Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de...
Transcript of Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de...
UNIVERSITEIT GENT
FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE
ACADEMIEJAAR 2004 – 2005
Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières
Scriptie voorgedragen tot het bekomen van de graad van licentiaat in de toegepaste economische wetenschappen, optie: technische bedrijfskunde Joren Speecke Onder leiding van Dr. Johan Albrecht
UNIVERSITEIT GENT
FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE
ACADEMIEJAAR 2004 – 2005
Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières
Scriptie voorgedragen tot het bekomen van de graad van licentiaat in de toegepaste economische wetenschappen, optie: technische bedrijfskunde Joren Speecke Onder leiding van Dr. Johan Albrecht
Permission
WOORD VOORAF
Bij deze zou ik graag een woord van dank willen richten tot een aantal personen.
Vooreerst wil ik Dr. Johan Albrecht bedanken voor het nuttige advies betreffende de structuur
en de inhoud van deze scriptie.
Een bijzonder woord van dank gaat uit naar Prof. Michel de Paepe, Stefaan Verstraeten en
Sebastian Verhelst voor het vriendelijk uitlenen van de nodige literatuur en informatie met
betrekking tot de technische kant van de brandstofceltechnologie.
Verder zou ik graag mijn dank betuigen aan iedereen die me bij het maken van deze scriptie
gesteund en geholpen heeft. Daarbij denk ik aan Hermien, mijn familie, mijn vrienden en mijn
klas- en kotgenoten.
april 2005
Joren Speecke
I
INHOUDSOPGAVE
Woord vooraf...............................................................................................................................I
Inhoudsopgave........................................................................................................................... II
Gebruikte afkortingen................................................................................................................ V
Lijst van tabellen .................................................................................................................... VII
Lijst van figuren ..................................................................................................................... VII
Inleiding...................................................................................................................................... 1
HOOFDSTUK I: Brandstofceltechnologie ............................................................................. 3
I.1. Omschrijving brandstofcel................................................................................... 3
I.2. Geschiedenis en ontwikkeling van de brandstofcel............................................. 3
I.3. Werking brandstofcel........................................................................................... 4
I.4. Soorten brandstofcellen ....................................................................................... 5
I.5. Belang brandstofceltechnologie........................................................................... 9
I.6. Concurrenten brandstofcel................................................................................. 11
I.7. Besluit ................................................................................................................ 12
HOOFDSTUK II: Strategie politiek en publieke organisaties .............................................. 13
II.1. Europese Unie.................................................................................................... 13
II.2. Verenigde Staten................................................................................................ 15
II.3. Japan .................................................................................................................. 18
II.4. International Partnership for the Hydrogen Economy....................................... 19
II.5. Besluit ................................................................................................................ 19
HOOFDSTUK III: Strategie private sector........................................................................... 20
III.1. Hydrogenics – General Motors.......................................................................... 20
III.2. Ballard Power Systems – DaimlerChrysler – Ford............................................ 23
III.3. Toyota ................................................................................................................ 27
III.4. Honda................................................................................................................. 28
III.5. UTC Fuel Cells – Shell Hydrogen..................................................................... 29
III.6. Plug Power......................................................................................................... 30
III.7. Besluit ................................................................................................................ 31
II
HOOFDSTUK IV: Barrières brandstofceltechnologie ......................................................... 32
IV.1. Productie van waterstof ..................................................................................... 32
IV.2. Zuiverheid van waterstof ................................................................................... 35
IV.3. Transport waterstof ............................................................................................ 37
IV.4. Waterstof tanken................................................................................................ 38
IV.5. Opslag van waterstof in het voertuig ................................................................. 40
IV.5.1. Gasvormige opslag in druktanks .............................................................. 40
IV.5.2. Vloeibare opslag....................................................................................... 41
IV.5.3. Hydriden................................................................................................... 42
IV.5.4. Adsorptie door koolstof............................................................................ 44
IV.5.5. Samenvatting en evaluatie........................................................................ 45
IV.6. Kostprijs............................................................................................................. 46
IV.7. Duurzaamheid.................................................................................................... 47
IV.8. Bevriezing elektrolyt ......................................................................................... 48
IV.9. Veiligheid .......................................................................................................... 48
IV.10. Besluit ................................................................................................................ 49
HOOFDSTUK V: Carbon lock-in......................................................................................... 51
V.1. Omschrijving (carbon) lock-in .......................................................................... 51
V.2. Oorzaken carbon lock-in.................................................................................... 52
V.2.1. Technologische oorzaken ......................................................................... 52
V.2.2. Organisatorische oorzaken ....................................................................... 53
V.2.3. Industriële oorzaken ................................................................................. 53
V.2.4. Sociale oorzaken....................................................................................... 54
V.2.5. Institutionele oorzaken ............................................................................. 55
V.3. Techno-Institutional Complex (TIC) ................................................................. 56
V.4. Opheffen carbon lock-in .................................................................................... 57
V.4.1. Niveau van beleidsaanpassing.................................................................. 57
V.4.2. Effectieve beleidsaanpassingen................................................................ 59
V.4.3. Opheffen weerstand tegen verandering .................................................... 64
V.4.4. Vereiste inspanningen van de industrie.................................................... 65
V.5. Praktijkvoorbeelden........................................................................................... 66
V.5.1. Batterijaangedreven voertuigen in Japan.................................................. 67
V.5.2. Aanbevelingen HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technologies ........... 67
V.6. Besluit ................................................................................................................ 69
III
HOOFDSTUK VI: Technologische innovatie en diffusie .................................................... 71
VI.1. Technologische innovatie .................................................................................. 71
VI.1.1. Omschrijving innovatie ............................................................................ 71
VI.1.2. Radicale versus incrementele innovaties.................................................. 72
VI.1.3. Het innovatieproces .................................................................................. 73
VI.1.4. Intersectoriële verschillen in innovatie..................................................... 76
VI.1.5. Intrasectoriële verschillen in innovatie..................................................... 77
VI.2. Diffusie van innovaties ...................................................................................... 78
VI.2.1. Omschrijving diffusie............................................................................... 78
VI.2.2. Dynamisch model..................................................................................... 79
VI.2.3. Evenwichtstheorieën................................................................................. 82
VI.2.4. Diffusie van complementaire technologieën ............................................ 85
VI.3. Besluit ................................................................................................................ 85
Algemeen Besluit ..................................................................................................................... 88
Lijst van geraadpleegde werken ............................................................................................ VIII
IV
GEBRUIKTE AFKORTINGEN
AFC Alkaline Fuel Cell
CUTE Clean Urban Transport for Europe
DMFC Direct Methanol Fuel Cell
DOE Department of Energy
ECTOS Ecological City Transport System
EOP End-of-pipe
EU Europese Unie
FCHV Fuel Cell Hybrid Vehicle
GM General Motors
HLG High Level Group
ICE Internal Combustion Engine
IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change
IPHE International Partnership for the Hydrogen Economy
ISO International Standards Organization
IPHE International Partnership for the Hydrogen Economy
JARI Japanese Automotive Research Institute
KWS Koolwaterstoffen
MCFC Molton Carbonate Fuel Cell
MEA Membrane Electrode Assembly
METI Ministry of Economy Trade and Industry
MITI Ministry of International Trade and Industry
NEDO Net Energy and Industrial Technology Development Organisation
O&O Onderzoek en ontwikkeling
OEM Original Equipment Manufacturer
PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell
PAK Polycyclische aromatische koolwaterstof
PEM Proton Exchange Membrane
PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell
POX Partial Oxidation
SNM Strategic Niche Management
V
SOFC Solide Oxide Fuel Cell
SR Steam Reforming
SUV Soft Utility Vehicle
TIC Techno-Institutional Complex
wt% Kilogram H2 per kilogram van het systeem
VI
LIJST VAN TABELLEN
TABEL 1: Vergelijking tussen de verschillende types brandstofcel (eigen werk op basis van
HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003).................................................................. 8
TABEL 2: Overzicht van de eigenschappen van de prototypes van DaimlerChrysler
(HOOGERS G., 2003c).................................................................................................... 26
LIJST VAN FIGUREN
FIGUUR 1: Werking van de PEM brandstofcel (Types Of Fuel Cells, 2004)...........................5
FIGUUR 2: Europese roadmap voor waterstof en brandstofceltechnologie (EUROPEAN
COMMISSION, 2003, blz. 23) ........................................................................................ 14
FIGUUR 3: Vergelijking van de volumedichtheid en energiedichtheid van de verschillende
opslagmethoden (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …,
2005)................................................................................................................................. 45
FIGUUR 4: Vergelijking kostprijs in $ per kWh voor de verschillende opslagmethoden.
(eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005).................... 46
FIGUUR 5: De vijf fasen in de levenscyclus van een product volgens de evolutie van het
aantal producenten. (GORT M. en KLEPPER S., 1982, blz. 639) .................................. 80
VII
INLEIDING
Een tiental jaar geleden kondigden grote autoconstructeurs als General Motors en
DaimlerChrysler een nieuw tijdperk aan voor het aandrijven van voertuigen. Vanaf 2004
zouden auto’s, bussen en andere voertuigen met brandstofcellen verkrijgbaar zijn. Dankzij de
brandstofcellen zouden deze voertuigen alleen maar waterdamp uitstoten en zich met een
opmerkelijke stilte voortbewegen. Bij het afleveren van deze scriptie, is 2004 reeds een paar
maanden voorbij. We zien echter nog geen brandstofcelauto’s rondrijden, tenzij enkelen die
dienstdoen in demonstratieprojecten. Deze thesis wil in de eerste plaats een antwoord geven
op de vraag waarom deze technologie nog niet op de markt beschikbaar is. Aangezien de
marktintroductie van de brandstofceltechnologie substantiële veranderingen vereist in
verschillende maatschappelijke onderdelen, is het zeer moeilijk (zelfs onmogelijk) te
voorspellen wanneer we zullen rondrijden met voertuigen op basis van deze technologie. Of
de eerste auto van de kinderen die nu worden geboren, aangedreven zal zijn door
brandstofcellen, is dus nog onduidelijk.
Het eerste hoofdstuk van deze scriptie geeft een overzicht van wat de brandstofceltechnologie
juist is. Daarnaast wordt uitgelegd hoe een brandstofcel werkt en waarom ze geschikt is voor
de toepassing in personenvoertuigen. In de daaropvolgende hoofdstukken wordt een algemeen
beeld geschetst van de huidige stand van zaken voor wat betreft de brandstofceltechnologie.
De inspanningen die de beleidsmakers leveren voor het introduceren van de brandstofcellen
wordt toegelicht in het tweede hoofdstuk. Vervolgens wordt in het derde hoofdstuk uitgebreid
ingegaan op de toestand in de private sector. In de industrie die rond deze technologie ontstaat,
worden samenwerkingsverbanden gevormd. De strategie van de private sector wordt per
groep van samenwerkende bedrijven besproken.
In het vierde en vijfde hoofdstuk worden de barrières behandeld waarmee de
brandstofceltechnologie te kampen heeft. De volledige cyclus van de productie, de opslag, het
transport en het tanken van waterstof en de moeilijkheden met betrekking tot deze thema’s
worden achtereenvolgens in het vierde hoofdstuk besproken. Daarna worden de problemen
met betrekking tot de brandstofcel zelf, de moeilijkheden bij de implementatie ervan in
voertuigen en de specifieke omstandigheden waarmee de brandstofcellen in voertuigen
1
worden geconfronteerd, toegelicht. Het vijfde hoofdstuk gaat over de lock-in van de fossiele
brandstoffen in onze maatschappij, wat een belangrijke hindernis voor de marktintroductie
van de brandstofcellen is.
In het laatste hoofdstuk wordt de theorie rond de technologische innovatie en diffusie
uitgelegd. Deze theorie wordt verondersteld van toepassing te zijn op alle innovaties, dus ook
op de innovatie van de brandstofceltechnologie. Aan de hand van dit hoofdstuk wordt getracht
een algemeen beeld te geven van hoe de brandstofceltechnologie zich zal ontplooien, eens de
belangrijke barrières uit de twee vorige hoofdstukken zijn opgelost. Bovendien wordt het
proces dat de brandstofceltechnologie aflegt, namelijk van innovatie tot volwassen product en
marktintroductie, verduidelijkt.
Elk hoofdstuk wordt afgesloten met een besluit, dat een bondige samenvatting geeft van de
belangrijkste punten uit het hoofdstuk. Deze scriptie wordt afgesloten met een algemeen
besluit waarin een aantal conclusies worden getrokken met betrekking tot de barrières van de
brandstofceltechnologie in voertuigtoepassingen.
2
HOOFDSTUK I: BRANDSTOFCELTECHNOLOGIE
In dit eerste hoofdstuk wordt een algemeen beeld geschetst van de brandstofceltechnologie.
Eerst wordt het begrip brandstofcel gedefinieerd. Daarna wordt de geschiedenis en de evolutie
van de brandstofceltechnologie behandeld. In het derde deel wordt kort uitgelegd hoe een
brandstofcel zijn energie creëert. Vervolgens worden de verschillende soorten brandstofcellen
toegelicht en wordt aangeduid welke meest geschikt zijn voor de toepassing in voertuigen. In
het voorlaatste onderdeel wordt het belang van de brandstofceltechnologie onderstreept. Op
het einde van het hoofdstuk worden de concurrerende technologieën kort voorgesteld.
I.1. Omschrijving brandstofcel
Een brandstofcel kan tot op een zeker niveau vergeleken worden met een batterij. Beiden
produceren elektriciteit, maar het grote voordeel van de brandstofcel is dat ze niet moet
herladen worden. Er wordt elektriciteit en warmte geproduceerd zolang er waterstof en
zuurstof aanwezig is. De brandstofcel kan omschreven worden als een elektrochemische
energieomvormer die elektriciteit en warmte produceert door een omgekeerde elektrolyse.
Deze chemische reactie gaat als volgt:
2H2 + O2 → 2H2O + Energie
De energie die hierbij vrijkomt, kan worden gebruikt voor de aandrijving van auto’s, maar
ook voor de elektriciteitsvoorziening in ziekenhuizen en andere gebouwen. Eventueel kunnen
ze de batterij vervangen in mobiele telefoons, laptops, videocamera’s, enz. (Fuel Cell
Handbook, 2002)
I.2. Geschiedenis en ontwikkeling van de brandstofcel
De eerste brandstofcel werd al in 1839 beschreven door Sir William Robert Grove (1811-
1896). Hij voerde een experiment uit waarbij twee platina strips geplaatst worden in
zwavelzuur, de ene strip wordt in contact gebracht met waterstofgas (H2), de andere met
zuurstofgas (O2). Daarbij ontdekte hij toevallig dat er stroom tussen deze strips liep. Pas in
3
1889 probeerden de Britse wetenschappers Ludwig Mond en Charles Langer deze ontdekking
om te zetten in een bruikbaar toestel. Zij waren de eersten die de term ‘fuel cell’ gebruikten.
Vanaf dat moment werd er regelmatig onderzoek naar de brandstofcel gedaan. Vanaf de
jaren ’60 van de 20ste eeuw groeide de interesse voor brandstofcellen. Voor hun
ruimtevaartprogramma kozen de Verenigde Staten brandstofcellen omdat ze minder riskant
zijn dan kernenergie en goedkoper zijn dan zonne-energie. Men gebruikte de brandstofcellen
voor de energievoorzieningen aan boord van bemande ruimtevaartuigen, onder andere in de
Gemini en de Apollo. Ze worden nog steeds gebruikt in de Space Shuttle. Het water dat
vrijkomt als bijproduct van de brandstofcellen, kan bovendien gebruikt worden als drinkwater
voor de bemanning. (ERDLE K.E., 2001)
De echte doorbraak werd verhinderd door de hoge kosten en de technische problemen. Door
de energiecrisis in de jaren ‘70 werd de brandstofceltechnologie opnieuw van onder het stof
gehaald. Door de toename van de milieuwetten en de komst van het Kyoto protocol moet de
uitstoot van vervuilende gassen verminderd worden. Meteen een extra stimulans om de
mogelijkheden van de brandstofcel verder te onderzoeken. Op dit ogenblik wordt in drie
disciplines naar commerciële toepassingen van de brandstofcel gezocht, namelijk in transport
(auto’s, vliegtuigen, duikboten, …), stationaire energieopwekking en draagbare toepassingen.
(HOOGERS G., 2003a)
I.3. Werking brandstofcel
Er bestaan verschillende types brandstofcellen (zie infra blz. 5). In wat volgt wordt het
mechanisme van de PEM brandstofcel geschetst (zie FIGUUR 1, blz. 5). De andere
brandstofceltypes zijn vrij gelijkaardig qua werkingsprincipe. Een brandstofcel bestaat uit
twee elektroden: een negatieve elektrode (anode) en een positieve elektrode (kathode). Beide
elektroden worden samengedrukt rond een elektrolyt. Een waterstofbron wordt op de anode
aangesloten en een zuurstofbron (meestal wordt hiervoor gewone lucht gebruikt) op de
kathode. In de anode geven de waterstofatomen met de hulp van een katalysator hun
elektronen af en worden positief geladen waterstofionen gevormd:
H2 → 2H+ + 2e-
4
De waterstofionen worden aangetrokken door de
negatief geladen zuurstofionen, die zich in de
kathode hebben gevormd. De waterstofionen
(protonen) migreren door de elektrolyt naar de
kathode. Daardoor ontstaat aan de anode een
overschot aan elektronen en aan de kathode een
tekort aan elektronen. Als de anode (negatief) en
de kathode (positief) met elkaar worden verbonden
via een extern circuit, stromen de elektronen via
die verbinding van de anode naar de kathode. Zo
wordt er elektriciteit geproduceerd. In de kathode
smelten de protonen en elektronen van waterstof
samen met de zuurstofatomen en vormen water (of
waterdamp als de temperatuur hoog genoeg is):
4H+ + O2 + 4e- → 2H2O
Een aantal brandstofcellen wordt verzameld in een stac
de toevoer van waterstof en zuurstof en de afvoer va
2002; NORBECK J.M. et al., 1996)
I.4. Soorten brandstofcellen
Er zijn verscheidene types van brandstofcellen. Z
werkingstemperatuur en ionengeleidbaarheid van de g
genoemd naar het type elektrolyt: de Alkaline Fuel Ce
(PAFC), de Proton Exchange Membrane Fuel Cell
(SOFC) en de Molton Carbonate Fuel Cell (MCFC). U
Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), waarvan de naam
hij wordt aangedreven. Hieronder worden de v
afzonderlijk besproken.
FIGUUR 1: Werking van de PEM
brandstofcel (Types Of Fuel Cells,
2004)
k met eindplaten en verbindingen voor
n water(damp). (Fuel Cell Handbook,
e verschillen in aggregatietoestand,
ebruikte elektrolyt. Ze worden daarom
ll (AFC), de Phosphoric Acid Fuel Cell
(PEMFC), de Solide Oxide Fuel Cell
itzondering op deze naamgeving is de
afgeleid is van de brandstof waarmee
erschillende soorten brandstofcellen
5
a) Alkaline brandstofcel (AFC)
De alkaline brandstofcel is het type met de langste geschiedenis. Ze heeft een elektrolyt van
vloeibaar KOH of NaOH die permeabel is voor de OH--ionen die migreren van de positieve
kathode naar de negatieve anode. Deze brandstofcel werkt bij temperaturen van 60 tot 120°C,
wat ze toepasbaar maakt voor voertuigen. Ook is ze vrij goedkoop te produceren. Het grote
nadeel van de AFC is dat de elektrolyt CO2 adsorbeert, waardoor de geleidbaarheid van de
elektrolyt uiteindelijk wordt aangetast. Omdat zelfs kleine hoeveelheden CO2 een effect
hebben op de werking van de AFC, moeten zowel de gebruikte waterstof als de lucht
gezuiverd worden van alle CO2. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998)
Ondanks dit belangrijke tekort wordt de AFC in een aantal nichemarkten (ruimtevaart,
militaire toepassingen) gebruikt. Zo werd ze zowel in de Apollo als in de Space Shuttle
gebruikt. Ook werd op het einde van de jaren ‘90 een Londense taxi gepresenteerd door
ZETEK/ZEVCO die werd aangedreven door een AFC. Omdat de brandstofcel slechts een
vermogen van 5 kW had, werd ze bijgestaan door batterijen. De brandstofcel diende dus
vooral om de autonomie van de taxi te verhogen. (HOOGERS G., 2003a)
b) Polymeer membraan brandstofcel (PEMFC)
Als elektrolyt gebruikt de PEMFC een vast polymeermembraan. Dit membraan is een soort
plastic folie dat oorspronkelijk door DuPont werd ontwikkeld voor de chloor-alkali industrie.
Zowel de anode, de kathode als de elektrolyt worden gecombineerd in één compacte entiteit,
namelijk het membrane electrode assembly (MEA). Dit MEA is slechts enkele honderd µm
dik. Wanneer het membraan gevoed wordt met waterstof en lucht, kan door de cel een stroom
geleverd van 1 volt. Het membraan geleidt echter enkel de elektrische stroom wanneer er
water (in vloeibare fase) aanwezig is. Hierdoor is de werkingstemperatuur gelimiteerd tot
100°C, waardoor voor de nodige koeling van de brandstofcel moet worden gezorgd. Ook
wordt soms gebruik gemaakt van een bevochtiger voor de gassen (waterstof en lucht). Dit
moet beletten dat het MEA uitdroogt. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998)
De PEMFC heeft dankzij zijn lichte cellen met een grote energiedichtheid een stapje voor in
de transportsector. Een tweede voordeel is dat de cellen als operatief zijn vanaf een lage
temperatuur (50 à 60°C), waardoor een snelle opstarttijd bereikt kan worden. Er zijn al
PEMFCs ontworpen die een minimale opstarttijd bezitten bij een omgevingstemperatuur van -
6
20°C. Een belangrijk nadeel van dit type brandstofcellen is dat het dure platina gebruikt wordt
als katalysator. Veel onderzoek gaat dan ook naar het reduceren van het benodigde platina.
Een tweede nadeel is dat de MEA vrij gevoelig is voor onzuiverheden in de brandstof, vooral
voor CO. (HOOGERS G., 2003a)
Toepassingen voor de PEMFC zijn vrij uitgebreid. Zowel in de transportsector als
bijvoorbeeld voor noodaggregaten voor ziekenhuizen, scholen en kantoren kunnen PEMFCs
worden gebruikt. Dit type brandstofcel werd ook gebruikt in het Gemini ruimteprogramma.
(HOOGERS G., 2003a)
c) Fosforzure brandstofcel (PAFC)
De PAFC heeft een elektrolyt van vloeibaar fosforzuur (H3PO4). Om de elektrolyt vloeibaar te
krijgen/houden moet bij een middelhoge temperatuur van 200°C worden gewerkt. De PAFC
wordt vooral ontwikkeld voor de energieopwekking op middelgrote schaal, met
brandstofcellen van bijvoorbeeld 200 kW. Er zijn ook al PAFCs actief van 11 MWe (Japan)
en 1,3 MWe (Milaan). In vergelijking met de lage temperatuurbrandstofcellen (AFC en
PEMFC) heeft de PAFC slechts een lage vermogensdichtheid. Bovendien is de elektrolyt
onderhevig aan degradatie, waardoor ze na vijf jaar moet worden vervangen. (HOOGERS G.,
2003a; STUBBE E., 1998)
d) Brandstofcellen met vloeibaar carbonaat (MCFC) en vast oxide brandstofcellen
(SOFC)
De MCFC en de SOFC zijn brandstofcellen die bij een hoge temperatuur werken,
respectievelijk bij 650°C en 1000°C. De MCFC heeft een elektrolyt van vloeibaar lithium,
natrium en/of kalium carbonaat. De elektrolyt van de SOFC bestaat uit keramisch ZrO2. Door
de hoge werkingstemperaturen en de ermee gepaard gaande lange opstarttijden zijn deze
brandstofceltypes enkel geschikt voor stationaire toepassingen of warmtekrachtkoppeling.
Deze hoge werkingstemperaturen bieden echter belangrijke voordelen, zoals een hoog
rendement en een hoge tolerantie voor onzuiverheden. Zo is het mogelijk om andere
brandstoffen dan waterstof (zoals aardgas) direct als brandstof voor de cel te gebruiken.
(HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998)
7
e) Direct methanol brandstofcel (DMFC)
De technologie van de DMFC is gebaseerd op die van de PEMFC. Maar zoals de naam het
zegt, wordt de DMFC direct aangedreven door methanol (meer bepaald een mengsel van
methanol en water) langs de anode en lucht aan de kathode. Dit kan heel wat voordelen
opleveren, vooral omdat methanol vloeibaar is en daardoor makkelijker te tanken en op te
slaan is. Bovendien is dit type brandstofcel eenvoudiger dan de brandstofcel die indirect met
methanol wordt aangedreven. Bij deze laatste wordt dan gebruik gemaakt van een
brandstofomvormer die de methanol omzet in waterstof en een aantal bijproducten. Dit type
brandstofcel staat wel nog in de kinderschoenen en heeft te kampen met een aantal problemen.
Zo bedraagt de energiedichtheid van de DMFC op dit ogenblik slechts een vierde van de
energiedichtheid die de PEMFCs halen. Dit is vooral te wijten aan de zwakke prestaties van
de katalysator op de anode. Op dit ogenblik is de technologie van de DMFC bruikbaar voor
draagbare toepassingen. (HOGARTH M., 2003; Fuel Cell Handbook, 2002)
f) Samenvatting
Type Elektrolyt Werkings-
temperatuur
Brandstof Toepassingsgebied
AFC KOH 60-100°C zuivere H2 militair, ruimtevaart
PEMFC vast polymeer 50-100°C zuivere H2 transport, (draagbare)
energieopwekking
PAFC H3PO4 ~220°C zuivere H2 energieopwekking, transport
MCFC Li2CO3, Na2CO3,
K2CO3
~650°C H2, CH4 of
andere KWS
energieopwekking op grote
schaal
SOFC ZrO2 ~1000°C H2, CH4 of
andere KWS
energieopwekking op grote
schaal
DMFC vast polymeer 100-150°C Methanol draagbare energieopwekking,
transport
TABEL 1: Vergelijking tussen de verschillende types brandstofcel (eigen werk op basis van
HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003)
8
Het is duidelijk dat niet alle types van brandstofcellen in aanmerking komen om in voertuigen
te gebruiken. In een voertuig is het wenselijk dat de werkingstemperatuur vrij laag is.
