen eraan. Jammer alleen dat ze hier apart worden neergezet, terwijl Duitsland bezig is om 400 waterstoftankpunten aan te leggen die bij bestaande tankstations komen. Dat lijkt me praktischer. Maar goed, ze komen wel. Binnenkort kun je dwars door Duitsland rijden op waterstof, zonder bang te zijn dat je geen waterstof kunt tanken. En als de waterstofinfrastructuur er eenmaal is volgen de auto’s vanzelf. Want EV’s zijn nu nog verhoudingsgewijs goedkoper, maar de ontwikkelingen staan niet stil. Uiteindelijk zullen de aanschafkosten en kilometerprijzen elkaar dicht naderen.”
Waterstofeconomie
Kortom: waterstof is wel degelijk een zinvolle aanvulling op de elektrische toekomst van het wagenpark, stelt Van Wijk. “Maar je moet naar het hele systeem kijken”, benadrukt hij. “Als je het zo bekijkt, heb je het over een waterstofeconomie.” Ofwel: als je een systeem opzet waarin je waterstof kunt maken, opslaan, vervoeren en verkopen, ontstaan er schaalvoordelen. Daardoor zullen de kosten snel dalen. “Je moet enorm veel investeren in het versterken van (snellaad)netwerken om de pieken die zullen ontstaan als de vraag toeneemt op te kunnen vangen. Maar je kunt ook investeren in waterstof als manier om die pieken op te kunnen vangen. Dat is uiteindelijk goedkoper en evengoed groen. Ik ben een technologie-optimist. Ik geloof dat beide manieren naast elkaar gaan bestaan. Laat de markt en de consument maar gewoon bepalen wat ze willen.”