Hierdoor komen nog enkel de AFC, de PEMFC en de DMFC in aanmerking (zie TABEL 1,
blz. 8). Eventueel kunnen in grotere voertuigen zoals bussen of vrachtwagens PAFCs worden
gebruikt, aangezien een snelle opstarttijd voor deze voertuigen minder belangrijk is. Doordat
de energiedichtheid van de AFC vrij laag ligt, is ze niet ideaal voor transportdoeleinden.
Indien men de energiedichtheid van de DMFC zou kunnen verhogen, zou ze, gezien de
vloeibare brandstof die ze gebruikt, een aanzienlijk voordeel verwerven ten aanzien van de
PEMFC. Nadeel is echter dat de DMFC nog steeds CO2 uitstoot. Als men een oplossing zoekt
voor het vraagstuk van de opwarming van de aarde, is de PEMFC op dit ogenblik de beste
keuze voor kleine tot middelgrote voertuigen en eventueel de PAFC voor grotere voertuigen.
(HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003)
I.5. Belang brandstofceltechnologie
De huidige verbrandingsmotoren op benzine en diesel stoten allerhande schadelijke stoffen uit.
Bij de verbranding van aardolieproducten komen substantiële hoeveelheden CO2,
stikstofoxiden en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) vrij. Benzinemotoren
functioneren meestal met een lichte overmaat aan brandstof, zodat door onvolledige
verbranding eveneens grote hoeveelheden koolmonoxide en onverbrande koolwaterstoffen
uitgestoten worden. Dieselmotoren stoten roetdeeltjes uit en wanneer de brandstof zwavel
bevat, wordt zwaveldioxide (SO2) uitgestoten. Al deze stoffen kunnen het leefmilieu en de
gezondheid van mens en dier beschadigen. Mogelijke negatieve effecten zijn het aantasten
van de stratosferische ozonlaag, irriterende mistvorming (smog), opwarming van de aarde
(broeikaseffect), luchtverontreiniging, zure regen en het aanvreten van materialen. (VAN
LANGENHOVE H. en SERCU B., 2004)
De vorming van smog komt vooral voor in grote steden en kan dus lokaal worden aangepakt.
De klimaatverandering als gevolg van het broeikaseffect heeft daarentegen effect op het
leefmilieu van de hele aardbol. Over die opwarming van de aarde zijn wetenschappers het niet
volledig eens. Dat de mens een nefaste invloed heeft op het klimaat van de aarde is voor velen
een vaststaand feit. Het is vooral de impact en de timing van de klimaatverandering dat een
punt van discussie vormt onder de wetenschappers. De gevolgen van het broeikaseffect zijn
9
onder andere een verhoging van het zeeniveau, het afsmelten van het poolijs en een
toenemende ontbossing en woestijnvorming. Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate
Change) duidt de verbranding van fossiele brandstoffen aan als voornaamste reden van de
klimaatverandering. De belangrijkste broeikasgassen die door het verkeer worden uitgestoten
zijn koolstofdioxide (CO2) en lachgas (N2O). (IPCC, 2001)
De uitputting van de oliereserves wordt eveneens aangehaald als een belangrijke reden voor
het ontwikkelen van de brandstofceltechnologie. Over het tijdstip waarop er olie tekort zal
zijn, bestaat er veel discussie. De optimisten beweren dat de oliereserves groot genoeg zijn
om de energiebehoefte tot 2050 of zelfs langer te bevredigen. Volgens deze groep
wetenschappers zal het bij stijgende olieprijzen voordelig zijn om teerzandolie en andere
minder gemakkelijk ontginbare oliebronnen aan te wenden. Aan de andere kant voorspellen
de pessimisten dat er steeds meer olie nodig zal zijn, mede door de snelle industrialisering van
China en India. Daarom zullen de oliereserves sneller dan verwacht uitgeput zijn. Bovendien
wijzen ze erop dat het ontginnen van bijvoorbeeld teerzand en zware olie een zeer grote
belasting vormt voor het milieu. Zo voorspelt IVANHOE L.F. dat de wereldwijde piek in de
olieproductie zich al tussen 2010 en 2020 zal voordoen. (RIFKIN J., 2004; IVANHOE L.F.,
1997)
Industriële grootmachten zoals de Verenigde Staten, de Europese Unie en Japan zijn voor hun
energievoorziening afhankelijk van de olieproducerende landen. Deze olieproducerende
landen, verzameld in de OPEC, verwerven hierdoor een machtspositie. De oneerlijke
verdeling van de oliereserves leidt tot politieke instabiliteit en conflicten. (RIFKIN J., 2004)
Als oplossing voor alle hierboven aangehaalde problemen werd een alternatief aandrijfgeheel
gezocht voor transporttoepassingen. De elektrische auto, uitgerust met herlaadbare batterijen,
werd als eerste alternatief naar voren geschoven. Er werd heel wat onderzoek naar gedaan en
er rijden al voertuigen rond die gebaseerd zijn op deze technologie. Het grote probleem is dat
de door batterijen aangedreven voertuigen een beperkte autonomie hebben en veel tijd nodig
hebben om op te laden. De oplossing werd gevonden in de brandstofcel. De energie die de
elektrische motoren verbruiken, wordt hier niet door batterijen geleverd, maar geproduceerd
in de brandstofcel met behulp van waterstof. (Hydrogen is on the way, 2004)
10
Theoretisch heeft de brandstofcel verscheidene voordelen tegenover de verbrandingsmotor:
zij is geruisloos, heeft geen bewegende delen, is meestal reukloos en als het stroomverbruik
ophoudt, stopt ook de chemische reactie en daarmee het brandstofverbruik. Bovendien stoot
de brandstofcel geen enkel schadelijk bestanddeel uit wanneer ze rechtstreeks met waterstof
wordt aangedreven. Waterstof is overal ter wereld aanwezig (weliswaar in gebonden toestand)
en verschillende energiebronnen kunnen aangewend worden voor de productie ervan. De
energietoevoer wordt hierdoor minder afhankelijk van de grillen van de olieproducerende
landen. (Hydrogen is on the way, 2004)
I.6. Concurrenten brandstofcel
De huidige dominante technologieën voor aandrijfsystemen, zijnde de interne
verbrandingsmotoren op benzine en diesel, ondervinden een toenemende concurrentie van
alternatieve aandrijfsystemen. Naast de brandstofcel zijn heel wat andere technologieën in de
running om de dominante technologie te worden. Een aantal daarvan zijn gebaseerd op de
interne verbrandingsmotor, maar gebruiken een andere brandstof. Voorbeelden van die
brandstoffen zijn waterstof, aardgas, methanol, ethanol, biodiesel en biogas. De nadelen van
deze technologieën zijn dat er ofwel geen infrastructuur is om de brandstof te verdelen, ofwel
onvoldoende brandstof geproduceerd wordt. Bovendien stoten alle technologieën gebaseerd
op de interne verbrandingsmotor schadelijke stoffen uit. Daartegenover staan de voertuigen
die hun energie opslaan in batterijen. Deze zijn volledig emissievrij, maar hebben te kampen
met een beperkte autonomie. Tussenin liggen de hybride diesel-elektrische of benzine-
elektrische voertuigen. Deze combineren een elektrische motor, aangedreven door batterijen,
met een interne verbrandingsmotor zodat beide motoren elkaar aanvullen. De batterijen
recupereren onder andere energie tijdens het remmen. Ze geven die energie vervolgens terug
af bij het accelereren. Hybride voertuigen hebben op dit ogenblik de hoogste well to wheel
efficiëntie1. Ze vormen dan ook de grootste concurrent van de brandstofcelvoertuigen. Een
hybride opstelling kan ook de brandstofcel combineren met batterijen. (STONE R., 2003)
1 Dit is een methode voor de berekening van de efficiëntie van een voertuig, rekening houdend met de uitstoot
van schadelijke gassen en het energiegebruik. Hierbij wordt de efficiëntie gemeten vanaf de ontginning van de
ruwe brandstof (bijvoorbeeld aardolie) tot aan de beweging van de wielen van het voertuig.
11
I.7. Besluit
De brandstofcel is een elektrochemische energieomvormer, die de energie die vrijkomt bij de
reactie tussen waterstof en zuurstof omzet in elektriciteit. Er bestaan verschillende soorten
brandstofcellen, maar uit dit hoofdstuk werd duidelijk dat vooral deze met een polymeer
membraan, de PEMFC, geschikt zijn voor toepassing in voertuigen. Intrinsiek heeft de
brandstofcel een aantal voordelen tegenover de verbrandingsmotor: zij is geruisloos, heeft
geen bewegende delen, is meestal reukloos en als het stroomverbruik ophoudt, stopt ook de
chemische reactie en daarmee het brandstofverbruik. Bovendien kan ze een oplossing bieden
voor het broeikaseffect en andere vormen van vervuiling, aangezien een brandstofcel geen
schadelijke stoffen uitstoot wanneer ze rechtstreeks met waterstof wordt aangedreven. De
brandstofceltechnologie is echter niet de enige die ambieert om de nieuwe dominante
technologie voor transporttoepassingen te worden. Op dit moment is de grootste concurrent
de hybride aandrijving met energierecuperatie tijdens het remmen.
Of de brandstofceltechnologie uiteindelijk de nieuwe dominante technologie wordt, hangt
voor een groot stuk af van de interesse die de publieke en de private sector ervoor tonen.
Beide worden in de volgende twee hoofdstukken besproken.
12
HOOFDSTUK II: STRATEGIE POLITIEK EN PUBLIEKE ORGANISATIES
In dit onderdeel wordt de strategie van drie economisch belangrijke regio’s, namelijk de
Europese Unie, de Verenigde Staten en Japan, met betrekking tot de waterstofeconomie en de
brandstofceltechnologie uiteengezet. Er heerst enige rivaliteit tussen deze drie economische
grootmachten om als eerste een waterstofeconomie uit te bouwen. Daarnaast worden de
internationale inspanningen via het International Partnerschip for the Hydrogen Economy
besproken.
II.1. Europese Unie
Tussen 1988 en 1999 liepen in de Europese Unie 336 individuele onderzoeksprojecten met
betrekking tot waterstof. Het onderzoek is echter zeer versnipperd en onsamenhangend.
Bovendien loopt de EU achterop ten opzichte van de Verenigde Staten en Japan. Nochtans
heeft de EU baat bij de ontwikkeling van de waterstofeconomie. Zo staat in het groenboek
van de EU dat de fossiele brandstoffen 4/5 van het totale energieverbruik in Europa
vertegenwoordigen. Bovendien wordt 2/3 van de fossiele brandstoffen ingevoerd. Indien niets
ondernomen wordt, kan de afhankelijkheid van de EU voor energievoorziening oplopen tot 70
procent. Dit zou betekenen dat 90 procent van de fossiele brandstoffen wordt ingevoerd.
(FERNANDES T.R.C., et al., 2005; EUROPEAN COMMISSION, 2000)
Onder druk van Romano Prodi, toenmalig voorzitter van de Europese Commissie, wou de
Europese Unie deze scheve situatie rechttrekken. De eerste stap in dit proces volgde in
oktober 2002, namelijk het oprichten van een werkgroep om een visie te formuleren over hoe
waterstof en brandstofcellen kunnen bijdragen tot een toekomstig duurzaam energiesysteem.
Ze formuleert ook haar visie over de acties die nodig zijn om te evolueren naar een
waterstofeconomie met energieomvormers op basis van de brandstofceltechnologie. Deze
werkgroep werd de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology gedoopt. De
19 belanghebbers die er deel van uitmaken, vertegenwoordigen de maatschappij, de industrie,
de beleidsvoerders en de consumenten. Onder andere afgevaardigden van Ballard Power
13
Systems (zie infra, blz. 23), DaimlerChrysler (zie infra, blz. 23), Solvay en een parlementslid
van IJsland behoren tot de werkgroep. (EUROPEAN COMMISSION, 2003)
De conclusies van deze werkgroep zijn gepresenteerd op de conferentie “The hydrogen
economy – A bridge to sustainable energy”, gehouden in Brussel op 16 en 17 juni 2003. De
Europese roadmap wordt weergegeven in FIGUUR 2 onderaan deze bladzijde. De nadruk
wordt hierbij gelegd op de complexiteit bij de overgang naar de waterstofeconomie.
Bovendien zal de competitie tussen de EU, de Verenigde Staten en Japan zeer hevig zijn.
Daarom stelt de HLG een substantiële verhoging voor van de budgetten voor O&O naar de
brandstofceltechnologie. Een uitgebreide bespreking van de aanbevelingen van de HLG for
Hydrogen and Fuel Cells Technology wordt gegeven in het punt V.5.2 op blz. 67, waar ze
toegepast worden op de theorie rond het opheffen van de carbon lock-in. (EUROPEAN
COMMISSION, 2003)
FIGUUR 2: Europese roadmap voor waterstof en brandstofceltechnologie (EUROPEAN
COMMISSION, 2003, blz. 23)
14
In september 2003 benadrukte Romano Prodi dat het dossier van de waterstofeconomie een
hoge prioriteit verdiende. Er werd beslist een Europese Platform voor waterstof- en
brandstofceltechnologie op te richten, dat verantwoordelijk is voor het definiëren en het
coördineren van het O&O met betrekking tot de brandstofceltechnologie. Hierbij worden de
belangrijkste problemen onderzocht, alsook de inspanningen die nodig zijn om de
brandstofcellen met succes op de markt te introduceren. Dit platform moet ervoor zorgen dat
het versnipperde en onsamenhangende onderzoeksbeleid van de jaren ‘90 definitief vaarwel
wordt gezegd. In januari 2004 kwam het platform voor het eerst samen. (Chronology of a
European commitment, 2004)
Naar aanleiding van het zesde EU kaderprogramma voor onderzoek (2002-2006), is intussen
92 miljoen EUR uitgetrokken voor communautaire steun. Daarbovenop wordt eenzelfde
bedrag voorzien voor particuliere investeringen in O&O op het gebied van waterstof en
brandstofcellen. In de eerste fase van het Quick-Start initiatief met betrekking tot de productie
en het gebruik van waterstof, wordt 300 miljoen EUR (waarvan de helft afkomstig is van de
EU) gespendeerd aan publieke en particuliere investeringen. Voor de komende tien jaar wordt
2,8 miljard EUR voorbehouden door de EU voor twee projecten naar aanleiding van het
Europese groei-initiatief. Deze investeringen moeten een doorbraak teweegbrengen op het
vlak van de productie, de opslag en de verdeling van waterstof, alsook op het gebied van de
brandstofcellen en de toepassing ervan. Bovendien wil Europa een vooraanstaande rol spelen
in de brandstofceltechnologie en een Europese testomgeving creëren voor het demonstreren
van de technologieën rond waterstof. (EUROPEAN COMMISSION, 2004)
II.2. Verenigde Staten
Ondanks het feit dat de Verenigde Staten het Kyoto Protocol niet hebben ondertekend,
beloven ze toch om hun uitstoot aan schadelijke gassen te reduceren. Dit willen ze doen aan
de hand van een drieledige strategie. De eerste doelstelling is het reduceren van de carbon
intensity, dit is de uitstoot van koolstof per USD economische output. Tussen 2002 en 2012
wil men de carbon intensity met 18 procent doen dalen. Hierbij moet worden opgemerkt dat
de uitstoot van broeikasgassen met 13 procent is gestegen tussen 1990 (het referentiepunt van
het Kyoto Protocol) en 2002. Ten tweede gaan de Verenigde Staten de uitdaging aan om
substantiële bedragen te investeren in wetenschap, technologie en organisaties die de
15
klimaatverandering tegengaan. De Verenigde Staten spenderen jaarlijks om en bij de twee
miljard USD aan wetenschappelijk onderzoek naar de klimaatverandering. Als derde
onderdeel worden bilaterale en multilaterale samenwerkingsverbanden met andere landen
opgestart om de twee bovenstaande doelstellingen te ondersteunen. Zo hebben de Verenigde
Staten initiatief genomen tot het oprichten van de International Partnership for the Hydrogen
Economy (zie infra, blz. 19). (U.S. Has Three-Pronged …, 2004)
Tot deze driedelige strategie behoren niet alleen de brandstofceltechnologie en de
waterstofeconomie, maar ook de hernieuwbare energiebronnen (zonne- en windenergie) en de
nucleaire energie. Volgend stukje uit de State of the Union van 2005 illustreert de wil van
President George W. Bush om de ontwikkeling van brandstofcellen te stimuleren.
“To keep our economy growing, we also need reliable supplies of affordable, environmentally responsible energy. (Applause.) Nearly four years ago, I submitted a comprehensive energy strategy that encourages conservation, alternative sources, a modernized electricity grid, and more production here at home -- including safe, clean nuclear energy. (Applause.) My Clear Skies legislation will cut power plant pollution and improve the health of our citizens. (Applause.) And my budget provides strong funding for leading-edge technology -- from hydrogen-fueled cars, to clean coal, to renewable sources such as ethanol. (Applause.) Four years of debate is enough: I urge Congress to pass legislation that makes America more secure and less dependent on foreign energy. (Applause.) (BUSH G.W., 2005a)”
Hieruit wordt duidelijk dat de president zijn land voor wat betreft energietoevoer minder
afhankelijk wil maken van het Midden Oosten. In de toespraak die President George W. Bush
geeft naar aanleiding van zijn bezoek aan Brussel begin februari 2005, wordt de ontwikkeling
van de brandstofcel aangehaald als een belangrijk thema. De nadruk ligt hier op de
samenwerking tussen Europa en Amerika in de verdere ontwikkeling van de
brandstofceltechnologie. Hierna volgt het desbetreffende stuk uit de toespraak:
“Our alliance is determined to show good stewardship of the earth -- and that requires addressing the serious, long-term challenge of global climate change. All of us expressed our views on the Kyoto protocol -- and now we must work together on the way forward. Emerging technologies such as hydrogen-powered vehicles, electricity from renewable energy sources, clean coal technology, will encourage economic growth that is environmentally responsible. By researching, by developing, by promoting new technologies across the world, all nations, including the developing countries can advance economically, while slowing the growth in global greenhouse gases and avoid pollutants that undermines public health. All of us can use the power
16
of human ingenuity to improve the environment for generations to come. (BUSH G.W., 2005b)”
In feite waren de Verenigde Staten de eersten die een programma startten voor het
aanmoedigen van waterstof als energiedrager voor de toepassing in gebouwen en transport. Al
in 1979, in de nasleep van de oliecrisissen, wordt in de Verenigde Staten het Strategic Plan for
Hydrogen Program opgestart. Op dat moment is de technologie echter nog niet rijp voor
commercialisering. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005)
De National Hydrogen Energy Roadmap, gepresenteerd door de United States DOE in
november 2002, geeft een blauwdruk van de publieke en private inspanningen die nodig zijn
voor het introduceren van de brandstofceltechnologie. Verschillende richtingen worden
voorgesteld om het gebruik van waterstof voor energie te stimuleren. Tegelijkertijd wordt de
National Vision of Amerika’s Transition to a Hydrogen Economy voorgesteld. Hierin wordt
beschreven op welke manier de overgang van fossiele brandstoffen naar waterstof tegen 2030
zal gerealiseerd worden. Beide documenten vormen de basis van het Amerikaanse beleid met
betrekking tot waterstof en de brandstofceltechnologie. (United States Department of Energy,
2002a; United States Department of Energy, 2002b)
In 2002 wordt FreedomCAR (Cooperative Automotive Research) gelanceerd. Dit is een
samenwerkingsverband tussen de overheid en een aantal autoconstructeurs2 voor O&O naar
de brandstofceltechnologie. De uiteindelijke doelstelling van dit onderzoek is het produceren
van betaalbare en praktische brandstofcelauto’s naar de wensen van de Amerikaanse
consument. Een jaar later wordt FreedomCAR aangevuld met het FreedomFUEL initiatief.
Over een periode van vijf jaar wordt hiervoor geïnvesteerd in technologieën en infrastructuur
voor het produceren, opslaan en distribueren van waterstof voor het gebruik in
brandstofcelauto’s en voor elektriciteitsopwekking. Voor beide projecten samen wordt een
bedrag van 1,7 miljard USD uitgetrokken. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005)
2 Drie autoconstructeurs engageren zich in dit project, namelijk DaimlerChrysler (zie infra, blz. 23), Ford (zie
infra, blz.23 ) en General Motors (zie infra, blz. 20).
17
II.3. Japan
In Japan is het Ministry of International Trade and Industry (MITI) onder andere
verantwoordelijk voor het energiebeleid, het O&O beleid en het technologische beleid. In de
transportsector is de aandacht van het MITI vooral gericht op het ontwikkelen van nieuwe
voertuigen en brandstoffen. Het MITI is daarbij verantwoordelijk voor de ontwikkeling en
coördinatie van programma’s ter ontwikkeling van alternatieve aandrijfsystemen. In 2001
kreeg het ministerie een nieuwe naam, namelijk het Ministry of Economy, Trade and Industry
(METI). De onderdelen van de METI die zich met de ontwikkeling van nieuwe voertuigen
bezighouden zijn de New Energy and Industrial Technology Development Organisation
(NEDO) en de Japanese Automotive Research Institute (JARI). (ÅHMAN M., Forthcoming)
Vanaf de jaren ’70 werden door het MITI een aantal programma’s opgezet ter ontwikkeling
van voertuigen aangedreven door batterijen. In de jaren ’90 werden ook programma’s ter
ondersteuning van de brandstofceltechnologie opgezet. Zo werd in 1992 met het New
Sunshine Programme begonnen. Onder dit programma werd onderzoek gedaan naar de
Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. Een jaar later werd door de NEDO het WE-NET
programma aangevat om de rol van waterstof als toekomstige energiedrager te analyseren. Dit
programma bestond uit drie delen, namelijk een onderzoeksfase (1993-1998), een
demonstratiefase (1999-2003) en een eerste commercialisering (2004). Dit project loopt
verder tot 2020 en heeft een budget van 11 miljard USD. In 1997 paste het MITI haar Third
Expansion Plan uit 1991 aan. Hierbij werden onder andere voertuigen aangedreven door
brandstofcellen en hybride voertuigen toegevoegd aan de categorie van Clean-Energy
Vehicles. In het Millennium Project van het JARI en de NEDO werd met de standaardisatie
van de brandstofceltechnologie begonnen. In 2000 werd een plan voor de marktintroductie
van de brandstofceltechnologie opgesteld door de Policy Study Group for Fuel Cell Vehicles.
Het plan coördineert het O&O, infrastructuur, demonstraties en standaarden betreffende de
brandstofcellen. Er wordt vooropgesteld om tussen 2005 en 2010 50.000 door brandstofcellen
aangedreven voertuigen te leveren aan publieke organisaties en bedrijven die verbonden zijn
met de brandstofceltechnologie. Voor het jaar 2020 verwacht het METI vijf miljoen verkochte
exemplaren. (ÅHMAN M., Forthcoming)
18
II.4. International Partnership for the Hydrogen Economy
De International Partnership for the Hydrogen Economy (IPHE) werd in 2003 opgericht met
als bedoeling de overgang naar een op waterstof gebaseerde economie te versnellen. Een
onderliggende bedoeling is de snel industrialiserende landen als China en India te betrekken
bij de uitbouw van de waterstofeconomie. De leden van het IPHE zijn: Australië, Brazilië,
Canada, China, Duitsland, de Europese Commissie, Frankrijk, IJsland, India, Italië, Japan,
Nieuw-Zeeland, Noorwegen, de Russische Federatie, het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde
Staten en Zuid-Korea. De economie van deze landen is gedeeltelijk of volledig afhankelijk
van de invoer van olie. (International Partnership …, 2003)
Het IPHE wil haar doel bereiken door onderzoek, ontwikkeling, demonstraties en het
commercieel gebruik met betrekking tot waterstof en brandstofcellen internationaal te
organiseren. Er is eveneens een forum met beleidsaanbevelingen en gemeenschappelijke
codes en standaarden. Dit moet de overgang naar de waterstofeconomie op internationaal
niveau versnellen en er vooral voor zorgen dat snel industrialiserende landen zoals India en
China ook op de kar van de waterstofeconomie springen. (International Partnership …, 2003)
II.5. Besluit
De drie economische grootmachten zijn zich ervan bewust dat waterstof centraal moet staan
in het toekomstige energiebeleid. Er is al heel wat geld gepompt in O&O van de
brandstofceltechnologie. Maar vooral in de EU bleek het gevoerde beleid onsamenhangend en
werd er onvoeldoende geld voor vrijgemaakt. Na de publicatie van het rapport van de High
Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology en de oprichting van het Europese
Platform voor waterstof- en brandstofceltechnologie verloopt het beleid heel wat
gestructureerder. De EU heeft weliswaar een achterstand opgelopen ten opzichte van de
Verenigde Staten en Japan. Laatstgenoemden investeren al geruime tijd substantiële budgetten
in de ontwikkeling van de brandstofcellen en de bijbehorende infrastructuur. Om de snel
industrialiserende landen te betrekken bij het vormen van een waterstofeconomie, werd in
2003 de International Partnership for the Hydrogen Energy opgericht.
Niet alleen de overheden doen inspanningen voor de brandstofceltechnologie, ook de private
sector zit niet stil. Dit wordt verder behandeld in het volgende hoofdstuk.
19
HOOFDSTUK III: STRATEGIE PRIVATE SECTOR
Aangezien de brandstofceltechnologie door velen aangehaald wordt als dé technologie voor
de toekomst, worden in verscheidene takken van de private sector investeringen gedaan in
deze technologie. Onder andere constructeurs van voertuigen besteden veel aandacht aan deze
technologie. Hieronder worden de inspanningen met betrekking tot de brandstofcel-
technologie van een aantal autofabrikanten (General Motors, Ford, DaimlerChrysler, Toyota
en Honda) besproken. Voor de ontwikkeling van brandstofcellen maken autoconstructeurs
ofwel gebruik van de knowhow in eigen bedrijf (zoals Toyota en Honda) of werken ze samen
met een bedrijf dat zich specialiseert in het ontwikkelen van de brandstofcel. Zo werken Ford
en DaimlerChrysler samen met Ballard en is er een samenwerking tussen General Motors en
Hydrogenics.
Daarnaast moet worden gezorgd voor de productie, de toevoer en het tanken van waterstof. In
dit verband worden de bedrijven Shell Hydrogen (en de samenwerking ervan met UTC Fuel
Cells) en Plug Power besproken.
III.1. Hydrogenics – General Motors
Het Canadese bedrijf Hydrogenics wil de volledige energiemarkt veranderen. Hun motto luidt
dan ook “Changing Power … Powering Change”. Op dit moment is hun voornaamste
doelstelling de eerste winstmakende brandstofcelproducent te zijn. Tot op vandaag is dat nog
niet gelukt. In 2004 maakte het bedrijf een verlies van 33,5 miljoen USD, tegenover een
verlies van 22 miljoen USD in 2003. De inkomsten van 2004 bedragen 16,7 miljoen USD, dit
is een daling met 37 procent tegenover 2003. Tegenover 2002 betekent dit een stijging van 5,7
procent. Het bedrijf heeft een marktkapitalisatie van 500 miljoen USD. (Hydrogenics
Corporation, 2003; Hydrogenics Corporation, 2005b; Fusie Stuart en Hydrogenics …, 2004)
In november 2004 werd het Canadese bedrijf Stuart Energy overgenomen door Hydrogenics.
Dit gebeurde via een aandelenruil. Stuart heeft zich gespecialiseerd in de elektrolyse van
water voor de productie van waterstof voor industriële toepassingen. De technologie hiervoor
werd ontwikkeld door het Vlaamse bedrijf Vandenborre Technologies in Oevel. Vandenborre
20
Technologies werd in februari 2003 overgenomen door Stuart Energy. Hydrogenics
daarentegen staat sterk in de brandstofcellen die op waterstof werken. Door de fusie kunnen
synergieën tussen beide bedrijven gecreëerd worden en kan flink worden bespaard. General
Motors, de belangrijkste aandeelhouder van Hydrogenics heeft nu nog een aandeel van tien
procent in het fusiebedrijf. De Vlaming Hugo Vandenborre, die de grootste aandeelhouder
van Stuart Energy was, heeft een aandeel van vijf procent in Hydrogenics. (Hydrogenics
Corporation, 2005a; Waterstofbedrijven Hydrogenics en …, 2004)
De producten van Hydrogenics kunnen onderverdeeld worden in twee categorieën. De eerste
groep is die van de producten gerelateerd aan de brandstofcel. Hiervoor werkt Hydrogenics
samen met OEMs (Original Equipment Manufacturer) zoals General Motors en John Deere3.
Ten eerste is er de HyPM 10, een kleine en draagbare brandstofcel die een energie van 1 tot
10 kW kan opwekken. Deze kan gebruikt worden in zowel stationaire, draagbare als
transporttoepassingen. Vervolgens is er de H2GO, een gamma van producten rond het
produceren en tanken van waterstof. De productie van waterstof met de H2GO kan zowel via
de elektrolyse van water als door reforming van aardgas (zie infra, blz. 32). Door de integratie
van de brandstofcel en een systeem voor de productie van waterstof, wordt een regeneratief
systeem gecreëerd. Deze systemen kunnen hun eigen waterstof produceren en opslaan en
worden gebruikt als noodgenerator. Dit systeem werd ontwikkeld door Stuart Energy en
maakt gebruik van de Vandenborre IMET technologie voor de elektrolyse van water.
(Hydrogenics Corporation, 2003)
De tweede categorie van producten is die van de testapparatuur voor brandstofcellen. Deze
technologie wordt ondergebracht in de dochteronderneming Greenlight Power Technologies,
die op 7 januari 2003 werd verworven. (Hydrogenics Corporation, 2003)
De grootste aandeelhouder van Hydrogenics met een aandeel van tien procent, is General
Motors. Dit is tevens de grootste autoconstructeur ter wereld. GM verdeelt ondermeer de
merken Opel, Saab, Cadillac en Chevrolet. Reeds in 1964 begon GM met het O&O van een
elektrisch aandrijfgeheel. Om de elektriciteit op te wekken werden onder andere de
mogelijkheden van de brandstofcel onderzocht. De Electrovan, het eerste rijdende
brandstofcelvoertuig, werd in 1966 voorgesteld. Dit prototype maakte gebruik van alkaline
3 John Deere is een Amerikaanse constructeur van land-, tuin- en bosbouwmachines en van constructiemachines.
21
brandstofcellen en had zowel opslagtanks voor waterstof als voor zuurstof aan boord. De
brandstofcel was in staat een continue output van 32 kW en een piekvermogen van 160 kW te
leveren. De Electrovan was het resultaat van de vroege interesse van GM voor de
brandstofceltechnologie. Door dit prototype werden heel wat barrières van deze technologie
blootgelegd. (General Motors, 2005; HOOGERS G., 2003c)
Vanaf de jaren ‘90 deed GM onderzoek naar de PEM brandstofcel in combinatie met een
methanol omvormer. In 1998 werd een Opel Zafira voorgesteld, die voorzien was van een
aandrijfgeheel op basis van brandstofcellen. Met een vermogen van 50 kW kon een
topsnelheid van 120 km/h worden gehaald. Met een volle tank methanol kon 480 km ver
worden gereden. Ondertussen heeft GM het onderzoek naar een methanol omvormer
opgegeven ten voordele van de benzine omvormer. GM is van oordeel dat een systeem met
omvormer slechts zal voorkomen in een overgangsfase. Het zou dus niet optimaal zijn om
eerst de tankinfrastructuur aan te passen aan voertuigen op methanol en diezelfde
infrastructuur enkele jaren later opnieuw te veranderen volgens de wensen van de voertuigen
op waterstof. (HOOGERS G., 2003c)
In 2000 werd de HydroGen 1, die tevens afgeleid is van de Opel Zafira, voorgesteld. De
brandstofcellen wekken een vermogen van 75 kW op, waarmee de wagen een topsnelheid van
135 km/h kan bereiken. Dit prototype werkt zonder brandstofomvormer, maar heeft een
opslagtank voor vloeibare waterstof. Per tank kan 400 km ver worden gereden. Een jaar later
werd de opvolger van de HydrogGen 1, de HydroGen 3, voorgesteld. De belangrijkste
verbeteringen zijn een hoger vermogen van de brandstofcel (90 kW) en een hogere efficiëntie,
met een lager verbruik als logisch gevolg. In datzelfde jaar werd de Chevrolet S-10 getoond.
Dit is een pick-up truck met een benzineomvormer die de helft van de laadbak inpalmt.
Bovendien levert de brandstofcel slechts 25 kW, die rechtstreeks in een batterij wordt
opgeslagen. Vervolgens levert de batterij elektriciteit voor de elektromotor. (HOOGERS G.,
2003c)
GM liet met de prototypes AUTOnomy, Hy-wire en Sequel in respectievelijk 2002, 2003 en
2005 zien wat in de toekomst met de brandstofceltechnologie mogelijk is. Alle drie worden ze
aangedreven door brandstofcellen. In de Hy-wire zit het volledige aandrijfgeheel, met onder
andere de brandstofcellen, de opslagtanks met waterstof onder druk en de elektromotoren,
weggestopt in een 28 cm dik chassis. Dit zorgt voor een maximale interieurruimte en een
22
grote flexibiliteit. Het chassis van de Sequel is geëvolueerd uit dat van de Hy-wire en werd in
januari 2005 voorgesteld. De verantwoordelijke voor O&O van GM, Larry Burns, verklaarde
dat deze wagen “not yet affordable, but doable” is. Vrij vertaald betekent dit dat de auto nog
niet meteen betaalbaar is, maar in theorie wel klaar is om in productie te worden genomen.
(General Motors, 2005)
III.2. Ballard Power Systems – DaimlerChrysler – Ford
Het Canadese bedrijf Ballard wordt algemeen aanzien als de wereldleider in de technologie
van PEMFCs. Ballard onderzoekt, ontwikkelt, produceert en verkoopt PEM brandstofcellen
voor zowel draagbare, stationaire als transporttoepassingen. De missie van het bedrijf luidt:
“We will develop fuel cell power as a practical alternative to internal combustion automotive
engines through technology leadership”. Daarmee is meteen duidelijk wie ze als hun
belangrijkste concurrent zien: de interne verbrandingsmotor. (HALL J. en KERR R., 2003;
Ballard Power Systems, 2005a)
Ballard werd in 1979 opgericht in Burnaby (nabij Vancouver in Canada) voor de
ontwikkeling van hoge energie lithium batterijen. In 1983 begon Ballard met de ontwikkeling
van de PEM brandstofcel. Onderzoekers van Ballard vervingen in 1986 het conventionele
Nafion membraan van DuPont door een polymeer membraan van Dow Chemical dat minder
elektrische weerstand heeft. Hierdoor verviervoudigde de elektriciteitsproductie van de
brandstofcel en kwam de PEM brandstofceltechnologie een grote stap dichter bij
volwassenheid. Ballard werd door deze vondst wereldleider in de PEM
brandstofceltechnologie. Jammer genoeg waren er nog geen commerciële toepassingen voor
de technologie en had Ballard niet het exclusieve gebruiksrecht over het polymeer membraan
van Dow Chemical. Het duurde dus niet lang voor alle PEMFC producenten het membraan
gebruikten. Ballard overleefde de jaren ‘80 door de premie die ze kregen van het Canadese
leger voor het ontwikkelen van stille generatoren van 4 kW. In de jaren ‘90 konden ze dankzij
de opkomst van het venture capital voldoende fondsen werven voor de verdere ontwikkeling
van de PEMFC. (HALL J. en KERR R., 2003; Ballard Power Systems, 2004c)
In 1998 richtte Ballard samen met DaimlerChrysler en Ford de Vehicular Fuel Cell Alliance
op voor de ontwikkeling en de commercialisering van PEM brandstofcellen en
23
aandrijfgehelen op basis van brandstofcellen. De rol van Ballard in deze alliantie is het
onderzoeken, ontwikkelen, commercialiseren, bouwen en verkopen van de brandstofcellen.
Voor de integratie van de brandstofcel in een aandrijfgeheel voor voertuigen, werd door de
drie partners de onderneming XCellsis opgericht. Op 8 juli 2004 werd een niet-bindend
Memorandum of Understanding opgericht met DaimlerChrysler en Ford. Hierin wordt
voorgesteld dat de twee strategische partners 50,1 procent van het kapitaal van Ballard Power
Systems opkopen. Begin 2005 werd deze afspraak uitgevoerd. DaimlerChrysler en Ford
kochten voor respectievelijk 30 miljoen en 25 miljoen Canadese dollar4 aan aandelen van
Ballard Power Systems. DaimlerChrysler bezit nu 17,9 procent, tegenover 19,6 procent voor
Ford. (Ballard Power Systems, 2005a)
Ondertussen heeft Ballard Power Systems vestigingen in Canada (Burnaby), de Verenigde
Staten (Lowell, Dearborn) en Duitsland (Nabern). Het bedrijf heeft een marktkapitalisatie van
880 miljoen USD. In 2004 tekende Ballard een nettoverlies van 175,4 miljoen USD op,
tegenover 124,3 miljoen USD in 2003. (Ballard Power Systems, 2004a; Ballard Power
Systems, 2004c; Fusie Stuart en Hydrogenics …, 2004)
De producten van Ballard met betrekking tot transporttoepassingen kunnen onderverdeeld
worden in brandstofcellen, brandstofcelmotoren en elektrische aandrijfgehelen. De huidige
verkochte brandstofcel stack is de Mark 902. Dit is de vierde generatie van het
brandstofcelplatform voor transportdoeleinden. Ze is ontworpen voor de integratie in
personenvoertuigen. Per stack kan continu een maximale kracht van 85 kW worden
ontwikkeld. Voor bussen kunnen bijvoorbeeld verschillende stacks samengevoegd worden tot
maximaal 300 kW. (Ballard Power Systems, 2004b)
De brandstofcelmotoren worden opgedeeld in twee categorieën, de light-duty en de heavy-
duty motoren. Ze worden ontwikkeld door Xcellsis, die hiervoor de technologie en de
knowhow van zowel Ballard als van DaimlerChrysler en Ford combineert. De light-duty
versie (Xcellsis HY-80) is ontworpen voor de directe en eenvoudige integratie in de vloer van
om het even welk voertuig. Ze wordt onder andere gebruikt in de Mercedes-Benz F-Cell en
levert maximaal 68 kW. De heavy-duty (Xcellsis HY-205) versie is ontworpen voor de
4 Omgerekend naar euro met de wisselkoersen van 13/04/2005 betekent dit respectievelijk 18,8 en 15,6 miljoen
euro.
24
integratie in grotere voertuigen zoals bussen of vrachtwagens en ontwikkelt een maximale
kracht van 190 kW en een koppel van 1050 Nm. Het geheel kan aangesloten worden op de
conventionele aandrijfmechanismen. De heavy-duty brandstofcelmotor wordt gebruikt in de
Mercedes-Benz Citaro bussen van onder andere het CUTE project in Europa (zie infra, blz.
61). (Ballard Power Systems, 2004b)
Tenslotte ontwikkelt Ballard ook elektrische motoren. Deze motoren kunnen geïntegreerd
worden in de brandstofcelmotoren of gebruikt worden in batterijaangedreven voertuigen.
(Ballard Power Systems, 2004b)
De twee belangrijkste partners van Ballard Power Systems, DaimlerChrysler en Ford, worden
hieronder achtereenvolgens besproken. We zullen beginnen met DaimlerChrysler, die naar
eigen zeggen al meer dan 1 miljard euro heeft geïnvesteerd in de ontwikkeling van de
brandstofceltechnologie. In een interview met het magazine Automotive Industries
verduidelijkt Prof. Kohler 5 de strategie van DaimlerChrysler omtrent de brandstofcel-
technologie. Volgens Kohler focust men op dit moment op de conventionele aandrijfsystemen.
Parallel met de conventionele systemen zullen meer en meer alternatieve systemen op de
markt worden gebracht. Bij de alternatieve aandrijfsystemen richt men de aandacht vooral op
de brandstofceltechnologie, aangezien dit de beste optie is voor het bereiken van de zero-
emission norm. (Diesel Advocate …, 2004)
In TABEL 2 op blz. 26 wordt een overzicht gegeven van de prototypes (op basis van de
brandstofceltechnologie) die DaimlerChrysler onder het merk Mercedes-Benz demonstreerde.
Naast deze bouwden ze ondermeer de Jeep Commander 1 (1999), de Jeep Commander 2
(2000), de DMFC Go-cart (2001), de Chrysler Natrium (2001) en de Jeep Treo (2003). Het
eerste prototype van Mercedes-Benz, de Necar6 1, werd in 1994 voorgesteld en reed op
waterstof. In realiteit was het niet meer dan een laboratorium op wielen, gebaseerd op een
bestelwagen van Mercedes-Benz. Het brandstofcelsysteem vulde de volledige laadruimte en
woog meer dan 800 kg. Twee jaar later werd de Necar 2 voorgesteld, gebaseerd op de
5 Prof. Kohler is Vice-president for Research Body and Powertrain en Chief Environmental Officer bij
DaimlerChrysler. Hij is lid van de High Level Group on Hydrogen and Fuel Cells Technologies van de Europese
Commissie (zie supra, blz. 13). 6 Het acroniem Necar staat voor New Electric Car.
25
Mercedes-Benz V-klasse. De brandstofcellen namen minder plaats in en pasten daardoor
onder de achterbank van de bestelwagen. In het verhoogde dak werden de opslagtanks van
waterstof geplaatst. (HOOGERS G., 2003c)
In de daaropvolgende modellen werden telkens verbeteringen aangebracht en nieuwe
technologieën gedemonstreerd en getest. De Necar 3 en de Necar 5, die beiden gebaseerd zijn
op de Mercedes A-klasse, maken gebruik van een brandstofomvormer in het voertuig zelf. Er
wordt methanol getankt, die volgens de behoefte van de brandstofcel wordt omgezet in
zuivere waterstof. De Necar 4, tevens gebaseerd op de Mercedes A-klasse, slaat zuivere
waterstof aan boord op. Het model werd zowel gepresenteerd met een opslagtank met
vloeibaar waterstof als met een opslagtank voor waterstof onder druk. In de versie met opslag
van waterstof onder druk (350 bar), heeft de wagen een autonomie van 200 km, met vloeibare
waterstof kan 450 km ver worden gereden. (HOOGERS G., 2003c)
Naam Jaar Rijbereik Topsnelheid Vermogen Brandstof
Necar 1 1994 130 km 90 km/h 50 kW waterstof
Necar 2 1996 250 km 110 km/h 50 kW waterstof
Nebus 1997 250 km 80 km/h 250 kW waterstof
Necar 3 1997 400 km 120 km/h 50 kW methanol
Necar 4 1999 450 km 145 km/h 55 kW waterstof
Necar 5 2000 450 km 150 km/h 75 kW methanol
Citaro 2002 200 km 80 km/h 200 kW waterstof
A-klasse F-Cell 2002 150 km 140 km/h 85 kW waterstof
B-klasse F-Cell 2005 400 km - 100 kW waterstof
TABEL 2: Overzicht van de eigenschappen van de prototypes van DaimlerChrysler
(HOOGERS G., 2003c; Fuel Cell Vehicle … , 2004)
In 2002 werd de Mercedes A-klasse F-Cell gepresenteerd. Van dit voertuig werden al meer
dan 60 exemplaren geproduceerd. Onder andere de bondskanselier van Duitsland, Gerhard
Schröder, ontving in 2004 een Mercedes A-klasse F-Cell. Ondertussen werd op het salon van
Genève de Mercedes B-klasse F-Cell voorgesteld. Deze wagen heeft een groter vermogen en
een veel hoger rijbereik dan de A-klasse F-Cell. Wanneer we de Necar 1 vergelijken met de
B-klasse F-Cell, blijkt duidelijk dat er in de periode tussen beide prototypes heel wat
26
progressie werd gemaakt. Zo werd de omvang van het brandstofcelsysteem sterk gereduceerd.
Bovenstaande tabel illustreert daarnaast de verbeteringen op vlak van rijbereik en vermogen.
(HOOGERS G., 2003c; DaimlerChrysler Unveils … , 2005)
Ford is de tweede grootste autoconstructeur ter wereld. In Europa verkoopt het bedrijf de
merken Ford, Mazda, Volvo, Jaguar, Land Rover en Aston Martin. Ford droomt ervan dat de
brandstofceltechnologie eenzelfde revolutie zal teweegbrengen als de Ford Model T een eeuw
geleden deed. In 1999 werd het eerste rijdende prototype, de Ford P2000, voorgesteld. Deze
wagen bereikte een topsnelheid van 130 km/h en had een rijbereik van 160 km. Een jaar later
toonde Ford de Focus FC5, die uitgerust was met een methanol omvormer. Deze
onderzoekspiste werd echter afgesloten. Ford gelooft immers dat de directe opslag van
waterstof in het voertuig de beste methode is, niet alleen omdat dit het voertuig eenvoudiger
maakt, maar bovendien omdat een duurzame waterstofeconomie zuivere waterstof vereist.
Ford wil bovendien een verbrandingsmotor met waterstof lanceren. De reden hiervoor is dat
deze motoren goedkoper en vlugger te realiseren zijn dan brandstofcelauto’s. De verkoop van
deze voertuigen kan de vraag naar waterstof op gang helpen. Op die manier kan een
infrastructuur voor het tanken van waterstof uitgebouwd worden nog voor de brandstofcelauto
technisch en economisch volgroeid is. (Fuel Cell Vehicle … , 2004; HOOGERS G., 2003c)
In 2001 werd de Ford Focus FCV gepresenteerd. De topsnelheid en het rijbereik waren
gelijkwaardig als de Ford P2000, maar het systeem nam vooral minder plaats in. In 2002
volgde de Ford Focus FCEV Hybrid, waarbij een batterij, indien nodig, extra energie levert.
Met vier kg waterstof kan 320 km ver worden gereden. Van dit model werden 30 exemplaren
geproduceerd, die dienen voor een demonstratieproject van het United States DOE. In 2010
wil Ford, net als DaimlerChrysler, op de particuliere markt een auto met brandstofcellen
aanbieden. (Fuel Cell Vehicle … , 2004; HOOGERS G., 2003c)
III.3. Toyota
Toyota is de grootste autoconstructeur van Japan en de derde grootste ter wereld. Het bedrijf
is wereldleider op vlak van hybride voertuigen. Sinds 1992 voert Toyota onderzoek naar de
PEM brandstofcel. In tegenstelling tot de hierboven besproken autoconstructeurs, besteden ze
deze taak niet uit aan gespecialiseerde producenten van brandstofcellen. In 1999 ondertekende
27
Toyota een overeenkomst met General Motors voor de gezamenlijke ontwikkeling van
voertuigen van de nieuwe generatie (dit wil zeggen hybride en elektrische voertuigen, met
batterijen en/of brandstofcellen). In januari 2002 werden alle activiteiten met betrekking tot
onderzoek, ontwikkeling en productie van brandstofcellen gecentraliseerd in het Fuel Cell
System Development Center. Op dit ogenblik zet Toyota nog alles op de hybride voertuigen.
Nochtans is Toyota ervan overtuigd dat waterstof de brandstof van de toekomst is. Het bedrijf
verklaarde dat “de massaproductie van een door brandstofcellen aangedreven voertuig
waarschijnlijk pas over 25 jaar mogelijk zal worden (Toyota: Volume fuel cell …, 2005)”.
(HOOGERS G., 2003c; Leading the way …, 2003)
Toyota staat erop dat hun brandstofcelvoertuigen FCHVs worden genoemd, ofwel Fuel Cell
Hybrid Vehicles. Kenmerkend voor alle brandstofcelvoertuigen van Toyota, is dat ze uitgerust
zijn met een systeem voor regeneratie van energie bij het remmen. De energie wordt
opgeslagen in batterijen en kan bij het accelereren terug worden afgegeven. Dit systeem wordt
ook toegepast in de Toyota Prius, die een benzinemotor combineert met batterijen. Het eerste
prototype met brandstofcellen, de Toyota RAV4 FC EV, werd in 1996 voorgesteld. Een jaar
later volgde een versie met een methanol omvormer. In 2001 werden de FCHV-3, de FCHV-4
en de FCHV-5 voorgesteld. Deze drie autotypes zijn gebaseerd op een SUV en bieden plaats
aan vijf personen. De auto’s worden aangedreven door een elektrische motor met een
vermogen van 80 kW en een koppel van 260 Nm. De PEM brandstofcel bestaat uit 400 cellen
en kan een output van 90 kW leveren. In de FCHV-3 en de FCHV-4 worden de
brandstofcellen rechtstreeks aangedreven met waterstof, die respectievelijk in een
metaalhydride (zie infra, blz. 42) en onder druk (zie infra, blz. 40) wordt opgeslagen. De
FCHV-4 rijdt onder andere bij een aantal Japanse ministeries rond. De FCHV-5 is uitgerust
met een benzine omvormer. In deze omvormer wordt de benzine omgezet naar zuivere
waterstof. Deze waterstof wordt daarna aan de brandstofcellen geleverd. (HOOGERS G.,
2003c; Leading the way …, 2003)
III.4. Honda
Honda is de tweede grootste autoconstructeur van Japan (na Toyota) en ’s werelds grootste
producent van motorfietsen. Vanaf 1989 doet Honda onderzoek naar het potentieel van de
brandstofceltechnologie. In de beginjaren ontwikkelde Honda zelf brandstofcellen. De laatste
28
jaren bestelden ze voor een aantal projecten brandstofcellen bij Ballard Power Systems (zie
supra, blz. 23). (HOOGERS G., 2003c; Leading the way …, 2003)
Honda’s eerste brandstofcelvoertuig, de FCX-V1, werd gepresenteerd in november 1999.
Voor de aandrijving werd gebruik gemaakt van een brandstofcel van Ballard, die 60 kW
levert. Waterstof werd opgeslagen in een metaalhydride opslagtank, goed voor een rijbereik
van 175 km. In datzelfde jaar werd een versie met methanol omvormer voorgesteld. In 2000
liet Honda de FCX-V3 zien. De brandstofcel, die door Honda zelf was ontwikkeld, leverde
een vermogen van 70 kW. Met een volle tank van waterstof (onder druk) kon 175 km ver
worden gereden. Een jaar later werd de FCX-V4 voorgesteld, die vooral pronkt met een
compact aandrijfgeheel. De brandstofcel, met een vermogen van 78 kW, is afkomstig van
Ballard. Doordat waterstof bij een hogere druk wordt opgeslagen, stijgt het rijbereik tot 300
km. (HOOGERS G., 2003c)
III.5. UTC Fuel Cells – Shell Hydrogen
Shell Hydrogen werd in 1999 opgericht door de Royal Dutch/Shell-groep om de opportuniteit
met betrekking tot waterstof en brandstofceltechnologie te onderzoeken en te ontwikkelen. De
verwachting van Shell Hydrogen is dat de eerste marktpenetratie van de brandstofcelauto’s
tussen 2015 en 2025 zal plaatsvinden, te beginnen in de Verenigde Staten, Europa en Japan.
Dit willen ze bereiken door het opzetten van ‘vuurtorens’. Hiermee bedoelen ze dat er al
kleine netwerken van waterstof tankstations worden uitgebouwd voordat de waterstofauto’s in
de showroom staan. De redenering hierachter is dat wanneer er nergens waterstof verkrijgbaar
is, er ook niemand een dergelijke auto zal kopen. (HOOGERS G., 2003c; Lighthouses for
Hydrogen, 2004)
UTC (United Technologies Company, het vroegere International Fuel Cells) staat vooral
bekend om zijn stationaire toepassingen van de brandstofceltechnologie. Bovendien is UTC
de bevoorrechte leverancier van de brandstofcellen en van de randapparatuur voor de
ruimteprogramma’s van de Verenigde Staten. In maart 2000 presenteerde UTC zijn eerste
brandstofcel voor toepassing in voertuigen. Het was op dat moment één van de krachtigste
brandstofcellen die op de markt beschikbaar waren. De brandstofcel genereerde 75 kW bij een
energiedichtheid van 1,5 kW/l. UTC heeft contracten met een aantal constructeurs van
29
voertuigen voor het leveren van brandstofcellen, onder andere met BMW, Nissan, Renault,
Hyundai, Thor Industries en Irisbus (een joint venture van Renault en Iveco). De laatste twee
zijn constructeurs van autobussen. (HOOGERS G., 2003c)
In mei 2001 richtte Shell Hydrogen samen met UTC een joint venture op voor het
ontwikkelen, bouwen en verkopen van brandstofomvormers. Onder de naam HydrogenSource
wordt naar toepassingen gezocht voor brandstofomvormers in auto’s, bussen,
noodgeneratoren, tankstations, enz. Op 11 juli 2004 werd bekendgemaakt dat beide partners
beslist hebben de joint venture HydrogenSource op te doeken. De reden hiervoor is dat de
markt evolueert in de richting van het aan boord opslaan van waterstof in plaats van het aan
boord omvormen van andere brandstoffen tot waterstof. (HOOGERS G., 2003c;
HydrogenSource, 2004)
III.6. Plug Power
Plug Power noemt zichzelf een leverancier van schone en betrouwbare energieoplossingen.
Het bedrijf benadrukt de vijf P’s. Twee daarvan zitten in de naam Plug Power, de drie andere
staan voor People, Planet en Profit. Het is Plug Power, net zoals de andere
brandstofcelproducenten, nog niet gelukt om winst te maken. In 2003 boekte Plug Power een
verlies van 53 miljoen USD, tegenover 47,2 miljoen in 2002. Plug Power heeft een
marktkapitalisatie van 472 miljoen USD. (Plug Power, 2003; Fusie Stuart en Hydrogenics …,
2004)
Plug Power ontwikkelt geen brandstofcellen voor de toepassing in voertuigen. Wel heeft Plug
Power een strategische alliantie met Honda voor het gezamenlijk ontwikkelen van de Home
Energy Station. Dit is een systeem voor het thuis aanmaken en tanken van waterstof. Het
Home Energy Station levert tevens elektriciteit en warmte voor de woning. Dankzij dit
systeem kan het gebrek aan infrastructuur voor het tanken van waterstof gedeeltelijk worden
opgelost (zie infra, blz. 38). Voor korte ritten kan dan thuis waterstof getankt worden. Voor
ritten die de autonomie van het voertuig overschrijden blijven tankstations voor waterstof
nodig. Over de andere producten van Plug Power zullen we hier niet uitweiden, aangezien
deze betrekking hebben op de markt van stationaire energievoorziening. (Plug Power, 2003)
30
III.7. Besluit
Zowel de constructeurs van voertuigen, de ontwikkelaars van brandstofcellen als de
leveranciers van waterstof werken samen om de marktintroductie van de brandstofcel-
technologie te bespoedigen. De meeste autoconstructeurs verkiezen hiervoor samen te werken
met een gespecialiseerde ontwikkelaar van brandstofcellen. General Motors, ’s werelds
grootste autoconstructeur, werkt samen met Hydrogenics. DaimlerChrysler en Ford Motor
Company bezitten de meerderheid van de aandelen van Ballard Power Systems, de
wereldleider op vlak van PEM brandstofcellen. Toyota en Honda hebben ervoor gekozen zelf
brandstofcellen te ontwikkelen. Honda gokt op beide kampen en bestelt eveneens
brandstofcellen bij Ballard Power Systems.
Autoconstructeurs proberen de brandstofceltechnologie bij het grote publiek bekend te maken
door regelmatig prototypes te demonstreren. Tevens worden pilootprojecten opgezet om de
technologie uitgebreid te testen en te verbeteren. Wanneer de cijfers en de kenmerken van de
huidige brandstofcelauto’s worden vergeleken, valt op dat vooral het rijbereik van de
voertuigen tegenvalt. De opslag van waterstof aan boord van het voertuig blijft een heikel
punt. UTC Fuel Cells en Shell Hydrogen hebben een poging ondernomen om via de joint
venture HydrogenSource dit probleem op te lossen. Dit trachtten ze te doen door het
ontwikkelen van brandstofomvormers. De markt blijkt echter te evolueren naar het
rechtstreeks opslaan van waterstof in het voertuig, waardoor HydrogenSource werd opgedoekt.
Naast het opslagprobleem heeft de brandstofcelauto te kampen met een tankprobleem. Honda
werkt in dit verband samen met Plug Power voor het ontwikkelen van een systeem om thuis
waterstof te kunnen tanken.
Naast de opslag en het tanken van waterstof, heeft de brandstofceltechnologie met een aantal
andere technische barrières af te rekenen. Deze worden uitgebreid besproken in het volgende
hoofdstuk.
31
HOOFDSTUK IV: BARRIÈRES BRANDSTOFCELTECHNOLOGIE
De voorsprong die de interne verbrandingsmotor na meer dan een eeuw onderzoek en
ontwikkeling heeft opgebouwd is vrij groot. Het is nu aan de brandstofceltechnologie om zich
op korte tijd te ontwikkelen en haar superioriteit tegenover de interne verbrandingsmotor te
bewijzen. Er zijn echter nog enkele moeilijke hindernissen met betrekking tot de technologie
en de infrastructuur te overwinnen. Een aantal hiervan worden hieronder besproken. Dit is
evenwel geen exhaustieve lijst.
Eerst en vooral is er waterstof nodig. Aangezien deze stof alleen in gebonden toestand in de
natuur voorkomt, moet waterstof geproduceerd worden. Bovendien eisen de lage
temperatuurbrandstofcellen dat de waterstof vrij is van onzuiverheden. Waterstof moet daarna
worden opgeslagen en naar tankstations worden getransporteerd. De waterstof wordt getankt
en opgeslagen in het voertuig zelf. Uiteindelijk wordt de waterstof als brandstof gebruikt in de
brandstofcel, die nog te kampen heeft met een te hoge kostprijs en een gebrekkige
duurzaamheid. Daarnaast kan de elektrolyt bevriezen bij temperaturen onder het nulpunt. In
dit hele proces moet ook de nodige aandacht geschonken worden aan veiligheid, daar
waterstof is een licht ontvlambare brandstof.
IV.1. Productie van waterstof
Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Vijfenzeventig procent van
alle massa van het universum en negentig procent van alle moleculen bestaan uit waterstof.
Dit alles maakt van waterstof een ideale brandstof, ware het niet dat waterstof nergens ter
wereld in vrije vorm aanwezig is. Daarom moeten andere energiebronnen worden
aangesproken om waterstof te produceren. Op dit ogenblik wordt waterstof al op industriële
schaal geproduceerd, maar nog niet gebruikt als energiedrager. Dit komt doordat waterstof
duurder is dan conventionele brandstoffen. Jeremy Bentham, hoofd van Shell Hydrogen (zie
supra, blz. 29), merkt op dat waterstof nu ongeveer 15 USD per kilogram kost. Aan deze prijs
wordt het moeilijk om te concurreren met benzine of diesel. Een kilogram waterstof komt qua
energie-inhoud overeen met een gallon (3,8 liter) benzine. In Amerika kost een gallon benzine
32
slechts 2 USD, in België omgerekend ongeveer 6 USD. (HOOGERS G., 2003b; Lighthouses
for Hydrogen, 2004)
Waterstof wordt op dit moment reeds gebruikt in olieraffinaderijen en voor de productie van
ammoniak. De hoeveelheden die nu worden geproduceerd, zijn echter niet te vergelijken met
wat er nodig is om alle voertuigen op waterstof te laten rijden. Daarom wordt tegelijkertijd
geëxperimenteerd met systemen die methanol of benzine omzetten in waterstof (en CO2) aan
boord van het voertuig. Deze systemen verbruiken weliswaar veel energie, waardoor het
rendement van het aandrijfgeheel daalt. Bovendien hebben ze een substantiële omvang en
gewicht. (HOOGERS G., 2003b)
Waterstof kan gehaald worden uit verschillende grondstoffen. Bovendien zijn hiervoor
verschillende methoden beschikbaar. De elektrolyse van water is de meest ideale manier.
Hierbij wordt water (H2O) onder invloed van de elektrische stroom gesplitst in waterstofgas
(H2) en zuurstofgas (O2). Dit proces is technisch al goed ontwikkeld maar verbruikt wel veel
elektriciteit. Het zou bovendien absurd zijn om de waterstof, die gebruikt wordt voor niet-
vervuilende toepassingen, te produceren met elektriciteit opgewekt door de conventionele en
vervuilende elektriciteitscentrales. Indien men waterstof als brandstof wil gebruiken om het
broeikaseffect af te remmen, zal men de elektriciteit moeten halen uit hernieuwbare bronnen.
(NORBECK J.M. et al., 1996; H2 Hour, 2004)
Een tweede mogelijkheid is het extraheren van waterstof uit fossiele brandstoffen als aardgas
en aardolie. Dit is op dit moment de meest gebruikte techniek voor waterstofproductie en zal
op korte en middellange termijn ongetwijfeld het meest aangewezen zijn. De extractie kan via
verschillende methoden gebeuren. Een eerste methode is steam reformation (SR), die op dit
moment de hoogste graad van efficiëntie haalt en dus het vaakst wordt toegepast. Bij deze
werkwijze worden methanol en stoom in een reactor gebracht, waarbij methanol onder
invloed van een katalysator (koper en zinkoxide) splitst in waterstofgas en CO2:
CH3OH (g) + H20 (g) → CO2 + 3 H2
Deze reactie geeft de theoretische output weer. In de praktijk komen nog heel wat andere
reacties voor. Zo wordt ook CO gevormd, die er met de water-gas-shift-reactie kan worden
uitgehaald:
CO + H2O (g) → CO2 + H2
33
De SR-methode kan eveneens worden toegepast op methaan, het hoofdbestanddeel van
aardgas. Opdat deze methode koolstofneutraal zou zijn, moet de CO2 worden opgevangen en
opgeslagen, wat het kostenplaatje van deze werkwijze doet stijgen. (HOOGERS G., 2003b)
Daarnaast kan waterstof geëxtraheerd worden uit fossiele brandstoffen via partial oxidation
(POX). POX vereist wel dat de nodige lucht gezuiverd is van alle stikstof. De reactie voor
methaan verloopt als volgt:
CH4 + ½ O2 → CO + 2 H2
Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor zwaardere koolwaterstoffen (zoals benzine)
of bij aanwezigheid van zuiver zuurstofgas. Met behulp van de water-gas-shift-reactie wordt
de CO omgezet in CO2 en H2. (NORBECK J.M. et al., 1996; HOOGERS G., 2003b)
Vervolgens kan waterstof uit biomassa worden gehaald. NORBECK J.M. et al. definieert
biomassa als “alle planten- en dierenmateriaal, uitgezonderd fossiele brandstoffen, waaruit
energie kan worden gewonnen (NORBECK J.M. et al., 1996, blz. 170)”. Waterstof kan direct
of indirect worden aangemaakt. Indirect gebeurt dit door eerst methaan, methanol of andere
KWS uit de biomassa te produceren en die daarna om te zetten in waterstof via de hierboven
behandelde methoden. De energie kan ofwel via vertering in anaërobe fase, ofwel via de
thermochemische behandeling worden geëxtraheerd. Bij de eerste methode wordt de biomassa
in een anaërobe ruimte gebracht en door bacteriën afgebroken. Hierbij wordt eerst
waterstofgas aangemaakt, die vervolgens wordt omgevormd tot methaan. In de directe
methode wordt waterstofgas eruit gefilterd voordat het tot methaan wordt omgezet. Bij de
thermochemische behandeling, ook wel de vergassing van de biomassa in superkritiek water
genoemd, reageert de biomassa met stoom (bij een druk van 300 bar en een temperatuur van
400 tot 700°C) en zuurstof, wat leidt tot de vorming van waterstof, CO, CO2, water en
methaan, samen met kleine hoeveelheden onzuiverheden. Uit dit geheel moet de waterstof
worden gezuiverd. Eventueel kan het methaan worden gerecupereerd en via de hierboven
vermelde methoden tot waterstof worden omgezet. (NORBECK J.M. et al., 1996; H2 Hour,
2004)
Ongetwijfeld de meest futuristische van alle methoden is de productie van waterstof door
bacteriën of schimmels. Tijdens het proces van fotosynthese kan het enzym hydrogenase de
vorming van waterstof stimuleren. De hoeveelheden die hiermee geproduceerd worden, zijn
34
op dit moment nog veel te beperkt om de methode te integreren in concrete toepassingen.
(NORBECK J.M. et al., 1996; H2 Hour, 2004)
IV.2. Zuiverheid van waterstof
Door onzuiverheden in de brandstof kunnen de prestaties van de brandstofcel aangetast
worden. Vooral de AFC, PEMFC en in mindere mate de PAFC zijn daar gevoelig voor.
Algemeen kan worden aangenomen dat de tolerantie voor onzuiverheden in de brandstof stijgt
bij een hogere werkingstemperatuur. In voertuigen worden vooral PEMFCs gebruikt, die bij
lagere temperaturen werken. Dit maakt dat de waterstof voor voertuigtoepassingen een hoge
graad van zuiverheid moet bezitten. (HOOGERS G., 2003a; NARUSAWA K. et al., 2004)
Zowel wanneer waterstof aan boord van het voertuig gevormd wordt uit methanol of benzine
als bij directe toevoer van waterstof worden heel wat onzuiverheden aan de brandstofcel
toegevoerd. Bij omvorming uit methanol worden vooral onzuiverheden van CO,
formaldehyde en mierenzuur (HCOOH) gevonden. Wanneer waterstof uit benzine gehaald
wordt, bevat ze onder andere concentraties van zwaveldioxide, waterstofsulfide en benzeen.
Bij directe toevoer van waterstof worden ook onzuiverheden aangetroffen, vooral omdat het
onbetaalbaar is om alle verontreinigingen te verwijderen. Waterstof bevat nog concentraties
van CO, methaan, waterstofsulfide, zwaveldioxide en benzeen. (NARUSAWA K. et al., 2004)
Bepaalde onzuiverheden in de waterstof kunnen het MEA van de brandstofcel aantasten.
Vergiftiging van de brandstofcel door CO gaat vrij snel. Dit kan worden tegengegaan door Ru
(ruthenium) aan de katalysator op de elektrode toe te voegen. Ruthenium vermindert
bovendien de vergiftiging door benzeen. Toevoeging van Ru veroorzaakt echter een daling
van de elektriciteitsproductie bij vergiftiging door formaldehyde, mierenzuur, waterstofsulfide,
zwaveldioxide en benzeen. Waterstofsulfide en zwaveldioxide komen in niet te verwaarlozen
hoeveelheden voor. Vergiftiging door deze stoffen gaat traag, maar is onomkeerbaar.
(NARUSAWA K. et al., 2004)
Na de water-gas-shift-reactie (zie supra, blz. 32) bevat het waterstofgas nog 1 à 2 procent CO.
De PEMFC vereist dat het toegevoerde waterstofgas verder ontdaan wordt van koolmonoxide.
35
Dit kan op verschillende manieren gebeuren. Een eerste methode is de CO laten reageren met
waterstof ter vorming van methaan:
CO + 3 H2 → CH4 + H2O (g)
Hoewel deze methode het CO verwijdert, is het in de praktijk niet aangewezen ze te
gebruiken. Een CO-molecule wordt verwijderd ten koste van drie waterstofmoleculen.
Wanneer de concentratie van CO 1 à 2 procent bedraagt, verliest men al snel een substantieel
deel van de geproduceerde waterstof. Bovendien moet CO competitie voeren tegen CO2, dat
meestal in veel grotere hoeveelheden aanwezig is. CO2 reageert namelijk ook met waterstof,
meer bepaald met vier waterstofmoleculen tot de vorming van methaan en waterdamp. Deze
techniek brengt dus een te sterke verlaging van de hoeveelheid waterstof met zich mee.
(HOOGERS G., 2003b)
Een tweede en betere techniek voor het verwijderen van de CO is preferential oxidation.
Hierbij wordt lucht of zuurstof door het onzuivere waterstofgas geblazen. De zuurstof reageert
onder invloed van een katalysator (bijvoorbeeld platina, goud of ruthenium) met CO tot de
vorming van CO2:
CO + ½ O2 → CO2 (g)
Deze methode is weliswaar veel complexer, doordat nauwkeurig afgemeten hoeveelheden
lucht door de waterstof moeten worden gestuurd. Wanneer er teveel lucht aanwezig is,
reageert de zuurstof met de waterstof. Dit leidt tot de vorming van waterdamp, wat natuurlijk
ongewenst is. (HOOGERS G., 2003b)
Om waterstof met een zeer hoge graad van zuiverheid te bekomen, kan gebruik worden
gemaakt van palladium membranen. De onzuivere waterstof wordt door het permeabele
membraan gestuurd. Het palladium membraan laat enkel waterstofmoleculen door en alle
onzuiverheden worden tegengehouden. De techniek van de palladium membranen heeft echter
te kampen met een aantal belangrijke problemen. De druk waarmee de onzuivere waterstof
door het membraan gestuwd moet worden, is vrij groot. Bovendien is palladium een dure
grondstof. Daarbovenop komt dat de levensduur van het membraan vrij klein is, doordat het
membraan het CO adsorbeert. Dit alles maakt dat deze methode vrij duur is en enkel
economisch verantwoord is wanneer waterstof met een zeer hoge graad van zuiverheid vereist
is. (HOOGERS G., 2003b)
36
IV.3. Transport waterstof
Nadat waterstof geproduceerd en gezuiverd is, moet ze worden opgeslagen en getransporteerd
naar bijvoorbeeld de tankstations voor brandstofcelauto’s. De verschillende manieren om
waterstof op te slaan (als gas onder druk, in vloeibare toestand, in een hydride en
geadsorbeerd in koolstof), worden verder in dit hoofdstuk behandeld (zie infra, blz. 40).
Vrachtwagens, treinen, boten en pijpleidingen zijn mogelijke transportmiddelen. Wat de
goedkoopste transportmethode is, hangt af van de hoeveelheid te transporteren waterstof en de
afstand over dewelke de waterstof getransporteerd moet worden. (AMOS W.A., 1998)
Waterstof in gasvormige toestand kan worden getransporteerd via hogedrukcilinders, via
buizenopleggers of via pijpleidingen. Bij hogedrukcilinders stijgt de kostprijs van de cilinder
progressief bij een hogere druk. De opslagcapaciteit van de hogedrukcilinder stijgt echter
degressief bij stijgende druk. Er moet dus een afweging worden gemaakt tussen ofwel meer
opslagcapaciteit (waardoor je minder cilinders nodig hebt), ofwel een lagere kostprijs per
cilinder.
Buizenopleggers bestaan uit een aantal stalen cilinders die samengebonden zijn in een
beschermend kader. Hierbij gelden dezelfde afwegingen als bij hogedrukcilinders. Zowel
hogedrukcilinders als buizenopleggers kunnen op een vrachtwagen, op een trein en op een
boot worden geplaatst.
Pijpleidingen met een diameter van 25 tot 30 cm worden op dit ogenblik al gebruikt voor het
transport van waterstof in geïndustrialiseerde gebieden. Ervaring hiervoor werd opgedaan bij
het transport van aardgas via pijpleidingen. De langste pijpleiding ter wereld loopt over een
traject van 400 km van het noorden van Frankrijk naar België. Het grootste deel van de
transportkost bestaat hier uit de installatiekost van de pijpleiding en de bijhorende
compressoren. (AMOS W.A., 1998)
Transport van vloeibare waterstof bij extreem lage temperaturen gebeurt in dubbelwandige
opslagtanks. Dit is nodig om de verdamping van de waterstof te beperken. Deze opslagtanks
kunnen zowel op vrachtwagens, treinen als boten worden geplaatst. Bij vrachtwagens en
treinen houdt men rekening met een verdamping van 0,3 tot 0,6 procent per dag. Doordat in
boten grotere hoeveelheden worden vervoerd, bedraagt het verlies van waterstof 0,2 tot 0,4
37
procent per dag. Verscheidene boten zijn al ontworpen om grote hoeveelheden waterstof over
grote afstanden te transporteren. De concrete realisatie bleef tot nu toe uit. Vooral Canada is
geïnteresseerd in het transport van grote hoeveelheden waterstof met boten. Het land heeft
namelijk een grote voorraad aan hydro-elektrische energie, die aangewend kan worden voor
de productie van waterstof.
Vloeibare waterstof kan ook vervoerd worden in een geïsoleerde pijpleiding. In deze leiding
zou men een supergeleider kunnen aanbrengen om elektriciteit te transporteren over grote
afstanden zonder de stroomverliezen waarmee men met de huidige kabels te kampen heeft. Er
zijn helaas nog veel problemen te overwinnen opdat deze methode bruikbaar zou zijn. Zo
moet voorzien worden in een speciale isolatie over de volledige pijpleiding. Er treden tevens
verliezen op bij het oppompen en herkoelen van de vloeibare waterstof. (AMOS W.A., 1998)
Het transporteren van waterstof kan eveneens met behulp van hydriden of door adsorptie in
koolstof. Hierbij wordt de volledige opslagtank op een vrachtwagen, trein of boot geplaatst.
De grootste kostenfactor bij deze werkwijzen is de kapitaalkost van de opslagtank. (AMOS
W.A., 1998)
Voor het transporteren van grote hoeveelheden waterstof over lange afstanden zijn
pijpleidingen de goedkoopste methode. Uitzondering hierop is het vervoer over de oceaan. In
deze toepassing is transport goedkoper via vloeibare waterstof in boten. Transport via
pijpleidingen heeft het voordeel van een lage operationele kost. Daartegenover staat een hoge
investeringskost. Bij het transport van vloeibare waterstof is het net omgekeerd: een hoge
operationele kost, maar wel een minder hoge investeringskost. Het break-even-punt tussen
deze twee methoden zal afhangen van de afstand en de hoeveelheid te transporteren waterstof.
Voor kleinere hoeveelheden en over korte afstanden zijn het transport onder druk, in hydriden
of geadsorbeerd in koolstof, de meest aangewezen oplossingen. Afhankelijk van de aanwezige
infrastructuur gebeurt dit best per vrachtwagen, per trein of met de boot. (AMOS W.A., 1998)
IV.4. Waterstof tanken
De waterstof kan nu wel bij het tankstation worden gebracht, maar er is nog geen
infrastructuur voor het tanken van waterstof. Het tanken van een gas als waterstof is immers
niet compatibel met de huidige infrastructuur voor het tanken van vloeibare brandstoffen. Ook
38
zijn er nog maar een tiental waterstoftankstations over de hele wereld. Zolang er geen
duidelijkheid is over hoe waterstof opgeslagen zal worden, is het moeilijk om de geschikte
tankstations te bouwen. Zo is er voor het tanken van vloeibare waterstof een andere
infrastructuur nodig dan voor het tanken van waterstof onder druk (zie infra, blz. 40).
Bovendien kan het tekort aan tankstations voor waterstof vergeleken worden met het kip-of-
ei-probleem. Zolang er geen waterstoftankstations zijn, zullen autoconstructeurs niet starten
met de massaproductie van brandstofcelvoertuigen. Aan de andere kant zullen investeerders
geen waterstoftankstations bouwen, zolang er geen brandstofcelvoertuigen beschikbaar zijn.
(Fill It Up With Hydrogen, 2004; BIRDSONG A., 2005)
De huidige tankstations worden vooral gebouwd in het kader van een demonstratieprogramma,
zoals het CUTE-project in tien Europese hoofdsteden (zie infra, blz. 61). In november 2004
werd in Berlijn het grootste tankstation voor brandstofcelvoertuigen ter wereld geopend. In
het tankstation van Aral7 kan zowel gasvormige als vloeibare waterstof verkregen worden.
Bovendien kan er ook gewoon benzine en diesel worden getankt. Voorlopig zal de capaciteit
van 100 auto’s onderbenut zijn, aangezien er slechts 16 auto’s en een stadsbus in Berlijn
rondrijden die waterstof als brandstof gebruiken. (Fill It Up With Hydrogen, 2004)
Arnold Schwarzenegger, gouverneur van California, kondigde in oktober 2004 aan om ’s
werelds eerste hydrogen highway te creëren. Een hydrogen highway is een autosnelweg die
voldoende voorzien is van waterstoftankstations zodat een voertuig met waterstof als
brandstof de volledige afstand kan overbruggen. Tegen 2010 wil men een California
Hydrogen Highway Network opstarten. Op dit moment hinkt California nog achterop ten
opzichte van de rest van Amerika op vlak van luchtkwaliteit. Meer dan 90 procent van de
inwoners van California ademen lucht in die niet voldoet aan de Amerikaanse standaarden.
De plannen voor het netwerk van waterstoftankstations voorzien in een eerste fase 150 tot 200
tankstations. Dit komt overeen met één tankstation elke 20 mijl (32,2 km) langs alle 21
autosnelwegen binnen California. Hiervoor is een investeringsbedrag nodig die verwacht
wordt tussen 74 en 200 miljoen USD te liggen. Het grootste deel van dit bedrag wordt door de
private sector bijeengebracht. (BIRDSONG A., 2005)
7 Aral behoort tot de BP-groep en is de nummer 1 in Duitsland met 2700 tankstations.
39
IV.5. Opslag van waterstof in het voertuig
Het ontwerpen van een goed opslagsysteem voor waterstof is een belangrijke uitdaging in de
ontwikkeling van de brandstofcelaangedreven voertuigen. Nochtans bezit een kilogram
waterstof 2,8 keer meer energie dan hetzelfde gewicht aan benzine. Als je echter dezelfde
volumes van beide brandstoffen vergelijkt, bezit vloeibare waterstof slechts een 27 procent
van de energie die benzine bezit. Dit heeft gevolgen voor de opslag ervan. Zo weegt de
opslagtank van waterstof gewoonlijk 100 keer meer dan het waterstofgas dat erin wordt
bewaard. Waterstof kan op verschillende wijzen worden opgeslagen, namelijk in gasvormige
toestand onder druk, in vloeibare toestand bij zeer lage temperaturen, als gas gebonden aan
een metaal (hydride), als chemische hydride of door adsorptie in koolstof. (PEAVEY M.A.,
2003)
IV.5.1. Gasvormige opslag in druktanks
Bij deze methode wordt waterstof in gasvormige toestand en onder druk opgeslagen. Hiervoor
zijn sterke materialen nodig die tegelijkertijd licht zijn. Traditioneel worden hiervoor
aluminium cilinders gebruikt die versterkt zijn met glasvezel, kevlar of koolstofvezel, of
plastic cilinders die met vezels zijn verstevigd. Hoe hoger de druk, hoe meer waterstof
opgeslagen kan worden, maar ook hoe sterker de gebruikte materialen moeten zijn. Bij hogere
drukken is tevens meer energie nodig om de waterstof in de opslagtank te krijgen. Bovendien
kan de veiligheid in het gedrang komen bij hogere drukken. Er moet dus een afweging
gemaakt worden tussen opslagcapaciteit en kosten/veiligheid. (NORBECK J.M. et al., 1996)
Dit lijkt de gemakkelijkste methode om waterstofgas op te slaan. Er moet echter bij zeer hoge
drukken worden gewerkt om voldoende rijbereik voor het voertuig te creëren, doordat de
energiedichtheid te laag is. In de bussen van DaimlerChrysler die voor het CUTE-project in
tien Europese steden rondrijden (zie infra, blz. 61), wordt gebruik gemaakt van gasvormige
opslag van waterstof in druktanks. Op het dak van de Mercedes-Benz Citaro liggen negen
opslagtanks die de waterstof bij een druk van 350 bar opslaan. Hiermee bereikt de twaalf
meter lange bus een actieradius van ongeveer 200 kilometer. (Mercedes-Benz, 2005; ZHOU
L., 2005)
40
IV.5.2. Vloeibare opslag
Vloeibare opslag van waterstof gebeurt bij een temperatuur lager dan -253°C. Als gevolg
hiervan moeten de opslagtanks zeer goed geïsoleerd zijn, bijvoorbeeld door een dubbele wand
met een vacuüm ertussen. Zelfs met een dergelijke extreme isolatie gaat 1 à 2 procent van de
brandstof per dag verloren door verdamping. Bovendien zijn er problemen met de toevoer van
de zeer koude waterstof aan de motor. Metalen kunnen bij dergelijke lage temperaturen
gemakkelijk breken, waardoor een speciale pomp moet worden gebruikt voor de toevoer van
waterstof aan de brandstofcel. We merken vervolgens op dat bij het afkoelen van waterstof tot
een temperatuur lager dan -253°C, een substantiële hoeveelheid energie moet worden gebruikt.
Deze hoeveelheid is vergelijkbaar met 30 tot 40 procent van de energie die de waterstof zelf
bezit. Echter, door het vloeibaar opslaan van waterstof, wordt een vrij hoge volumedichtheid
bereikt. Van alle huidige technologieën voor het opslaan van waterstof, bereikt men met de
vloeibare opslag de hoogste volumedichtheid. (NORBECK J.M. et al., 1996; PEAVEY M.A.,
2003)
Doordat er wordt gewerkt bij extreem lage temperaturen, kan zich nog een bijkomend
probleem voordoen met betrekking tot de veiligheid. Bij contact met oppervlakken waar
vloeibare waterstof aanwezig is, kan de menselijke huid vervriezen en zelfs scheuren. Alle
buizen en oppervlakken met een extreem lage temperatuur moeten dus geïsoleerd en
afgeschermd worden. Ook bij het tanken van vloeibare waterstof moeten extra
veiligheidsvoorzieningen worden getroffen. (NORBECK J.M. et al., 1996)
De belangrijkste beperkingen van deze methode zijn de verliezen van waterstof door
verdamping en het energieverslindende proces van het afkoelen en vloeibaar maken van de
waterstof. Daardoor wordt het gebruik van deze methode beperkt tot toepassingen waar de
kost van waterstof niet belangrijk is en waarbij de waterstof op korte tijd wordt verbruikt. Een
voorbeeld hiervan vinden we in de lucht- en ruimevaart. Ook in het studiemodel van General
Motors, de Opel Zafira HydroGen 3, wordt gebruik gemaakt van vloeibare opslag van
waterstof. De opslagtank heeft een volume van 68 liter en kan 4,6 kg waterstof opslaan.
Hiermee wordt een rijbereik van 400 kilometer bereikt. (ZHOU L., 2005; General Motors,
2005)
41
IV.5.3. Hydriden
Er bestaan verschillende soorten hydriden waarin waterstof opgeslagen kan worden. Er wordt
nog continu gezocht naar nieuwe soorten hydriden met een grotere opslagcapaciteit. Hydride
is de verzamelnaam voor stoffen die een vaste verbinding vormen met waterstof. Bij een
bepaalde combinatie van temperatuur en druk wordt de waterstof opgeslagen of vrijgegeven.
De belangrijkste hydriden zijn metaalhydriden en chemische hydriden. We bespreken deze
hieronder.
a) Metaalhydriden
Waterstof in gasvormige toestand kan worden opgeslagen in zogenaamde metaalhydriden.
Het waterstofatoom wordt hierbij omringd door metaalatomen. Metaalhydriden worden
gewoonlijk in korrelige of poedervorm gemaakt, zodat het contactoppervlak en de daarmee
gepaard gaande opslagcapaciteit groter is. Bij hoge druk en lage temperatuur absorbeert de
metaalhydride waterstof. Bij lage druk en hoge temperatuur wordt de waterstof terug
afgegeven. Op die manier kan heel gecontroleerd waterstof opgeslagen en terug afgegeven
worden. Via warmtewisselaars wordt de temperatuur en dus ook de opslag van waterstof in de
metaalhydridetank geregeld. (PEAVEY M.A., 2003)
Een aantal kenmerken van opslagsystemen op basis van metaalhydriden zijn gewenst bij
voertuigtoepassingen. Een metaalhydridesysteem is gemakkelijk in die zin dat er noch hoge
drukken, noch ultralage temperaturen nodig zijn. Bovendien is dit systeem zeer veilig.
Wanneer bij een crash de opslagtank scheurt, zal de waterstof niet lekken. Indien de
temperatuur in de tank stijgt (bijvoorbeeld als het voertuig in brand staat), zal de tank de
waterstof geleidelijk vrijgeven. Het explosiegevaar wordt dus tot een minimum herleid.
(NORBECK J.M. et al., 1996)
Het grootste nadeel van de metaalhydriden is dat ze zwaar zijn in verhouding tot de
hoeveelheid opgeslagen waterstof. Een metaalhydride kan slechts voor twee procent van zijn
gewicht waterstof opnemen. Dit zware gewicht verlaagt de prestaties van de voertuigen.
Bovendien kan de capaciteit van de metaalhydride aangetast worden door onzuiverheden in
de waterstof. Vervuiling van zuurstof en water zijn de voornaamste oorzaken van de
capaciteitsvermindering. Het water kan gemakkelijk verwijderd worden door de opslagtank
42
op te warmen. Een derde nadeel is dat de metaalhydride de neiging heeft om uit te zetten
wanneer waterstof toegevoegd wordt. (NORBECK J.M. et al., 1996)
De metaalhydriden kunnen in twee categorieën worden ingedeeld. De eerste groep is die van
de lage temperatuur hydriden, waarbij de meest belovende ferrotitanium (FeTi-H2) is. Bij de
lage temperatuur hydriden kan waterstof vrijgegeven worden met behulp van de warmte die
de brandstofcel creëert. Nadeel is dat deze systemen zwaar zijn doordat ze procentueel weinig
waterstof kunnen opnemen. Zo kan FeTi slechts 1,87 procent van zijn gewicht aan waterstof
opslaan. De tweede groep is die van de hoge temperatuur hydriden, die een hogere
temperatuur vereisen voor het afgeven van de waterstof. Deze zijn lichter dan de lage
temperatuur hydriden, maar er is hiervoor meer warmte nodig dan de brandstofcel uitstoot. De
belangrijkste hoge temperatuur hydride is Mg2Ni-H4, die 3,71 procent van zijn gewicht aan
waterstof kan opslaan. In de praktijk blijken complexe metaalhydriden de beste oplossing.
Deze maken gebruik van een combinatie van de twee. De lage temperatuur hydriden kunnen
bij lagere temperaturen hun waterstof afgeven, terwijl de hoge temperatuur hydriden het
gewicht en volume van de opslagtank beperken. (NORBECK J.M. et al., 1996)
b) Chemische hydriden
Met de elementen uit de kolommen I, II en III van de tabel van Mendeljev zoals Li (lithium),
Mg (magnesium), B (boor) en Al (aluminium) kunnen een groot aantal complexe hydriden
worden gevormd. In theorie kunnen hiermee grote opslagcapaciteiten worden bereikt. Onder
andere Mg2FeH6 en Al(BH4)3 bereiken in theorie een volume dichtheid van 150 kg/m³. Een
grote gewichtdichtheid wordt gehaald met LiBH4 en Al(BH4)3, respectievelijk 18 wt% en 17
wt%. Een aantal onderzoekers beschouwen de complexe hydriden als een veelbelovende
oplossing voor het opslagprobleem omdat er nog maar weinig onderzoek naar werd gedaan.
Ook zijn deze chemische hydriden vloeibaar van vorm, of kunnen ze vloeibaar worden
gemaakt, zodat ze gemakkelijk oppompbaar zijn. Er is echter nog een lange weg af te leggen,
daar het verschil tussen de theoretische en de werkelijke opslagcapaciteit nog aanzienlijk is.
(ZHOU L., 2005; Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)
Waarschijnlijk de meest ontwikkelde hydride is NaBH4. Wanneer NaBH4 in contact komt met
water en een katalysator, leidt dit tot de vorming van waterstof en een onschadelijk,
onbrandbaar bijproduct:
43
NaBH4 + 2 H2O + katalysator → 4H2 + NaBO2
Het waterstofgas dat hiermee wordt geproduceerd heeft een hoge graad van zuiverheid.
Wanneer NaBH4 en de katalysator gescheiden worden, stopt de reactie. Belangrijk is dat het
NaBO2 wordt opgevangen in een aparte afvaltank. Daarna wordt het naar een centraal
verzamelpunt gebracht en gerecycleerd tot NaBH4. Dit systeem werd in 2001 voorgesteld in
een prototype van DaimlerChrysler, namelijk de Chrysler Natrium. Deze wagen haalt een
rijbereik van 480 km. (Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)
IV.5.4. Adsorptie door koolstof
Een eerste manier is opslag in koolstof nanostructuren. Waterstof kan geadsorbeerd worden in
de holtes van de koolstof. Na de eerste tests van deze methode verklaarden de onderzoekers
dat de koolstof nanostructuren tot 70 procent van hun gewicht aan waterstof konden opslaan.
Deze veelbelovende resultaten brachten een golf van onderzoeken teweeg. Helaas bleken deze
het gevolg van fouten in de tests. De resultaten die General Motors en Sony haalden met deze
opslagmethode zijn interessant, aangezien zij potentiële kopers zijn. GM veklaarde er dat alle
resultaten die wijzen op een opname van waterstof hoger dan 1 wt% enkel het gevolg kunnen
zijn van fouten in het experiment. Sony haalde zelfs niet meer dan 0,3 wt%. Tenzij er
belangrijke doorbraken gerealiseerd worden, is deze methode onvoldoende competitief.
(ZHOU L., 2005; HOOGERS G., 2003b)
De opnamecapaciteit is evenredig met de specifieke oppervlakte van de koolstof. Op dat vlak
kunnen koolstof nanostructuren niet concurreren met supergeactiveerde koolstof. Echter, om
de opslagcapaciteit van supergeactiveerde koolstof te verhogen, zijn lage temperaturen nodig.
De vereist temperaturen zijn weliswaar minder laag dan bij vloeibare opslag. Zo kan
bijvoorbeeld vloeibare stikstof 8 worden gebruikt als koelmiddel. Bijkomend voordeel
tegenover de opslag van vloeibare waterstof is dat bij opwarming niet de waterstof zelf
verdampt, maar enkel het koelmiddel stikstof. Men verliest met andere woorden geen
brandstof en bovendien is stikstof niet licht ontvlambaar. Bij een temperatuur van -196°C en
een druk van 60 bar kan 1,08 kilogram waterstof per 10 kilogram supergeactiveerde koolstof
worden opgeslagen. Materialen gebaseerd op dit type koolstof hebben een groot potentieel
8 Het kookpunt van stikstof ligt bij -195,8°C. Stikstof smelt bij -209,9°C.
44
voor de opslag van waterstof in de toekomst. Deze technieken behoeven echter nog veel
onderzoek om aan de markteisen te voldoen. Overigens is op dit ogenblik nog geen enkele
producent in staat om voldoende hoeveelheden van dit type koolstof te produceren. (ZHOU L.,
2005)
IV.5.5. Samenvatting en evaluatie
Het U.S. Deparment of Energy heeft een aantal doelstellingen geformuleerd met betrekking
tot de opslag van waterstof (zie FIGUUR 3 blz. 45 en FIGUUR 4 blz. 46)9. Zo zou tegen 2010
de volumedichtheid van de opslag van waterstof 1,5 kWh/liter moeten bedragen. Op dit
ogenblik voldoet enkel de vloeibare opslag hieraan. Aan de norm voor de energiedichtheid,
die op 2 kWh/kg werd vastgelegd, voldoen zowel de vloeibare opslag als de gasvormige
opslag in druktanks bij een druk van 350 bar. Aan de normen voor 2015 beantwoordt nog
geen enkele methode. Ook qua kostprijs per kWh haalt geen enkele techniek de norm van
2010, laat staan die van 2015. (Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)
FIGUUR 3: Vergelijking van de volumedichtheid en energiedichtheid van de verschillende
opslagmethoden (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)
9 Deze figuren bevatten geen gegevens over de opslag van waterstof via adsorptie door koolstof.
45
FIGUUR 4: Vergelijking kostprijs in $ per kWh voor de verschillende opslagmethoden.
(eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)
IV.6. Kostprijs
De hoge kostprijs van de huidige brandstofcellen is te wijten aan het feit dat ze nog niet in
serieproductie worden gemaakt. De belangrijkste kostenfactor die niet zal verlaagd worden
door serieproductie is platina. Er wordt platina gebruikt in de elektrolyt van de PEMFC en de
DMFC. Platina is enorm duur, waardoor de prijs van deze brandstofcellen ook meteen in de
hoogte wordt gejaagd. Veel onderzoek is gericht op het reduceren van de nodige hoeveelheid
platina per brandstofcel. Op dit ogenblik kan er met 0,6 tot 0,8 mg platina per cm² MEA een
energiedichtheid van 0,7 W per cm² MEA worden bereikt. Voor een brandstofcel van 85 kW
komt dit neer op 72 tot 94 gram benodigd platina. (GASTEIGER H.A. et al., 2005)
Hoewel de huidige hoeveelheden platina per brandstofcel al veel verminderd is tegenover de
brandstofcellen van begin jaren ’90, is nog altijd een vijfvoudige reductie vereist. Dit is niet
alleen noodzakelijk om de kostprijs van de brandstofcel te drukken, maar ook omdat de
46
toevoer van platina beperkt is. In het jaar 2000 werd 155.000 kg platina geproduceerd10.
Zonder productieverhoging en met de huidige technologie kunnen slechts anderhalf tot twee
miljoen brandstofcelauto’s per jaar worden geproduceerd. De productie van platina in de
mijnen kan wel nog worden verhoogd. Bovendien kan er een aanzienlijke hoeveelheid platina
gerecycleerd worden uit de katalysatoren van afgedankte voertuigen. (HILLIARD H.E., 2000;
GASTEIGER H.A. et al., 2005)
De vermindering van het benodigde platina kan op twee manieren worden bereikt. Eerst en
vooral kan men proberen de energiedichtheid te verhogen tot 0,8 of 0,9 W per cm² MEA.
Hierdoor is minder cm² MEA (en dus ook minder platina) nodig voor dezelfde output. De
tweede methode, waarbij men de huidige energiedichtheid behoudt, is het benodigde platina
per cm² MEA verminderen tot 0,15 mg. Om dit te bereiken is nog veel onderzoek vereist.
(GASTEIGER H.A. et al., 2005)
IV.7. Duurzaamheid
Doordat een brandstofcel vrijwel geen bewegende onderdelen bevat, zou men kunnen
verwachten dat ze zeer duurzaam is. Echter de katalysatoren en de elektrolyten zijn
onderhevig aan degradatie, vooral door onzuiverheden in de waterstof en in de lucht.
Bovendien worden brandstofcellen in laboratoria ontwikkeld. Een goede werking in het
laboratorium betekent niet noodzakelijk dat de brandstofcel dezelfde prestaties in de praktijk
kan neerzetten. Op dit ogenblik gaat veel aandacht uit naar het testen van de duurzaamheid
van de brandstofcellen bij omstandigheden uit het dagelijkse gebruik. Een voorbeeld hiervan
is een project van DaimlerChrysler (zie supra, blz. 23). Tot in 2007 zullen verscheidene
klanten van deze autoconstructeur in vier regio’s in de wereld deelnemen aan deze
duurzaamheidtest. 60 voertuigen van het type Mercedes A-klasse F-Cell worden hiervoor
ingezet. Volgens het plan moet elke auto 16.000 km per jaar afleggen. (DaimlerChrysler,
2005)
10 De belangrijkste producenten van platina zijn Zuid-Afrika en Rusland met een productie van respectievelijk
115.000 en 30.000 kg platina in het jaar 2000. Kleinere producenten zijn Canada en de Verenigde Staten.
47
IV.8. Bevriezing elektrolyt
De elektrolyt van de PEMFC en de DMFC steunt op de aanwezigheid van water voor de
geleiding van de elektronen. Bij temperaturen onder het vriespunt bevriest het water, maar
niettemin moet de brandstofcel kunnen worden opgestart. Ballard Power Systems (zie supra,
blz. 23) heeft al een brandstofcel gedemonstreerd die herhaaldelijk kan worden opgestart bij
een temperatuur van 20°C onder het vriespunt. Bij de test wordt de brandstofcel en de
randapparatuur afgekoeld tot -20°C. Vervolgens wordt de brandstofcel opgestart, op volle
kracht gebracht en vervolgens terug afgezet. Daarna wordt gewacht tot de brandstofcel terug
de omgevingstemperatuur van -20°C heeft bereikt. Deze cyclus wordt vijftig keer herhaald.
Bij -20°C heeft de huidige brandstofcel van Ballard 100 seconden nodig om 50 procent van
zijn potentiële kracht te ontwikkelen. In het jaar 2010 wil Ballard een opstarttijd bereiken van
30 seconden bij een temperatuur van 30°C onder nul. (Ballard Power Systems, 2005b; Ballard
Power Systems, 2005c)
IV.9. Veiligheid
Waterstof is licht ontvlambaar en dus potentieel gevaarlijk. Rond de term ‘waterstof’ hangt
daarom meestal een negatieve connotatie. Dit werd mede in de hand gewerkt door onder
andere de ramp met de Hindenburg11 en de waterstofbom. Nochtans is deze slechte reputatie
niet terecht. Ook brandstoffen zoals benzine of aardgas zijn licht ontvlambaar en dus
potentieel gevaarlijk. Bovendien is er absoluut geen relatie tussen de waterstofbom en de
waterstof voor transportdoeleinden. Niettemin houdt waterstof een aantal gevaren in.
(NORBECK J.M. et al., 1996)
Een eerste kenmerk van waterstof dat voor gevaar kan zorgen, is dat het gas onzichtbaar en
reukloos is. Daardoor is een lekkende tank moeilijk op te merken. Door het toevoegen van
kleine hoeveelheden kleurstoffen of geurstoffen kan dit worden opgelost. (NORBECK J.M. et
al., 1996)
11 De Hindenburg was een met waterstof gevulde zeppelin. In 1937 maakte het luchtschip zijn eerste vlucht van
Frankfurt naar New York. Bij zijn aankomst vatte de Hindenburg vuur. Hierbij kwamen 36 mensen om, 62
mensen overleefden de ramp.
48
Het grootste gevaar is dat de waterstof vuur vat of ontploft. Opdat dit zich zou voordoen,
moet er voldoende waterstof, zuurstof en een minimale hoeveelheid ontstekingsenergie (0,02
mJ) aanwezig zijn. Deze minimale ontstekingsenergie is vrij laag, waardoor moet worden
opgelet voor vonken afkomstig van elektrische apparaten. Bovendien heeft waterstof een hoge
verbrandingssnelheid. We merken bovendien op dat een waterstofbrand niet veel warmte
produceert en in het daglicht niet zichtbaar is. Waterstof heeft wel als voordeel dat het zeer
snel verspreidt en opstijgt in de lucht. In open ruimtes zal een lek niet snel voor brand of
ontploffing zorgen omdat de diffusie van waterstof snel genoeg verloopt. In een gesloten
ruimte daarentegen verspreidt waterstof zich over de volledige ruimte. Wanneer genoeg
waterstof lekt en er een minimale ontstekingsenergie aanwezig is, kan dit tot verbranding (of
in het ergste geval tot ontploffing) leiden. Dit kan voor problemen zorgen in ondergrondse
parkeergarages wanneer deze niet voldoende verlucht worden. (NORBECK J.M. et al., 1996)
Waterstof op zich is niet giftig en bij de verbranding met zuurstof komen geen giftige stoffen
vrij. Bij verbranding met andere gassen kan waterstof verstikkend werken. Ook hier kan een
ventilatiesysteem in gesloten ruimtes als oplossing dienen. (NORBECK J.M. et al., 1996)
IV.10. Besluit
De brandstofcel moet een aantal hindernissen overwinnen opdat ze rijp zou worden voor
marktintroductie. Deze hindernissen bevinden zich zowel op het gebied van de
brandstoftechnologie zelf, als op vlak van de infrastructuur. In de eerste plaats moet waterstof
geproduceerd worden, daar deze stof niet ongebonden aanwezig is in de vrije natuur. Hiervoor
bestaan verschillende methoden, afhankelijk van de grondstof die men gebruikt.
Mogelijkheden zijn: elektrolyse (uit water), steam reforming en partial oxidation (beiden uit
fossiele brandstoffen), vertering in anaërobe fase en thermochemische behandeling (beiden uit
biomassa). Vervolgens moet waterstof ontdaan worden van bepaalde onzuiverheden als CO,
waterstofsulfide, mierenzuur en zwaveldioxide.
Het transport van waterstof kan geschieden in gasvormige toestand (in hogedrukcilinders, in
buizenopleggers of in pijpleidingen), in vloeibare toestand (in dubbelwandige opslagtanks of
geïsoleerde pijpleidingen), in hydriden en door adsorptie in koolstof. Voor grote
49
hoeveelheden zijn pijpleidingen de aangewezen methode, voor kleinere hoeveelheden is
transport onder druk, in hydriden en door adsorptie in koolstof voordeliger. Het is nu reeds
mogelijk waterstof tot bij een tankstation te brengen, maar het aantal waterstoftankstations is
nog veel te klein om aan de behoeften van de consument te voldoen. Zolang er geen
waterstoftankstations zijn, zullen autoconstructeurs niet starten met de massaproductie van
brandstofcelvoertuigen. Aan de andere kant zullen investeerders geen waterstoftankstations
bouwen, zolang er geen brandstofcelvoertuigen beschikbaar zijn.
Bovenstaande hindernissen hebben vooral te maken met een tekort aan de nodige
infrastructuur. Op technologisch vlak zijn tevens een aantal barrières te overwinnen.
Vooreerst is er de gebrekkige opslagcapaciteit voor waterstof. Waterstof kan worden
opgeslagen in gasvormige toestand (in druktanks), in vloeibare toestand, in een hydride
(metaalhydride of chemische hydride) of door adsorptie door koolstof. Deze methoden
hebben te kampen met een lage volumedichtheid, een lage energiedichtheid of een hoge
kostprijs. Bovendien is de kostprijs van de brandstofcel zelf vrij hoog, voornamelijk door het
gebruik van platina. De duurzaamheid van de brandstofceltechnologie is overigens
onvoldoende getest in dagelijkse omstandigheden. Op dit moment wordt op dit vlak een
inhaalbeweging gemaakt, met talrijke demonstratie- en pilootprojecten. Verder steunt de PEM
brandstofcel op water voor de geleiding van elektriciteit. Bij temperaturen onder het vriespunt
heeft de brandstofcel het moeilijk om snel op te starten. Ten slotte moet gewezen worden op
het gevaar dat schuilt in het werken met waterstof. Dit mag weliswaar niet worden overdreven,
aangezien waterstof qua veiligheid op vele vlakken beter scoort dan andere brandstoffen.
Een andere hindernis voor de brandstofceltechnologie wordt gevat in de term carbon lock-in.
Dit kan gezien worden als een institutionele barrière en wordt verder besproken in het
volgende hoofdstuk.
50
HOOFDSTUK V: CARBON LOCK-IN
In de vorige hoofdstukken werden al heel wat problemen genoemd waar de
brandstofceltechnologie mee te kampen heeft. Daarbovenop komt nog het feit dat de fossiele
brandstoffen volledig in onze maatschappij zijn ingewerkt, wat het voor alternatieve
brandstoffen moeilijk maakt om door te breken. Dit wordt de carbon lock-in genoemd.
In een eerste punt wordt de betekenis van de term carbon lock-in afgebakend. Daarna worden
de verschillende oorzaken van de carbon lock-in nader besproken. In een volgend punt wordt
de term Techno-Institutional Complex toegelicht. Vervolgens worden een aantal theorieën en
ideeën over het opheffen van de carbon lock-in uiteengezet. Dit hoofdstuk wordt afgesloten
met twee praktische voorbeelden waarin de theorie die in dit hoofdstuk werd uiteengezet,
wordt toegepast.
V.1. Omschrijving (carbon) lock-in
De energiesystemen die gebaseerd zijn op fossiele brandstoffen brengen veel negatieve
externe effecten met zich mee, zoals de uitstoot van broeikasgassen en andere schadelijke
stoffen. Ondanks deze effecten kennen de fossiele brandstoffen een groot succes en het
gebruik ervan is wereldwijd verspreid. Nochtans zijn er alternatieve technologieën
beschikbaar die het milieu minder beschadigen. Alleen hebben die laatste het moeilijk om de
energiesystemen op basis van fossiele brandstoffen te vervangen. Vanuit deze vaststelling is
de term carbon lock-in ontstaan. (UNRUH G., 2000)
De economie en de maatschappij in zijn geheel zijn volledig afhankelijk van fossiele
brandstoffen. Algemeen betekent lock-in dat alternatieve technologieën door de dominante
technologieën verhinderd worden om tot de markt door te dringen omdat de dominante
technologie is ingeburgerd. In het geval van de carbon lock-in kan men stellen dat de
ontploffingsmotor op benzine en diesel teveel is ingewerkt in onze maatschappij, waardoor
alternatieven het zeer moeilijk hebben om zich te ontwikkelen. Het concept van carbon lock-
in helpt bij het begrijpen van de macro-economische barrières die de diffusie van
milieuvriendelijke technologieën bemoeilijken. (UNRUH G., 2000)
51
V.2. Oorzaken carbon lock-in
De verschillende redenen voor het ontstaan van de carbon lock-in worden onderverdeeld in
vijf categorieën, namelijk technologische, organisatorische, industriële, sociale en
institutionele oorzaken.
V.2.1. Technologische oorzaken
Technologie moet hier gezien worden als kennis vervat in onderling afhankelijke systemen en
subsystemen. Belangrijk hierbij is het niveau van analyse. Zo kan men het systeem van
transport met de auto zien als een geheel dat bestaat uit verschillende onderling afhankelijke
technologische systemen zoals de auto, wegen, verkeerslichten, tankstations, … Maar men
kan de auto zelf eveneens zien als een verzameling van afhankelijke technologische systemen
zoals de motor, de ophanging, de remmen, enz. (UNRUH G., 2000)
Volgens de zuivere economische theorie met perfecte markten en perfecte informatie, zou een
nieuwe en superieure technologie vrij snel de huidige dominante technologie vervangen. In de
praktijk is echter gebleken dat dit niet altijd zo is. Strategie, timing en historische
omstandigheden bepalen mee welke technologie de nieuwe standaard wordt. Op die manier
worden soms inferieure technologieën dominant in de maatschappij. In het begin van de 20ste
eeuw woedde er een hevige competitie tussen verschillende aandrijvingen ter vervanging van
het paard en kar. Mogelijkheden waren de aandrijvingen met stoom of elektriciteit en de
interne verbrandingsmotor (internal combustion engine of ICE). De ICE werd in het begin
gezien als de slechtste kandidaat, ondermeer omdat die motor luidruchtig, vervuilend en
ingewikkeld was. Toch werd de ICE de dominante design doordat benzine toen zeer
goedkoop was. Deze lock-in van de ICE zorgde ervoor dat de producenten van stoom- en
elektrische aandrijvingen uit de markt werden verdreven. Er ontstond een oligopolie en de
overblijvende fabrikanten spitsten zich toe op procesinnovatie in plaats van productinnovatie.
Ondertussen zijn we honderd jaar verder en is de ICE nog altijd de dominante design.
(UNRUH G., 2000)
52
V.2.2. Organisatorische oorzaken
Hier kan op het voorbeeld van de ICE verder worden gebouwd. Wanneer men de organisatie
van een autoconstructeur bekijkt, valt op dat de projecten voor de ontwikkeling van nieuwe
motoren opgedeeld worden naar de onderdelen van de ICE, bijvoorbeeld de ontsteking,
brandstoftoevoer, enz. Doordat de ICE niet in zijn geheel wordt ontwikkeld, maar enkel
aparte onderdelen, kan de dominante design niet in vraag worden gesteld. De dominante
design zit vast in de organisatorische structuur. (UNRUH G., 2000)
Bedrijven ontwikkelen en verfijnen continu de dominante design (zie infra, blz. 72). Hierdoor
ontstaat een proces van het incrementeel opbouwen van knowhow. Ze richten zich dan ook
liever op het verder uitbouwen van de huidige kennis van zaken dan op het ontwikkelen van
alternatieven die hun huidige kennis teniet zou doen. Dit wordt nog versterkt doordat
populaire managementtechnieken zoals integrale kwaliteitszorg en kaizen de nadruk leggen
op het continue verbeteren. Bovendien wordt bij het toewijzen van de budgetten de voorkeur
gegeven aan projecten voor kostenreductie of kwaliteitsverbetering. (HALL J. en KERR R.,
2003; UNRUH G., 2000)
V.2.3. Industriële oorzaken
Het ontwikkelen van een auto of de aandrijving van een auto steunt op een complex netwerk
van relaties tussen de autoconstructeur en leveranciers van technologieën en grondstoffen. De
verschillende industrieën ontplooien zich naast elkaar, maar ze zijn wel complementair en
afhankelijk van elkaar. Hierdoor kunnen economies of scope ontstaan, waarbij verschillende
industrieën profiteren van het onderling uitwisselen van knowhow of van het
gemeenschappelijk gebruiken van grondstoffen. Deze effecten kunnen voor een langdurige
lock-in zorgen als de invoering van een nieuwe technologie gecoördineerde veranderingen
vereist tussen verscheidene industrieën. Ontwikkelaars hebben er alle vertrouwen in dat hun
innovatie de nieuwe dominante design wordt en dat tevens de nodige investeringen in
ondersteunende netwerken zullen volgen. Soms kan het echter te riskant zijn om de
marktintroductie te financieren omdat de investeringen irreversibel zijn. Dezelfde onzekerheid
verhindert de ondersteunende industrieën om mee te stappen in het investeringsproject.
(SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005; UNRUH G., 2000)
53
Door de vorming van een complex netwerk van technologieën en industrieën groeit de nood
aan afspraken en standaarden. Door het introduceren van standaarden daalt de onzekerheid
betreffende de nieuwe technologieën. Investeringen worden hierdoor aangemoedigd.
Standaarden kunnen door private organisaties, zoals ISO (International Standards
Organization), of door de overheid worden bepaald. Nieuwe technologieën vereisen soms het
aanpassen of afschaffen van bepaalde standaarden. Dit vraagt echter enige tijd en, vooral,
voldoende vertrouwen in de nieuwe technologie waardoor de lock-in van de huidige
dominante technologie wordt verstevigd. (UNRUH G., 2000)
De manier waarop bedrijven zich financieren kan eveneens de lock-in van de dominante
design versterken. Het kapitaal voor nieuwe investeringen wordt vooral gehaald uit de interne
cashflow of uit de gecumuleerde winsten. Producenten van de dominante design maken veel
winst en zullen hiermee hun knowhow van de dominante design verdiepen. Dit creëert een
lock-in in de bestaande technologieën. Bovendien kunnen financiële instellingen dit effect nog
versterken wanneer ze verkiezen risicovrij te beleggen. Aangezien bedrijven die alternatieve
technologieën ontwikkelen en vervaardigen zich nog moeten bewijzen, is het voor hen
moeilijk en duur om een lening te verkrijgen. (UNRUH G., 2000)
V.2.4. Sociale oorzaken
Een belangrijke sociale oorzaak van lock-in is dat consumenten afkerig staan tegenover
veranderingen. In een democratie, waar de overheid verkozen is door het volk (de
consumenten), wil de overheid handelen naar de wensen van het volk. Hierdoor zal ze slechts
kleine en incrementele veranderingen (zie infra, blz. 72) doorvoeren. Het doorvoeren van
grote, radicale veranderingen, die nodig zijn voor het opheffen van de carbon lock-in, durft de
overheid niet doorvoeren. Hierdoor blijft de huidige dominante design ‘locked-in’. (UNRUH
G., 2000)
Bovendien wordt de auto tegenwoordig als meer aanzien dan alleen maar een transportmiddel.
Grote en krachtige auto’s stralen een status van rijkdom uit. Een nieuwe technologie wordt
dan ook altijd beoordeeld op basis van de karakteristieken van de huidige dominante
technologie. Slechts enkele consumenten zullen aanvaarden dat hun nieuwe auto minder
54
vermogen heeft, in ruil voor meer milieuvriendelijkheid. Zo werd een systeem van
Volkswagen, dat de motor van de auto aflegt tijdens het stilstaan of vertragen, totaal niet
geaccepteerd door de consument. Nochtans kon men via dit systeem twintig tot dertig procent
brandstof besparen. Consumenten vreesden echter dat de auto niet meer zou herstarten, wat
hen in schaamte zou brengen. (HALL J. en KERR R., 2003)
V.2.5. Institutionele oorzaken
Vorige oorzaken bevonden zich op het niveau van de consument, het bedrijf of de industrie.
In dit punt worden de barrières besproken die door instituten worden gecreëerd. Hierbij wordt
een onderscheid gemaakt naar private en publieke instanties. Private instanties zijn onder
andere de vakbonden, de automobielclubs en de media. Publieke instituten zijn enerzijds de
overheid zelf en anderzijds organisaties die ingericht zijn door de overheid. (UNRUH G.,
2000)
a) Private organisaties
De private organisaties ontwikkelen zich naast de industrie, maar hebben wel een belangrijke
invloed op de evolutie en lock-in van de dominante design. Gebruikers en professionals van
een ontwikkelende technologie ontdekken hun gemeenschappelijke noden en belangen en
verenigen zich in belangengroepen. Volgens UNRUH G. creëren deze organisaties lock-in
door “coalition building, voluntary association and the emergence of societal norms and
customs (UNRUH G., 2000, blz. 823)”. Daarnaast bezitten ze vaak ook politieke macht door
via lobbywerk de belangen van het technologische systeem te verdedigen. (UNRUH G., 2000)
Bovenstaande bevindingen kunnen geïllustreerd worden aan de hand van een toepasselijk
voorbeeld, namelijk de opkomst van de auto(mobiel). Verschillende organisaties
ontwikkelden zich samen met de auto-industrie. Zo ontstond er een nood aan gespecialiseerde
arbeidskrachten voor de reparatie van auto’s. Dit leidde tot het oprichten van technische
scholen. Ook nieuwe academische disciplines werden opgezet voor het uitbreiden van de
knowhow rond de dominante design. Op dezelfde manier werden vakbonden en industriële
organisaties opgericht ter bescherming van de eisen van respectievelijk de werknemers en de
auto-industrie in zijn geheel. (UNRUH G., 2000)
55
Ook journalisten kunnen een belangrijke invloed hebben op de lock-in of op het onsnappen
aan de lock-in. Zij bepalen voor een deel de verwachtingen, de voorkeur en de houding van de
consumenten tegenover een opkomende dominante design. (UNRUH G., 2000)
Het oliebedrijf ExxonMobil probeert van deze organisaties op een dubieuze manier gebruikt
te maken om verdeeldheid te zaaien betreffende de klimaatverandering. In de periode van
2000 tot 2003 betaalde ExxonMobil een 40-tal denktanks, mediakanalen en consumenten- en
mensenrechtenorganisaties voor het verspreiden van kritiek over de voorspelde
klimaatverandering. In totaal werd hiervoor een bedrag van acht miljoen USD uitgetrokken.
Via deze weg probeert ExxonMobil de carbon lock-in te versterken en de eigen machtspositie
te vrijwaren. (MOONEY C., 2005)
b) Publieke organisaties
De lock-in die werd gecreëerd door de hiervoor aangehaalde oorzaken kan nog worden
versterkt door het ingrijpen van overheidsorganisaties of door de wetgeving. Twee belangrijke
redenen kunnen hiervoor worden aangehaald. Als eerste wordt gesteld dat de overheid boven
de markt staat. Met andere woorden: ze bepaalt de regels die in de markt gelden. Bijvoorbeeld,
tijdens de ontwikkeling van nieuwe technologieën kan de overheid via haar beleid een
voorkeur voor een bepaalde technologie laat blijken. Hierdoor kan ze de onzekerheid met
betrekking tot deze technologie op de markt wegnemen, waardoor deze wordt bevoordeeld.
Dit kan leiden tot een lock-in van deze technologie. Een tweede reden is dat
overheidsinstellingen de neiging hebben om een beleid, eenmaal geïnstalleerd, voor een
langere tijd aan te houden. Voorbeelden van lock-in door private organisaties zijn monopolies
die van overheidswege vastgelegd zijn en de door de staat gesponsorde standaarden en
technologieën. (UNRUH G., 2000)
V.3. Techno-Institutional Complex (TIC)
De term Techno-Institutional Complex of TIC wordt ingevoerd omdat sommige ingewikkelde
technologische systemen, zoals de infrastructuur voor autotransport (met auto’s, wegen,
tankstations, verkeersregels, enz), beter begrepen kunnen worden als één geheel. Ze worden
gezien als een complex systeem van technologieën die zijn verstrengeld in verschillende
56
takken van de maatschappij. Tijdens de ontwikkeling van een nuttige technologie, kan een
TIC een belangrijke rol spelen in het vergemakkelijken van de diffusie (zie infra, blz. 78)
ervan. Eenmaal een TIC ontwikkeld is, laat ze zich zeer moeilijk vervangen door alternatieve
technologieën, zelfs wanneer de alternatieven grote voordelen vertonen ten opzichte van de
heersende TIC. Andere gebruikte termen voor een TIC zijn technologiecluster en techno-
economisch paradigma. (UNRUH G., 2000; SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)
V.4. Opheffen carbon lock-in
Dit onderdeel wordt in drie delen opgesplitst. In een eerste deel worden de verschillende
niveaus beschreven waarop een beleidsaanpassing kan worden doorgevoerd. Het tweede deel
beschrijft een aantal concrete voorstellen tot aanpassing van het beleid die moeten leiden tot
het opheffen van de carbon lock-in. Vervolgens wordt de weerstand tegen veranderen van de
publieke opinie en de gevolgen daarvan op het beleid beschreven. In een laatste punt wordt
verteld welke aanpassingen van de industrie worden verwacht.
V.4.1. Niveau van beleidsaanpassing
Hoe langer gewacht wordt met de introductie van milieuvriendelijke alternatieven voor de
verbrandingsmotor, des te groter de klimaatverandering zal zijn. Het zo snel mogelijk
introduceren van deze nieuwe technologieën is dan ook een grote uitdaging. Politici kunnen
via beleidsaanpassingen oude technologieën het vuur aan de schenen leggen, of nieuwe
technologieën stimuleren. Hiervoor zijn drie methodes: de end-of-pipe benadering, de
continue en de discontinue benadering. (UNRUH G., 2002)
De end-of-pipe benadering (EOP) stelt dat het systeem in zijn geheel behouden blijft, enkel de
emissie van uitlaatgassen wordt herzien. Deze methode wordt meestal als eerste gebruikt
omdat het slechts minimale veranderingen in het systeem vereist. De EOP benadering bewaart
de bestaande infrastructuur en voegt additionele technologieën toe, vooral aan de outputzijde
van het systeem (bijvoorbeeld het uitrusten van dieselauto’s met een roetfilter). Dit heeft ook
als gevolg dat de methode zeer populair is. Als nadeel kan worden opgemerkt dat het
onderliggende systeem nooit in vraag wordt gesteld. (UNRUH G., 2002)
57
Wanneer EOP onvoldoende resultaten biedt, kan worden overgeschakeld op de continue
benadering. Hierbij worden bepaalde onderdelen van het systeem herzien en vervangen. De
algemene structuur van het systeem blijft daarbij gespaard van veranderingen. Er wordt
telkens voor gezorgd dat er zoveel mogelijk overeenkomst is tussen de nieuwe en de oude
onderdelen. Ook Thomas Alva Edison had dit begrepen toen hij zijn uitvinding (de gloeilamp)
wou verkopen. Hierbij moest hij concurreren tegen de dominante design van toen, namelijk de
stadsverlichting op gas. Edison maakte gebruik van verschillende technieken om de
conceptuele en fysieke continuïteit tussen beide systemen te garanderen. Zo omschreef hij zijn
elektrische verlichting zoveel mogelijk in termen van de gasverlichting. Hij maakte ook
gebruik van het buizennetwerk voor gas om de draden voor elektriciteit te leggen en hij
gebruikte de gaslantaarns om zijn lampen in te draaien. (UNRUH G., 2002)
De derde methode is de meest ingrijpende. Hierbij doet er zich een radicale verandering voor.
Het volledige systeem wordt opgeheven en vervangen door een nieuw en superieur systeem.
Dit beleid kan dan ook als discontinu omschreven worden. In het verleden zijn enkele
voorbeelden van discontinue veranderingen te vinden, zoals de omschakeling van
communicatie binnen het gezichtsveld naar communicatie op basis van telegrafie. Hoe
complexer het systeem, hoe moeilijker het wordt om een discontinue verandering door te
voeren. (UNRUH G., 2002)
Algemeen kan aangenomen worden dat de weerstand tegen verandering stijgt naarmate de
verandering groter is. Daarom verkiezen veel beleidsmakers de continue methode boven een
discontinu beleid wanneer EOP niet genoeg resultaat oplevert. Hierbij moeten wel twee
opmerkingen worden gemaakt.
Ten eerste is het onderscheid tussen continu en discontinu afhankelijk van de schaal waarop
men kijkt. Zo zou het vervangen van de verbrandingsmotor (ICE) door een brandstofcel
continu zijn op het niveau van het autotransportsysteem (bijvoorbeeld op het vlak van wegen
en verkeersregels). Wanneer echter de schaal verkleind en gekeken wordt naar het
aandrijfmechanisme van een auto, dan is de omschakeling naar de brandstofcel discontinu. De
verbrandingsmotor wordt immers volledig vervangen door de combinatie van de brandstofcel
en de elektromotoren. Voor de fabrikanten van de ICE is de omschakeling discontinu.
Een tweede belangrijke opmerking is dat het maximaliseren van de continuïteit in de
overgang naar een nieuw systeem kan zorgen voor een lagere performantie. Doordat op
bepaalde punten de continuïteit met het oude systeem moet worden verzekerd, wordt de
58
efficiëntie van het nieuwe systeem niet optimaal benut. Zo zou men bij de omschakeling naar
brandstofcellen ervoor kunnen kiezen om gebruik te maken van de bestaande infrastructuur
om benzine te tanken. In de auto wordt dan een omvormer geïnstalleerd om benzine om te
zetten in waterstof. Een meer discontinue methode zou zijn om een nieuw distributienetwerk
op te bouwen voor waterstof. Studies hebben aangetoond dat systemen voor het direct tanken
van waterstof een betere efficiëntie vertonen over het volledige systeem. Ze vereisen echter
ook een grotere investering. Het maximaliseren van de continuïteit op korte termijn kan dus
zorgen voor een suboptimale oplossing op langere termijn. (UNRUH G., 2002; HOOGERS
G., 2003b)
V.4.2. Effectieve beleidsaanpassingen
In dit onderdeel worden eerst een aantal mogelijke beleidsaanpassingen besproken.
Achtereenvolgens worden het invoeren van een prijs op CO2-uitstoot, het steunen van de
ontwikkeling van nieuwe technologieën en het Stategic Niche Management toegelicht. Daarna
worden enkele voorwaarden behandeld waaraan een beleid moet voldoen, namelijk het moet
uitgebalanceerd, juist getimed en continu zijn. In een laatste punt wordt het belang van het
onderhouden van de technologische diversiteit uitgelegd.
a) Invoering prijs op CO2-uitstoot
Het voor de hele economie invoeren van een prijs op CO2-uitstoot12 wordt aangehaald als één
van de meest kosteneffectieve manieren om de CO2-uitstoot naar beneden te halen. Het
invoeren van de prijs op CO2-uitstoot leidt tot (i) een verhoging van de competitiviteit van
koolstofneutrale technologieën, (ii) een verhoging van de energieprijs (dit lokt op zijn beurt
verbeteringen in energie-efficiëntie uit) en (iii) een stimulans voor de private sector om
technologieën te ontwikkelen voor een meer geavanceerde toevoer, omzetting en eindgebruik
van energie. Onder andere Noorwegen en Zweden hebben dit systeem met succes ingevoerd.
De prijs van de CO2-uitstoot kan op twee manieren worden bepaald, namelijk via een
belasting (een vast bedrag per eenheid CO2) of via een cap-and-trade systeem. (SANDÉN
B.A. en AZAR C., 2005)
12 Het invoeren van een prijs op de uitstoot kan ook ingevoerd worden voor andere vervuilende stoffen naast CO2.
59
Van het cap-and-trade systeem bestaan twee varianten, het absolute en het relatieve cap-and-
trade systeem. Bij het absolute cap-and-trade systeem wordt een algemene limiet (de “cap”)
voor een bepaalde vervuilende stof (in dit geval CO2) opgesteld. Deze limiet geldt voor een
bepaalde tijdsperiode en in een bepaald gebied. Voor de hoeveelheid van de limiet worden
toelatingen tot vervuilen of uitstootrechten opgesteld. Een vervuiler kan dus enkel CO2
uitstoten wanneer hij daarvoor een uitstootrecht heeft, en enkel voor de hoeveel die bepaald is
in het uitstootrecht. De uitstootrechten zijn verhandelbaar zodat hiervoor een markt ontstaat.
Een vervuiler kan dus kiezen tussen het kopen van extra uitstootrechten of investeren in
uitrusting om de uitstoot te reduceren. In het relatieve cap-and-trade systeem wordt de limiet
niet globaal bepaald, maar in relatie met een bedrijfsactiviteit. Zo kan bijvoorbeeld de
maximale hoeveelheid CO2-uitstoot per ton staalproductie worden bepaald. Ook hier kunnen
uitstootrechten verkocht en verhandeld worden. (KUIK O. en MULDER M., 2004)
b) Ontwikkeling nieuwe technologieën steunen
Ondanks dat de prijs op CO2-uitstoot met succes werd ingevoerd in een aantal landen in
Scandinavië, blijkt het zeer moeilijk om dit systeem voor de rest van de wereld in te voeren.
Bovendien is vastgesteld dat deze techniek niet aanspoort tot het verder ontwikkelen van
koolstofneutrale technologieën zoals de brandstofcel. De kans dat deze technologieën zich
zonder de hulp van de overheid kunnen ontwikkelen en concurrentieel worden in de markt is
zeer klein. De politiek heeft een brede waaier aan mogelijkheden voor het ondersteunen van
de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Zo kan ze bijvoorbeeld het O&O van
koolstofneutrale technologieën subsidiëren. Het is belangrijk dat niet alleen het
wetenschappelijk onderzoek naar de technologie zelf gesubsidieerd wordt, maar wel het
volledige proces van innovaties tot aan de marktintroductie. (SANDÉN B.A. en AZAR C.,
2005)
Het geven van demonstraties is een tweede mogelijkheid van overheidssteun. Zowel de
performantie van het systeem als de feedback van de gebruikers worden hierbij gemeten. Een
demonstratie is ook de ideale gelegenheid om een nieuwe technologie in de media te brengen
en om de betrokkenheid van de consumenten te verhogen. Een voorbeeld van een
demonstratie is de Fuel Cell Marathon van GM met de Opel Zafira HydroGen 3 (zie supra,
blz. 20). Hierbij werd met deze brandstofcelwagen vanuit het meest noordelijke punt van
Europa (het Noorse Hammerfest) naar het meest westelijke punt van het Europese vasteland
60
(Cabo da Roca in Portugal) gereden. Onderweg hield men halt in een aantal grote Europese
steden zoals Brussel en Londen om de auto voor te stellen aan pers en publiek. In totaal legde
men 9.696 km af in 38 dagen. (GM Fuel Cell Marathon; SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)
De politiek kan eveneens de vorming van een netwerk rond de nieuwe technologie helpen
verbreden door het organiseren van conferenties, meetings en workshops en door het
ontwikkelen van organisaties voor de bevordering van de samenwerking. Een variant hiervan
is het Strategic Niche Management dat in het volgende punt wordt besproken. Een aantal
andere mogelijkheden zijn het stimuleren van de standaardisatie, het ontwikkelen van nieuwe
infrastructuur en het aanpassen van het onderwijs (zodat de nieuwe industrieën bevoorraad
kunnen worden met bekwame vakmensen). (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)
c) Strategic Niche Management
Bij het Strategic Niche Management (SNM) wordt op de markt gezocht naar niches van
waaruit een nieuwe technologie zich kan ontwikkelen, de zogenaamde nursing markets. De
nichemarkten worden zo gekozen dat de kwaliteiten van de nieuwe technologie een belangrijk
voordeel leveren. Zelfs indien de markt te kampen heeft met een lock-in, kan SNM een
oplossing bieden. Aan de ene kant zijn de producenten van de dominante design niet
geïnteresseerd in de niches van de markt omdat ze hierin te weinig omzet kunnen halen. SNM
in nichemarkten wordt daarom niet gezien als een bedreiging voor de TIC. Aan de andere
kant is het gemakkelijker voor politieke instellingen om projecten in nichemarkten te
ondersteunen. Beleidsmakers ondervinden hierbij geen tegenwind van de industrie en hun
belangengroepen. Bovendien komen ze hiermee tegemoet aan de eisen van actiegroepen om
iets te ondernemen tegen de klimaatsveranderingen. (JACOBSSON S. en BERGEK A., 2004;
UNRUH G. en CARRILLO-HERMOSILLA J., Forthcoming)
Het ontwikkelen van nieuwe technologieën in nichemarkten laat toe deze technologieën in de
praktijk te testen. Er wordt tevens rekening gehouden met de feedback die van de gebruikers
wordt verkregen. Het doel van SNM is om de technologie rijp en competitief te maken zodat
ze op nieuwe markten geïntroduceerd kan worden. Eerst volgt een uitbreiding naar bridging
markets, die het produceren van grotere volumes toelaten. Daarna volgt een volledige
marktintroductie. (JACOBSSON S. en BERGEK A., 2004)
61
Een voorbeeld van succesvol SNM is de industrie van windturbines in Denemarken. In de
jaren ’70 van de vorige eeuw ontstond de belangstelling voor deze technologie. Ervaring en
kennis over de windturbines werd verder uitgediept door kleine producenten en hobbyisten.
Deze groepen lobbyden vervolgens bij de Deense overheid voor steun. Deze werd ook
toegekend, onder de vorm van subsidies voor O&O en aanpassingen van bepaalde regels en
wetten. De Deense overheid kocht ook zelf heel wat windturbines aan. Dankzij al deze
inspanningen is Denemarken wereldleider op de markt van windturbines, met ongeveer de
helft van de markt in handen. (UNRUH G. en CARRILLO-HERMOSILLA J., Forthcoming)
Een SNM beleid voor brandstofcellen is vooral interessant voor voertuigen met voorspelbare
reiswegen, omdat er zo centrale tankstations voor waterstof kunnen worden gebouwd. Dit is
bijvoorbeeld het geval voor bussen van het openbare vervoersmaatschappijen. Stadsbussen
zijn naast de gecentraliseerde tankstations ook aantrekkelijk vanwege, de beschikbaarheid van
vakmensen, het vaste onderhoudsschema en het verhogen van de bekendheid van de
brandstofceltechnologie bij het brede publiek. Zo lanceerde de Europese Unie een project
waarbij 30 brandstofcelbussen ingezet worden in 10 Europese steden. Het project wordt
vervat onder de namen CUTE (Clean Urban Transport for Europe) en ECTOS (Ecological
City Transport System). De bussen van het type Mercedes-Benz Citaro werden in de loop van
2003 geleverd aan de steden Amsterdam, Barcelona, Hamburg, Londen, Luxemburg, Madrid,
Porto, Reykjavik, Stockholm en Stuttgart. (KARLSTRÖM M., 2005; Fuel cell car, bus fleets
launched by DaimlerChrysler, 2002)
d) Vicieuze cirkels, timing en continuïteit
Bij het uitstippelen van het beleid moet met een aantal factoren rekening worden gehouden.
Zo moet een beleid zowel een hoofdstuk bevatten voor het subsidiëren van het O&O als een
hoofdstuk over het stimuleren van de markt. Zonder O&O worden geen technologieën
ontwikkeld die op de markt kunnen worden gebracht en zonder marktstimulus kunnen de
ontwikkelde technologieën niet profiteren van leereffecten of schaaleffecten op de markt.
Wanneer een nieuwe technologie succesvol op de markt wordt gebracht, groeit de interesse
naar deze technologie. Dit zorgt op zijn beurt voor meer middelen voor O&O en een
verbetering van de technologie. Hierdoor wordt de diffusie nog aangemoedigd, zodat er terug
meer geïnvesteerd wordt in O&O, enz. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)
62
Een tweede vicieuze cirkel kan gevonden worden in de relatie tussen de adoptie van de
technologie en de institutionele veranderingen. Wanneer er meer onderzoek naar een
technologie gedaan wordt, groeien de belangengroepen en het netwerk van de technologie.
Deze grotere belangengroepen kunnen ook meer druk zetten op de beleidsmakers tot het
aanpassen van het beleid in hun voordeel. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)
Belangrijk is bovendien rekening te houden met de timing van de beleidsaanpassing. Zo is het
nutteloos om de markt te stimuleren voor een product of technologie die nog niet voldoende
volgroeid is. Omgekeerd is het ook nutteloos te investeren in het O&O van een product
wanneer het al klaar is om op de markt te worden gebracht of wanneer meer zou kunnen
worden bijgeleerd door het organiseren van demonstratie- en pilootprojecten. Dit klinkt
allemaal logisch, maar in de praktijk is soms moeilijk te bepalen of een technologie rijp
genoeg is voor een volgend stadium in het innovatieproces. (SANDÉN B.A. en AZAR C.,
2005)
Een beleid moet voorspelbaar zijn over een langere periode. Dit is niet altijd even
gemakkelijk wanneer regeringen elke legislatuur van bezetting veranderen. Het begin van de
ontwikkeling van een nieuwe technologie gebeurt door een select groepje wetenschappers.
Wanneer hun subsidies wegvallen door een onstabiel beleid, trekken ze weg naar andere
landen waar hun onderzoek wel wordt gesubsidieerd. Ze nemen hierbij ook al hun knowhow
mee. Een beleid moet dus gebalanceerd, getimed en stabiel zijn. (SANDÉN B.A. en AZAR C.,
2005)
e) Onderhouden van de technologische diversiteit
Wanneer verschillende technologieën in de running zijn om de dominante design te worden,
is het belangrijk de technologische diversiteit te behouden. In het geval dat een technologie
start met een voorsprong, kan ze hierdoor belangrijke kosten- en prestatievoordelen verkrijgen
door leer- en schaaleffecten. Deze technologie kan zo de rest uitsluiten en een lock-in creëren.
De technologie die op deze manier de dominante design wordt, is niet noodzakelijk de beste
optie op lange termijn. De weg die wordt ingeslagen kan evengoed een doodlopend pad zijn.
Op die manier wordt kostbare tijd verloren en dit omwille van twee redenen. Ten eerste
werden de potentieel betere technologieën niet verder ontwikkeld en is zo een belangrijke
achterstand opgelopen. In het slechtste geval gaat ook heel wat kennis verloren wanneer een
63
technologie wordt opgegeven door bedrijven of door vakmensen. Ten tweede kan de diffusie
van een doodlopende technologie zijn stempel drukken op de markt, zodat het voor
alternatieve technologieën nog moeilijker wordt om op de markt te komen. Beleidskeuzes die
een bepaalde technologie bevoordelen kunnen dus implicaties hebben over meerdere decennia.
(SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)
Een belangrijke taak van het beleid bestaat erin om vroegtijdige lock-in tegen te gaan.
Bijvoorbeeld voor de brandstofcelauto moet een strategische keuze worden gemaakt tussen
zuivere waterstof als brandstof of een alternatieve brandstof (zoals methanol, ethanol of
benzine), die dan in de auto eerst moet worden omgezet naar waterstof. Het voordeel van de
laatstgenoemde brandstoffen is dat ze vloeibaar zijn. Dankzij deze eigenschap zijn ze veel
gemakkelijker op te slaan in de auto zelf en kunnen ze gebruik maken van de huidige
infrastructuur om te tanken. Nadeel is echter dat de omvormer duur en energieverslindend is,
waardoor het rendement van het aandrijfgeheel lager is. Ook stoten deze voertuigen nog altijd
schadelijke stoffen uit, afhankelijk van welke brandstof er wordt gebruikt. Algemeen wordt
aangenomen dat de opslag van waterstof in de auto, dus zonder omvormer, op de lange
termijn de beste oplossing is. Hierbij zijn wel grote investeringen nodig voor de uitbouw van
de nodige infrastructuur voor de productie en het tanken van waterstof. Een beleid dat geen
rekening houdt met technologische diversiteit kijkt enkel op korte termijn. Een systeem met
brandstofomvormer zou dan verkozen worden als de beste technologie, met een lock-in van
deze technologie als gevolg. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005; HOOGERS G., 2003b)
V.4.3. Opheffen weerstand tegen verandering
Doordat de publieke opinie afkerig staat tegenover grote veranderingen, geven overheden de
voorkeur aan het geleidelijk aanpassen van haar beleid. Men hoopt hierbij dat
milieuvriendelijke technologieën op de markt komen voordat er onomkeerbare schade aan het
milieu ontstaat. In het debat over milieuvriendelijke technologieën zijn echter grotere
veranderingen nodig. Probleem hierbij is dat je in de politiek maar iets kan veranderen als de
publieke opinie daar klaar voor is. Overheden kunnen dan een poging doen om de publieke
opinie naar hun hand te zetten. (UNRUH G., 2002)
64
Een eerste methode is het sensibiliseren van de publieke opinie. Er wordt duidelijk gemaakt
dat onze omgeving ernstige schade ondervindt van de op fossiele brandstoffen gebaseerde
technologieën. Dit kan via wetenschappelijk onderzoek en onderwijs over de effecten op het
milieu. Het doel hiervan is om een kritische groep te creëren die aandringt op snelle politieke
actie. Het probleem met het vraagstuk van de klimaatsverandering is echter dat het één van de
meest complexe uitdagingen is. Daarom is het gemakkelijk voor leden van de TIC om
verdeeldheid en onzekerheid te verspreiden omtrent milieuvriendelijke technologieën (zie in
dit verband het voorbeeld van ExxonMobil, zie supra, blz. 55). (UNRUH G., 2002)
Indien vorige methode niet succesvol is, zit er niets anders op dan te wachten op een focusing
event. Dit is een belangrijke gebeurtenis die de aandacht van de publieke opinie op het
probleem vestigt, zoals een erkende klimaatcrisis. Dankzij het focusing event maakt de
publieke opinie een ommezwaai. Hiervan kunnen beleidsmakers profiteren om omvangrijke
veranderingen door te voeren. Een groot probleem hierbij is dat wetenschappers nog niet met
zekerheid een oorzaakgevolg relatie kunnen bevestigen tussen een klimaatcrisis en de
ophoping van broeikasgassen in de atmosfeer. Bovendien wordt de overheid gedwongen tot
het nemen van extreme maatregelen na een focusing event. Er wordt een nieuwe TIC
gecreëerd om de diffusie van de milieuvriendelijke technologieën te versnellen, maar deze
nieuwe TIC zal ongetwijfeld op zijn beurt voor nieuwe onvoorziene moeilijkheden zorgen.
“Elke nieuwe technologische infrastructuur of beleid mag niet gezien worden als ‘de
oplossing’ voor het klimaatprobleem, maar als een volgende stap in het ontwikkelingsproces
(UNRUH G., 2002, blz. 324)”. (UNRUH G., 2002)
V.4.4. Vereiste inspanningen van de industrie
Opdat er zich een markt voor de brandstofceltechnologie zou vormen, moet ook door de
bedrijven zelf een inspanning worden gedaan. Zo moeten er belangengroepen worden
gevormd om te lobbyen bij de beleidsmakers en moeten nieuwe bedrijven toetreden tot de
markt.
a) Vorming van belangengroepen
Wanneer verschillende spelers, die baat hebben bij de vorming van een markt voor de
brandstofceltechnologie, hun krachten bundelen, ontstaat een machtige belangengroep. Deze
65
belangengroep is veel sterker in het lobbyen bij de overheid dan alle spelers afzonderlijk.
Hierdoor kan het beleid van de overheid worden beïnvloed ten voordele van deze groep. De
ontwikkeling van een gemeenschappelijke visie betreffende de rol van de
brandstofceltechnologie is een sleutelfactor in dit proces. In het hier behandelde geval van de
brandstofceltechnologie, kunnen onder andere producenten en ontwikkelaars van de
brandstofcel, universiteiten en niet-commerciële organisaties (zoals Greenpeace) zich bij de
belangengroep aansluiten. (JACOBSSON S. en LAUBER V., Forthcoming)
b) Toetreding van nieuwe bedrijven
Nieuwe toetreders kunnen de industrie van de nieuwe technologie op drie manieren
beïnvloeden. Ten eerste brengt elk nieuw bedrijf vers kapitaal en kennis in de industrie. Ze
hebben een nieuwe visie op de industrie of experimenteren met nieuwe combinaties. Ten
tweede positioneren ze zich in een ongebruikte niche van de markt of komen ze tegemoet aan
een nieuwe vraag op de markt door bijvoorbeeld nieuwe toepassingen te ontwikkelen. Ten
derde ontstaan positieve externe voordelen, zoals het opleiden van gespecialiseerde
werkkrachten en het ontwikkelen van gespecialiseerde toeleveranciers. Vroege toetreders
versterken ook de belangengroep en daarmee ook de politieke macht van de industrie.
(JACOBSSON S. en LAUBER V., Forthcoming)
V.5. Praktijkvoorbeelden
In dit onderdeel worden twee voorbeelden uit de praktijk aangehaald die raakvlakken hebben
met de ontwikkeling van de brandstofcellen. Hierbij wordt vooral aangestipt wat de rol van de
overheid in deze gevallen is. Een eerste voorbeeld handelt over de ontwikkeling van de door
batterijen aangedreven voertuigen in Japan. Het tweede voorbeeld past de aanbevelingen van
de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technologies toe op de theorie van het
opheffen van de carbon lock-in. Deze werkgroep werd in oktober 2002 door de Europese
Commissie opgericht. In juni 2003 werd het rapport met de aanbevelingen gepresenteerd op
een conferentie te Brussel.
66
V.5.1. Batterijaangedreven voertuigen in Japan
De Japanse regering deed in de jaren ’70 al een eerste poging tot het opheffen van de carbon
lock-in. Het verlagen van de Japanse afhankelijkheid van olie uit het buitenland was hiervoor
de voornaamste reden. Elektriciteit en waterstof kwamen naar boven als mogelijke
alternatieven. Uiteindelijk werd gekozen voor voertuigen die zijn aangedreven door batterijen
en een elektrische motor. (ÅHMAN M., Forthcoming)
De verschillende programma’s die daarna werden uitgewerkt voor de ontwikkeling van een
elektrisch aandrijfgeheel en batterijen bestonden meestal uit drie onderdelen. In een eerste
fase werd het O&O naar de technologieën gesubsidieerd. Vervolgens werd de technologie
uitgewerkt in een prototype en gedemonstreerd. In de laatste fase werd overgegaan tot de
productie en een poging tot marktintroductie. Alle drie de fasen werden door de Japanse
regering gesubsidieerd. De rol van de overheid kan hier gezien worden als begeleider en
bestuurder van het ontwikkelingsproces. Hierbij zorgt ze voor ondersteuning van O&O, de
creatie van nichemarkten, het uitwerken van standaarden en het aanpassen van de wetgeving
voor het vergemakkelijken van de diffusie van de nieuwe technologie. (ÅHMAN M.,
Forthcoming)
Ondanks alle inspanningen van de Japanse regering, zijn de voertuigen op batterijen geen
succes. Toch zijn deze inspanningen niet voor niets geweest. Zo kan de huidige opkomst van
hybride voertuigen voor een deel toegeschreven worden aan de ontwikkeling van
aandrijfsystemen met batterijen. Een aantal componenten zoals de batterijen en de elektrische
motor zijn immers essentiële onderdelen van een hybride aandrijfsysteem. Japan was het
eerste land ter wereld waar een hybride voertuig, de Toyota Prius, gekocht kon worden op de
markt van personenvoertuigen. (ÅHMAN M., Forthcoming)
V.5.2. Aanbevelingen HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technologies
Het verslag van de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology (zie supra, blz.
13) vermeldt vijf acties die ondernomen moeten worden ter bevordering van waterstof als
energiedrager. Er zijn grote overeenkomsten tussen de aanbevelingen van de HLG for
67
Hydrogen and Fuel Cells Technology en de theorie voor het opheffen van de carbon lock-in
die in dit hoofdstuk werd besproken. (EUROPEAN COMMISSION, 2003)
Om te beginnen moet er werk gemaakt worden van een politiek kader rond duurzame energie.
Dit moet nieuwe technologieën toelaten om toe te treden tot de markt. Het beleid moet ook
consistent zijn, omdat dit de stabiliteit van de industrie verhoogt. Dit zorgt voor hogere
investeringen doordat het betere voorspellingen van de risico’s voor de investeerders mogelijk
maakt. In het politiek kader moeten ook onder andere volgende zaken vervat zitten: steun
voor pilootprojecten en demonstratieprojecten, promotie van maatregelen ter bevordering van
de energie-efficiëntie en het verwijderen of aanpassen van regels die de marktintroductie van
waterstof en brandstofcellen verhinderen. (EUROPEAN COMMISSION, 2003)
Ten tweede moet er op Europees niveau een strategische investeringsagenda opgesteld
worden die de nationale onderzoeksprogramma’s coördineert en stuurt. Door de krachten in
Europa te bundelen, wordt een substantiële massa van grondstoffen, inspanningen en
competenties gegenereerd. Dit moet toelaten de overblijvende technische barrières waarmee
de brandstofceltechnologie te kampen heeft (zie supra, blz. 32), op te lossen. De strategische
investeringsagenda moet er bovendien voor zorgen dat de beschikbare middelen efficiënt
worden benut. Het bepalen en implementeren van deze agenda vereist de samenwerking
tussen een brede waaier van belangengroepen, onder andere universiteiten, onderzoekscentra,
eindgebruikers, kleine en middelgrote bedrijven en de publieke autoriteiten op lokaal en
Europees niveau. (EUROPEAN COMMISSION, 2003)
Een derde aanbeveling is het uitwerken van een ontplooiingsstrategie. Dit moet helpen om de
brandstofceltechnologie van het prototypestadium naar de marktintroductie te doen evolueren.
De strategie moet gericht zijn op het creëren van de nodige infrastructuur en het verhogen van
de productievolumes. Het verhogen van de productievolumes kan gebeuren door het
uitwerken van toepassingen voor bepaalde niches in de markt waar de voordelen van de
brandstofceltechnologie uitgespeeld kunnen worden (ook wel Strategic Niche Management
genoemd). (EUROPEAN COMMISSION, 2003)
De werkgroep maant de Europese Commissie aan tot het opstellen van een Europese roadmap
voor waterstof en brandstofcellen. Deze moet als leidraad dienen voor de overgang naar de
waterstofeconomie en moet doelstellingen en beslissingspunten voor onderzoek,
68
demonstraties, investeringen en commercialisering bevatten. Met betrekking tot de
brandstofceltechnologie zijn vele verschillende opties mogelijk. Zo moet onder andere
gekozen worden hoe en waar waterstof geproduceerd zal worden: lokaal of centraal, door
elektrolyse van water of uit biomassa, enz. Daarom is het noodzakelijk een zorgvuldige
strategische planning op te stellen, en dit zowel op korte (tot 2010), middellange (tot 2020) en
lange termijn (na 2020). (EUROPEAN COMMISSION, 2003)
Ten vijfde wordt aangeraden een European Hydrogen and Fuel Cell Technology Partnership
op te zetten. Deze instelling moet advies verlenen, initiatieven stimuleren en toezien op de
vooruitgang. Dit is het controleorgaan dat alle bovenstaande aanbevelingen op basis van de
consensus tussen de belanghebbers moet stroomlijnen en implementeren. De European
Hydrogen and Fuel Cell Technology Partnership kan gezien worden als de vertegenwoordiger
van alle belangengroepen rond de brandstofceltechnologie. (EUROPEAN COMMISSION,
2003)
V.6. Besluit
Het feit dat fossiele brandstoffen volledig in onze maatschappij zijn ingewerkt en daardoor
verhinderen dat alternatieve brandstoffen tot de markt toetreden, wordt carbon lock-in
genoemd. De carbon lock-in heeft verschillende oorzaken, gelegen op technologisch,
organisatorisch, industrieel, sociaal en institutioneel vlak. Door de lock-in kan een TIC
(Techno-Institutional Complex) worden gevormd. Hiermee wordt een gecompliceerd systeem
van technologieën bedoeld die zijn verstrengeld in verschillende takken van de maatschappij.
Voor het opheffen van de carbon lock-in en het vervangen van een TIC worden zowel van de
overheid en de consumenten als van de industrie inspanningen gevraagd. De
beleidsaanpassing van de overheid kan op drie niveaus gebeuren. De end-of-pipe benadering
behoudt het systeem in zijn geheel, enkel de emissie van uitlaatgassen wordt herzien. Deze
methode vereist slechts minimale veranderingen in het systeem. Wanneer EOP onvoldoende
resultaten biedt, kan worden overgeschakeld op de continue benadering. Hierbij blijft de
algemene structuur van het systeem behouden, maar bepaalde onderdelen worden herzien en
vervangen. Er wordt telkens gezorgd dat er zoveel mogelijk overeenkomst is tussen de nieuwe
69
en de oude onderdelen. De meest ingrijpende methode is de discontinue benadering, waarbij
het volledige systeem opgeheven en vervangen wordt door een nieuw en superieur systeem.
De overheid beschikt over een aantal mogelijke beleidsaanpassingen voor het opheffen van de
carbon lock-in. Een eerste mogelijkheid is het invoeren van een prijs op de CO2-uitstoot. Dit
kan via een belasting (een vast bedrag per eenheid CO2) of via een cap-and-trade systeem.
Tevens kan de overheid de ontwikkeling van nieuwe technologieën steunen door het
subsidiëren van O&O, het geven van demonstraties of het organiseren van conferenties,
meetings en workshops. Voor de geleidelijke marktintroductie van brandstofcellen wordt
Strategic Niche Management gebruikt. Er worden niches in de markt gezocht waar de
kwaliteiten van de brandstofceltechnologie een belangrijke rol spelen. In deze niches wordt
praktijkervaring opgedaan. Bij het uitstippelen van het beleid moet met een aantal factoren
rekening worden gehouden, onder andere met de vicieuze cirkels en de timing van het beleid.
Bovendien moet het beleid een zekere continuïteit uitstralen. Daarnaast is het belangrijk de
technologische diversiteit te bewaren.
Consumenten staan meestal afkerig tegenover grote veranderingen. Via sensibilisatie-
campagnes kan de overheid de consumenten inlichten over de klimaatverandering en zo het
nut van de brandstofceltechnologie verduidelijken. Indien dit niet lukt, zit er niets anders op
dan te wachten op een focusing event, bijvoorbeeld een erkende klimaatcrisis. Dankzij het
focusing event maakt de publieke opinie een ommezwaai. Hiervan kunnen beleidsmakers
profiteren om radicale beleidsaanpassingen door te voeren.
Van de industrie wordt verwacht dat ze belangengroepen vormen met een
gemeenschappelijke visie betreffende de rol van de brandstofceltechnologie. Door deze
bundeling van krachten ontstaat een belangengroep die veel sterker is in het lobbyen bij de
overheid dan alle spelers afzonderlijk. Hierdoor kan het beleid van de overheid worden
beïnvloed ten voordele van deze groep. Bovendien zijn nieuwe toetreders belangrijk om de
industrie alert te houden en kennis bij te brengen.
De theorie voor het opheffen van de carbon lock-in kan in de praktijk toegepast worden op de
ontwikkeling van batterijaangedreven voertuigen in Japan en de aanbevelingen van de HLG
for Hydrogen and Fuel Cells Technologies.
70
HOOFDSTUK VI: TECHNOLOGISCHE INNOVATIE EN DIFFUSIE
In dit onderdeel wordt het algemene proces van innovatie en diffusie van een technologie
besproken. Hierbij wordt verondersteld dat deze theorieën ook toepasbaar zijn bij de
technologische innovatie en diffusie van de brandstofcel.
VI.1. Technologische innovatie
Na de omschrijving en de afbakening van het begrip innovatie, wordt het verschil tussen
radicale en incrementele innovaties besproken. Daarna wordt het innovatieproces toegelicht.
Vervolgens worden de verschillen in de manier en de snelheid van innovatie tussen de
sectoren en binnen de sectoren behandeld.
VI.1.1. Omschrijving innovatie
Technologische innovatie wordt door DOSI G. omschreven als “de zoektocht, ontdekking,
proefneming, ontwikkeling, imitatie en adoptie van nieuwe producten, nieuwe
productieprocessen en nieuwe organisatiestructuren (DOSI G., 1988b, blz. 222)”. Innovatie is
geen eenmalige gebeurtenis, maar is een continu proces van verbeteringen en aanpassingen.
In wat volgt gaan we in op een aantal stylised facts van innovatie. (DOSI G., 1988b; GORT M.
en KLEPPER S., 1982)
Innovatie is in de eerste plaats een onzeker gebeuren. Vooraf kan nooit precies worden
voorspeld wat de impact van de innovatie zal zijn. Een innovatie wordt bovendien pas
ontwikkeld wanneer de economische agent verwacht dat de innovatie winstgevend zal zijn.
Doorheen de tijd is gebleken dat innovaties steeds afhankelijker zijn van de vooruitgang in
wetenschappelijke kennis. Dit wordt beschouwd als een tweede kenmerk van innovatie.
Ook de manier waarop innovatie tot stand komt is in de 20ste eeuw sterk veranderd. Iets meer
dan honderd jaar geleden werd de ottomotor grotendeels ontwikkeld door één persoon,
namelijk Nicolaus August Otto (1831-1891). De brandstofcel daarentegen werd de laatste
jaren door een team van specialisten in verschillende bedrijven, laboratoria, universiteiten, etc
71
ontwikkeld. Het toenemende belang van formele organisaties in innovatie is een derde
kenmerk.
Een groot deel van de innovaties zijn het gevolg van learning-by-doing en learning-by-using.
Door bijvoorbeeld het luisteren naar gebruikers of het oplossen van problemen in het
productieproces kan het product of productieproces verder worden verbeterd. Dit wordt
gezien als de vierde eigenschap.
Ten vijfde wordt opgemerkt dat het proces van innovatie cumulatief is. Voor nieuwe
innovaties baseert men zich op innovaties uit het verleden. (DOSI G., 1988b)
VI.1.2. Radicale versus incrementele innovaties
In de wetenschappelijke literatuur wordt een onderscheid gemaakt tussen radicale en
incrementele innovaties. Incrementele innovaties gebeuren continu. Het gaat om kleine
veranderingen aan bestaande producten of diensten, meestal betreft een kwaliteitsverbetering
of een uitbreiding van de gebruiksmogelijkheden. Ze bouwen verder op de huidige stand van
zaken. Deze veranderingen worden veelal geïnitieerd via learning-by-doing of learning-by-
using. Incrementele innovaties veroorzaken het minst weerstand voor de industrie en de
beleidsmakers. Ze vereisen geen aanpassing van de administratie of van de manier van
managen. Aan de andere kant moet benadrukt worden dat deze vorm van innoveren
hoogstwaarschijnlijk geen oplossing kan bieden voor het klimaatprobleem. (HALL J. en
KERR R., 2003; DOSI G., 1988b)
Radicale innovaties verlopen, in tegenstelling tot de incrementele innovaties, niet continu. Bij
deze vorm van innoveren wordt een deel van de reeds opgebouwde kennis (bijvoorbeeld
technologische kennis of kennis van de markt) ‘weggegooid’ en vervangen door nieuwe
kennis. Ze vergen grote investeringen in onderzoek en ontwikkeling. Deze innovaties vragen
vaak een nieuwe organisatievorm, met daarmee gepaard nieuwe vereisten op vlak van
administratie of management. Ook de infrastructuur rondom het product of dienst ondergaat
soms veranderingen. De graad van “radicaliteit” van een technologische innovatie hangt af
van de nodige gedragsaanpassingen die gevraagd worden van de gebruiker van de producten
of diensten. Daarnaast kan de radicaliteit van een innovatie worden bepaald aan de hand van
de hoeveelheid kennis die ze vernietigd. In beide opzichten kan de brandstofceltechnologie
beschouwd worden als een radicale innovatie. Enerzijds vraagt deze technologie aanpassingen
72
van de gebruikers. Anderzijds wordt heel wat knowhow over de interne verbrandingsmotor
overbodig. Wanneer een technologisch systeem nieuwe radicale innovaties verhindert, spreekt
men van een lock-in (zie supra, blz. 51). (HALL J. en KERR R., 2003; DOSI G., 1988b)
VI.1.3. Het innovatieproces
Een innovatie begint als opportuniteit en groeit uit tot een paradigma. Daarna wordt een
technologisch traject gestart, waaruit een technologie ontstaat. Na verloop van tijd wordt deze
geïmiteerd.
a) Opportuniteit
Een nieuw product of een nieuwe technologie vormen voor een bedrijf een opportuniteit
wanneer aan drie voorwaarden wordt voldaan. Ten eerste mag die bepaalde technologie nog
niet eerder ontdekt zijn. Vervolgens moet er een markt voor het nieuwe product zijn. Ten
derde moet verwacht worden dat men er winst mee kan maken. Wanneer aan deze drie
voorwaarden wordt voldaan, zal een bedrijf middelen vrijmaken voor het ontwikkelen van de
opportuniteit. (DOSI G., 1988a)
Twee theorieën voorspellen de evolutie van het aantal innovaties in het nieuwe product
gedurende de levenscyclus ervan. De voorspellingen van beide theorieën zijn wel
tegenovergesteld aan elkaar. Kuznets en Burns oordelen dat het aantal technologische
opportuniteiten afneemt tijdens de levenscyclus van een product. Ze veronderstellen dat elke
technologie beperkt is in het aantal opportuniteiten die ontwikkeld kunnen worden. In het
begin van de levenscyclus worden de meest belovende opportuniteiten verder ontwikkeld. Na
verloop van tijd vermindert het aantal innovaties omdat er geen geschikte meer voorhanden
zijn. Kuznets redeneert dat output gegenereerd wordt door prijsreducerende innovaties.
Wanneer de graad van innovatie daalt, zal de prijsverlaging van het product worden afgeremd.
Bijgevolg vermindert ook de outputgroei. Eenzelfde redenering kan gemaakt worden voor
kwaliteitsverbeterende innovaties. (GORT M. en WALL R.A., 1986)
De visie van Smookler staat recht tegenover deze van Kuznets en Burns. De kost van
innovatie blijft gelijk over de levenscyclus, maar de opbrengsten die door de innovatie
worden gegenereerd stijgen met de marktgrootte. Wanneer het product net is gelanceerd, is er
73
weinig marktvraag en zijn de winsten beperkt. Daardoor is er weinig ruimte om te investeren
in innovaties. Wanneer de markt zich verder heeft ontplooid en er een grotere output (en een
hogere winst) is, zal dus meer geïnvesteerd worden in innovatie. (GORT M. en WALL R.A.,
1986)
Deze twee visies kunnen samengebracht worden in één theorie, die zowel op de evolutie in de
technologische opportuniteiten als in de vraag gebaseerd is. Historische gegevens tonen aan
dat de technologische verandering vooral afhankelijk is van de marktgrootte. (GORT M. en
WALL R.A., 1986)
b) Paradigma
Technologische innovatie betekent een oplossing bieden voor een serie van ongestructureerde
problemen. Om een overzicht te krijgen van welke problemen opgelost moeten worden, wordt
een technologisch paradigma opgesteld. Een paradigma bevat een voorbeeld van het nieuwe
product of productieproces en een vragenlijst. Het voorbeeld is een prototype of een eerste
schets van een product dat nog verder ontwikkeld en verbeterd moet worden. De richting
waarin dit gebeurt, wordt afgeleid uit de vragenlijst. Aan de hand van die lijst wordt een
gestructureerd beeld gevormd van de toekomstverwachtingen van het product. Om die
verwachtingen in te lossen, moet men bepaalde, specifieke kennis ontwikkelen in functie van
de richting waarnaar men met het product naartoe wil. Belangrijk is dat men focust op de
wensen van de markt. (DOSI G., 1988a)
Het paradigma definieert de noden die vervuld moeten worden opdat het product zou voldoen
aan de eisen van de potentiële klanten. Het bundelt de eigenschappen die het finale product
moet bezitten. Ook worden de wetenschappelijke principes en de gebruikte materialen
toegelicht. (DOSI G., 1988a)
c) Technologisch Traject
Oude kennis fungeert als input bij de ontwikkeling van nieuwe kennis. Of met andere
woorden, huidige innovaties zijn afgeleid van innovaties uit het verleden en zullen op hun
beurt toekomstige innovaties beïnvloeden. Op die manier wordt onbewust een technologisch
traject opgebouwd. (GORT M. en WALL R.A., 1986)
74
“Een technologisch traject is de activiteit van de vooruitgang van een technologie langs de
economische en technologische trade-offs die in het paradigma omschreven zijn (DOSI G.,
1988b, blz. 225).” Zo werd bij de ontwikkeling van de interne verbrandingsmotor heel wat
vooruitgang geboekt, vooral op vlak van kracht en kostprijs. Een verandering in het
paradigma zorgt er echter ook voor dat het technologisch traject afwijkt. Na de oliecrisissen
van de jaren 1970 veranderde het paradigma richting zuinigere auto’s. Het technologisch
traject volgde de verandering van het paradigma. (DOSI G., 1988a)
d) Technologie
Een technologie wordt veelal gezien als een bundeling van informatie, die bedrijven
verzamelen door het uit een gemeenschappelijke ‘pot’ te halen. Informatie is echter slechts
een onderdeel van een technologie. In elke technologie zitten zowel logische als specifieke
kennis die niet vervat kunnen worden in een tekst. Ze kunnen dus niet volledig verspreid of in
de gemeenschappelijke pot van informatie gestopt worden. Dit betekent niet dat deze vormen
van informatie volledig immobiel zijn. Mensen die deze informatie bezitten kunnen
weggekocht worden door andere bedrijven of het leerproces van een bedrijf kan geïmiteerd
worden. (DOSI G., 1988a; DOSI G., 1988b)
In realiteit proberen bedrijven door hun eigen technologie te diversifiëren op basis van hun
eigen kennis en naar de wensen van de eigen markt. Technologie ontstaat vanuit een
cumulatief proces. Wat een bedrijf op technologisch vlak in de toekomst zal doen, hangt nauw
samen met wat ze in het verleden heeft gedaan. Hierbij wordt de technologie bij voorkeur
binnen het bedrijf zelf ontwikkeld. Dit biedt een aantal voordelen. Zo is de kans kleiner dat
belangrijke informatie uitlekt naar andere bedrijven. De technologie kan bovendien volledig
afgestemd zijn op de strategie van het bedrijf en op de wensen van de andere afdelingen
(zoals de marketing afdeling). Technologie kan ook verhandeld worden via licenties of
overeenkomsten voor het geven van advies. Maar deze methodes vereisen de nodige kennis
binnen de onderneming om de gepaste technologie te vinden, te evalueren en te
onderhandelen en om ze uiteindelijk aan te passen aan het specifieke product van het bedrijf.
(DOSI G., 1988a; DOSI G., 1988b)
75
e) Imitatie
Nadat een technologie door een bepaald bedrijf werd ontwikkeld, bestaat de kans dat de
concurrentie van dat bedrijf de nieuwe technologie imiteert. Onder meer patenten,
geheimhouding, lead times, de tijd en kosten die nodig zijn voor duplicatie, leereffecten en
superieure inspanningen voor verkoop en service kunnen een technologie beschermen tegen
imitatie. Voor de concurrentie is het natuurlijk gemakkelijker om innovaties van andere
bedrijven toe te passen op hun eigen producten, dan ze zelf te ontwikkelen. De mate waarin
imitatie mogelijk is, zal de motivatie tot innovatie voor een bedrijf bepalen. (DOSI G., 1988b)
Aan de ene kant bestaat het geval dat er geen mogelijkheid is tot bescherming van de eigen
innovaties en dat de imitatie onmiddellijk, perfect en zonder kosten kan verlopen. Hier zal een
bedrijf niet geneigd zijn te innoveren aangezien dit geen concurrentieel voordeel oplevert. In
het andere extreme geval waarin er geen mogelijkheid is tot imitatie, kunnen
efficiëntieverbeteringen niet tot de rest van de economie doordringen. Dit maakt de economie
minder efficiënt. In de praktijk blijkt de bescherming van de innovaties voldoende om aan te
zetten tot innovatie, maar tegelijk wordt het imiteren van economische voordelen door andere
bedrijven niet volledig verhinderd. (DOSI G., 1988b)
VI.1.4. Intersectoriële verschillen in innovatie
PAVITT K. (1984) deelt de verschillende economische sectoren op in vier groepen. Het
criterium hiervoor is het verschil in de manier en de snelheid van innovatie. Er wordt een
onderscheid gemaakt tussen aanbodgedomineerde sectoren, schaalintensieve sectoren,
gespecialiseerde aanbieders en wetenschappelijke sectoren. (PAVITT K., 1984)
Een eerste groep is die van de aanbodgedomineerde sectoren. De innovaties in deze sector
zijn vooral gericht op verbeteringen in het productieproces. Dit gaat gepaard met
investeringen in kapitaalgoederen of nieuwe soorten intermediaire input. Deze innovaties
worden buiten de aanbodgedomineerde sector ontwikkeld, bijvoorbeeld in de sector van de
machinebouw. Tot deze sectoren behoren gewoonlijk kleine bedrijven, bijvoorbeeld uit de
textielsector of uit de landbouw. Maar ook drukkerijen en producenten van houtproducten
maken deel uit van aanbodgedomineerde sectoren. (PAVITT K., 1984)
76
Ten tweede zijn er de schaalintensieve sectoren, waar zowel proces- als productinnovatie
voorkomen. De productie gaat in dit geval gepaard met complexe processen of de productie
van complexe producten. De bedrijven in deze sectoren zijn omvangrijk doordat er
significante schaalvoordelen zijn. Een groot deel van de eigen inkomsten gaat naar onderzoek
en ontwikkeling. Tot de schaalintensieve sectoren behoren onder meer de producenten van
auto’s, elektrische apparaten, cement, voedingswaren en glas. (PAVITT K., 1984)
De gespecialiseerde aanbieders zijn de producenten van kapitaalgoederen die in de hierboven
besproken sectoren worden gebruikt. Innovaties zijn dus vooral gericht op het verbeteren van
het product. Bedrijven in deze sectoren zijn vrij klein en hebben een zeer gespecialiseerde
kennis in het ontwerpen en bouwen van machines en installaties. (PAVITT K., 1984)
Een laatste groep van sectoren focust zich vooral op wetenschappelijk kennis. Innovaties
kunnen worden ontwikkeld in laboratoria. Bedrijven trachten hun voorsprong op de
concurrentie te verdedigen via patenten, leereffecten en lead times. De productinnovaties
worden in een brede waaier van sectoren gebruikt. Deze bedrijven zijn meestal groot, met
uitzondering van deze die zich sterk specialiseren. Voorbeelden vinden we in onder andere
elektronicabedrijven, de farmaceutische en de chemische industrie. (PAVITT K., 1984)
VI.1.5. Intrasectoriële verschillen in innovatie
DOSI G. (1988a) omschrijft drie belangrijke oorzaken van de verschillen in innovatie tussen
de bedrijven van dezelfde sector, namelijk de graad van asymmetrie binnen een sector, de
technologische verscheidenheid en de gedragsdiversiteit. (DOSI G., 1988a)
De Shumpeterian hypothesis beschrijft dat de innovatiegraad van een bedrijf toeneemt
naarmate dat bedrijf groter is. Wanneer in een sector zowel grote als kleinere bedrijven
werkzaam zijn, zal volgens deze hypothese de graad van innovatie binnen de sector
verschillen vertonen. De graad van asymmetrie binnen een sector zal dus de intrasectoriële
verschillen in innovatie voor een stuk bepalen. Een eerste oorzaak van deze asymmetrie zijn
de schaaleffecten die eigen zijn aan een technologie. Ook de efficiëntie van het proces van
innovatie zal verschillen tussen bedrijven. Hierdoor kunnen bepaalde bedrijven die over
minder innovatiecapaciteiten bezitten achterop geraken en daardoor kleiner blijven. De graad
77
van asymmetrie kan vastgesteld worden ofwel via de efficiëntie van de input voor een
gegeven output, ofwel via de vergelijking van de prijsgewogen outputs. (DOSI G., 1988a)
Technologische verscheidenheid duidt op alle verschillen in de technologie die niet te maken
hebben met een hiërarchie (bijvoorbeeld het “beter” of “slechter” zijn van producten). Wel
kunnen ondermeer de inputcombinaties verschillen. Dit kan het gevolg zijn van de
bedrijfsspecifieke geschiedenis, of met andere woorden het resultaat van het volgen van een
ander technologisch traject. Bedrijven kunnen bij de innovatie van hun producten de nadruk
op verschillende deelaspecten van het product gelegd hebben, zodat ze zich op een andere
manier naar de markt richten. (DOSI G., 1988a)
Intrasectoriële verschillen zijn tenslotte het gevolg van de diversiteit in het gedrag van de
ondernemingen. Binnen eenzelfde industrietak en binnen dezelfde omgeving zullen bedrijven
verschillen vertonen op het vlak van prijszetting, investeringen, onderzoek en ontwikkeling,
enz. Bedrijven kunnen kiezen tussen een aantal strategieën met betrekking tot innovatie. Zo
kunnen ze innovator zijn, of toch liever een imitator. Ze kunnen ook een afwachtende houding
aannemen, wait and see. Een aantal ondernemingen zal verkiezen van continu kleine,
incrementele verbeteringen aan te brengen, anderen verkiezen risicovolle projecten. Dit alles
heeft invloed op de graad van innovatie van een onderneming en wordt samengebracht onder
de noemer gedragsdiversiteit. (DOSI G., 1988a)
VI.2. Diffusie van innovaties
In een eerste punt wordt het begrip diffusie in detail besproken. Daarna worden twee
theorieën betreffende de technologische diffusie behandeld, namelijk het dynamisch model en
de evenwichtstheorieën. In een laatste deel wordt ingegaan op het specifieke geval van de
diffusie van complementaire technologieën.
VI.2.1. Omschrijving diffusie
Diffusie wordt door GORT M. en KLEPPER S. omschreven als “de uitbreiding of toename
van het aantal producenten dat zich toelegt op de productie van een nieuw product (GORT M.
78
en KLEPPER S., 1982, blz. 630)”. Met andere woorden, diffusie behandelt de netto
toetreding van nieuwe producenten tot de markt.
Algemeen bestaan twee groepen van theorieën rond de diffusie van innovaties. Eerst wordt
het dynamisch model, die de levenscyclus van een nieuw product opdeelt in vijf fasen,
besproken. Daarna worden de verschillende evenwichtstheorieën besproken en toegepast op
de vijf fases van het dynamisch model.
Het fundamentele verschil tussen de groep van evenwichtstheorieën en het dynamisch model
zit in het antwoord op de vraag naar het aantal producenten die in een markt aanwezig zijn. In
tegenstelling tot het dynamisch model gaat men bij de evenwichtstheorieën uit van een uniek
evenwicht. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
Andere verschillen tussen de modellen wordt per evenwichtstheorie afzonderlijk besproken.
VI.2.2. Dynamisch model
Het dynamisch model werd ontwikkeld door GORT M. en KLEPPER S. en wordt uitgebreid
beschreven in ‘Time Paths in the Diffusion of Product Innovation’. Het model geeft een
prototype van de levenscyclus van een nieuw product. Het woord levenscyclus betekent hier
de periode die loopt van de marktintroductie tot aan het eventuele verval of de inkrimping van
de markt. Dit tijdsinterval wordt opgedeeld in vijf fasen, gebaseerd op het aantal producenten
dat in de markt van het product aanwezig is (zie FIGUUR 5, blz. 80). (GORT M. en
KLEPPER S., 1982)
Er moet worden benadrukt dat dit model een prototype is. Dit wil in de eerste plaats zeggen
dat niet alle fasen in de levenscyclus van elk product voorkomen. Het model is gebaseerd op
historische gegevens over de levenscyclus van 46 producten. Ten tweede betekent dit dat het
aantal fasen en de grenzen ervan niet volledig vastliggen. De vijf fasen leggen wel de
belangrijkste verschuivingen en overgangen in het aantal producenten (en de krachten die tot
de veranderingen leiden) vast. De theorie van PEREZ C. en SOETE L. is gelijkaardig aan
deze theorie, doch wordt bij hen het tijdsinterval opgedeeld in vier fasen. Deze fasen worden
bepaald door de graad van maturiteit die een product bezit. In tegenstelling tot het model van
M. en KLEPPER S. is er bij PEREZ C. en SOETE L. geen vervalfase. (GORT M. en
KLEPPER S., 1982; PEREZ C. en SOETE L., 1988)
79
De verschillende fasen in het model van GORT M. en KLEPPER S. worden onderscheiden op
basis van de evolutie van de netto toetreding tot de markt van het product. De graad van netto
toetreding is afhankelijk van het organisationele kapitaal (kapitaal heeft hier de betekenis van
informatie over de technologie van het nieuwe product). Er wordt een onderscheid gemaakt
tussen menselijk kapitaal en organisationeel kapitaal. Het menselijk kapitaal is in het bezit
van een individuele werknemer, terwijl het organisationeel kapitaal tot het bedrijf behoort
omdat het legaal de eigenaar ervan is (via een patent bijvoorbeeld), of omdat het afhankelijk
is van informatie bij meer dan één werknemer. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
FIGUUR 5: De vijf fasen in de levenscyclus van een product volgens de evolutie van het
aantal producenten. (GORT M. en KLEPPER S., 1982, blz. 639)
a) Fase I
Deze fase begint bij de introductie van het nieuwe product op de markt. In de meeste gevallen
gebeurt dit door één producent, een zeldzame keer door twee of meer producenten gelijktijdig.
Het product moet naar behoren functioneren zodat het kan doorbreken op de markt. Tijdens
deze eerste fase worden al de eerste verbeteringen aangebracht, zoals het verminderen van de
productiekosten en de verbetering van de kwaliteit en betrouwbaarheid. Dit moet de markt
voor het product verruimen. Het is ook een leerproces voor zowel de ingenieurs, de
werknemers en het management van het bedrijf als voor de consument. (GORT M. en
KLEPPER S., 1982; PEREZ C. en SOETE L., 1988)
80
Daaropvolgend treden de concurrenten toe tot de markt. De tijd die zij daarvoor nodig hebben,
hangt onder andere af van de grootte van de markt voor het product kort na de introductie, van
het aantal potentiële toetreders tot de markt en van het gemak waarmee de innovatie
geïmiteerd kan worden. De lengte van de eerste fase is afhankelijk van de graad van
verspreiding van technologische informatie. In deze eerste fase is informatie nog vrij
gemakkelijk te verkrijgen. Bovendien speelt ervaring op dat moment geen grote rol. Vanuit
een historisch perspectief ziet men de communicatiesnelheid alsmaar toenemen, waardoor de
lengte van fase I steeds kleiner wordt. De informatie in deze fase wordt vooral verzameld via
bronnen buiten de huidige producenten, zoals universiteiten, producenten van onderdelen en
machines, etc. Het einde van fase I wordt gekenmerkt door een snelle toename van nieuwe
toetreders in de markt. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
b) Fase II
In het begin van fase II kent de markt een sterke toename van het aantal toetreders, en dus ook
van het aantal producenten. Deze fase komt bij vrijwel elk product voor. Ze wordt enerzijds
veroorzaakt doordat innovaties nog vooral extern worden ontwikkeld en anderzijds door de
grote winsten van de bestaande producenten. Naar het einde van de tweede fase toe daalt de
graad van toetreding. Een eerste oorzaak hiervan is de toenemende ervaring van de bestaande
bedrijven (learning by doing), waardoor de toetreders niet met gelijke wapens kunnen
concurreren. Een eventuele daling van de winst per bedrijf zorgt ervoor dat het minder
aantrekkelijk is om tot de markt toe te treden. Ten derde kan erop gewezen worden dat het
aantal potentiële toetreders die nog niet zijn toegetreden tot de markt daalt. (GORT M. en
KLEPPER S., 1982)
c) Fase III
Fase III begint met een sterke daling van het aantal nieuwe toetreders. Deze daling gaat door
tot op het punt waar het aantal nieuwe toetreders gelijk is aan het aantal uittreders uit de markt.
De netto toetreding is dus ongeveer nul. Dit is echter geen stabiel evenwicht, maar is
afhankelijk van structurele veranderingen in de markt. Naarmate die structurele veranderingen
belangrijker worden, evolueert de markt naar fase IV. De technologie is volwassen geworden
en de belangrijkste opportuniteiten tot innovatie zijn al benut. Veranderingen zijn vooral
gericht op kwaliteitsverbeteringen, nieuwe marketingtechnieken en incrementele
productverbeteringen. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
81
Vanaf deze fase wordt de informatie voor de innovatie meer en meer intern in het bedrijf
gecreëerd. Een deel van deze informatie is overdraagbaar en kan dus overgenomen worden
door de (toekomstige) concurrenten. Echter een belangrijk en steeds groter wordend deel van
de informatie is gebaseerd op ervaring en learning by doing en dus niet overdraagbaar. Deze
informatie groeit zo uit tot een belangrijke toetredingsbarrière. (GORT M. en KLEPPER S.,
1982)
d) Fase IV
De netto toetreding wordt in fase IV negatief. Dit is het gevolg van de opstapeling van
structurele veranderingen in fase III. Prijzen en winstmarges bereiken het normale peil onder
druk van imitatoren. Hierdoor stijgt opnieuw de druk om te innoveren. Er worden vooral
intern in de bedrijven innovaties ontwikkeld. Hierdoor wordt niet alleen de toetredingsbarrière
groter, maar dit zorgt er ook voor dat de winstmarges van de minst efficiënte bedrijven
verkleinen. Als logisch gevolg daarvan treden een aantal bedrijven uit de markt. (GORT M.
en KLEPPER S., 1982)
e) Fase V
In fase V is er terug een netto toetreding tot de markt van ongeveer nul. Dit betekent niet dat
de markt een uniek evenwicht van het aantal producenten (bijvoorbeeld op basis van de
marktgrootte en de schaalvoordelen) heeft bereikt. Deze fase gaat door tot de eventuele
inkrimping van de markt door bijvoorbeeld het lanceren van een nieuw product. (GORT M.
en KLEPPER S., 1982)
VI.2.3. Evenwichtstheorieën
Een aantal evenwichtstheorieën, die uitgaan van een uniek evenwicht op de markt, worden
hieronder besproken. Achtereenvolgens wordt besproken: de schaaleffecten, de veranderingen
in technologie en optimale bedrijfsgrootte, de aanpassingskosten en de toetreding en
technologische verandering.
82
a) Schaaleffecten
De hypothese van de schaaleffecten stelt dat de productie op lange termijn wordt gekenmerkt
door dalende schaalvoordelen. Wanneer door een verandering in het aantal producenten, de
totale kost verlaagd kan worden, zal er toetreding of uittreding zijn tot de markt het evenwicht
met de laagste totale kosten heeft bereikt. Een verandering van het evenwicht is meestal het
gevolg van een toename in het verkoopsvolume. Aangezien alle bedrijven in de markt
eenzelfde optimale grootte hebben, kan een toename in het verkoopsvolume enkel verkregen
worden door het toetreden van nieuwe bedrijven. Die optimale grootte ligt tussen een
minimum en maximum waarde waarbij het bedrijf volop de schaalvoordelen benut en dus het
meest efficiënt is. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
Wanneer het minimum en het maximum efficiëntieniveau van output constant blijft
gedurende de levenscyclus, is de graad van toetreding enkel afhankelijk van het
verkoopsvolume. In termen van de vijf fasen van het dynamisch model, voorspelt de theorie
van de schaaleffecten een zeer lage outputtoename in de eerste fase, een grotere toename in de
tweede fase, een stabilisatie in de derde fase, een afname in de vierde fase en terug stabiel in
de laatste fase. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
b) Veranderingen in technologie en optimale bedrijfsgrootte
In tegenstelling tot de theorie van de schaaleffecten waarbij men een vaste en optimale
bedrijfsgrootte veronderstelt, gaat men hier uit van een veranderlijke optimale bedrijfsgrootte.
Deze verandering kan het gevolg zijn van de gecumuleerde informatieverzameling van de
bestaande producenten (learning by doing), waardoor de toetredingsbarrières groter worden
en dus ook de minimale efficiënte grootte van de bedrijven. (GORT M. en KLEPPER S.,
1982)
Een andere verklaring is dat wanneer de technologische groei slabakt, installaties en machines
minder snel verouderen (de economische levensduur wordt groter). Hierdoor is het voor de
producenten voordeliger om over te schakelen op kapitaalintensieve productiemethodes. Dit
vergroot evenwel de minimale efficiënte grootte van de bedrijven. (GORT M. en KLEPPER
S., 1982)
83
Wanneer we dit model vergelijken met de vijf fasen van het dynamisch model kan gesteld
worden dat de graad van toetreding sterk zal afhangen van het outputvolume, behalve
wanneer de minimale efficiënte grootte van de bedrijven verandert. In de eerste fase groeit de
output nauwelijks, maar wordt die groei positief in de tweede fase. Na fase II stijgt de
optimale bedrijfsgrootte door de vertraging van de technologische groei. Fasen III en IV zijn
niet direct afhankelijk van de output. In fase V voorspelt de theorie een nulgroei van de output.
(GORT M. en KLEPPER S., 1982)
c) Aanpassingskosten
Hoewel deze theorie niet werd ontwikkeld voor het verklaren van de graad van toetreding,
kan men ze er wel op toepassen. De theorie van aanpassingskosten gaat uit van een optimale
groeivoet. Wanneer de markt sterker groeit dan de optimale groeivoet, wordt de
bestuurscapaciteit overschreden. Er moeten dan extra kosten gemaakt worden om aan de
marktvraag te voldoen. Nieuwe bedrijven treden toe tot de markt, zodat de bestaande
bedrijven niet sterker moeten groeien dan de optimale groeivoet en er geen extra kosten
gemaakt worden. Onder de optimale groeivoet wordt de bestuurscapaciteit onderbenut met
uittreding als gevolg. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)
Toegepast op de vijf fasen van het dynamisch model, voorspelt de theorie van de
aanpassingskosten dat de groei in output ongeveer gelijk is aan de optimale groeivoet in fasen
I, III en V. Fase II wordt gekenmerkt door een output die sterker groeit dan de optimale
groeivoet, wat tot een sterke toetreding tot de markt leidt. In fase IV daarentegen is de
outputgroei kleiner dan de optimale groeivoet, waardoor er bedrijven uit de markt treden.
(GORT M. en KLEPPER S., 1982)
d) Toetreding en technologische verandering
Een omgeving met een hoge graad van innovatie zorgt voor een grote verscheidenheid in de
winstmarges van de bestaande producenten, met als gevolg een groot aantal faillissementen.
Dit verhoogt de concentratie van de markt. Wanneer een technologische verandering
gemodelleerd wordt als een stochastisch proces, vindt men dat hoe hoger het gemiddelde
niveau van de technologische verandering, hoe groter de concentratie in de markt is. (GORT
M. en KLEPPER S., 1982)
84
Vertaald naar de vijf fasen van het dynamisch model betekent dit dat er in fase IV een hoge
graad van technologische innovatie zou moeten zijn. Gevolg daarvan is een kleine (of
negatieve) toetreding. De graad van technologische innovatie neemt terug af in de vijfde fase.
(GORT M. en KLEPPER S., 1982)
VI.2.4. Diffusie van complementaire technologieën
De theorieën die hiervoor werden besproken gaan telkens uit van de diffusie van een
geïsoleerde technologie. We kunnen echter veronderstellen dat er interconnecties bestaan
tussen verschillende technologieën, zodat de diffusie van de ene technologie de diffusie van
de andere beïnvloedt. Technologieën kunnen complementair of substitueerbaar zijn. Twee
technologieën die elkaar aanvullen, worden complementair genoemd. Als ze elkaar
overlappen, zijn ze substitueerbaar. Stel twee technologieën A en B in een bedrijf. Wanneer
de winst van het bedrijf groter is bij het produceren van zowel technologie A als technologie
B, zijn de technologieën complementair. In het omgekeerde geval wordt van substituten
gesproken. Zo zijn de brandstoftechnologie en de interne verbrandingsmotor substituten. De
technologie voor het tanken en produceren van waterstof is complementair met de technologie
van de branstofcellen. (STONEMAN P. en KWON M.J., 1994)
Wanneer twee technologieën A en B een hoge graad van complementariteit vertonen, zal de
diffusie van A niet alleen afhangen van de prijs van A, het aantal gebruikers van A. Ook de
prijs van B en het aantal gebruikers van technologie B beïnvloeden de diffusie van A. De
volgorde en het tijdstip van diffusie van beide technologieën zal sterk afhangen van de graad
van complementariteit tussen technologieën. Hoe groter de graad van complementariteit, hoe
groter de verwachting op een vroegere en gelijktijdige diffusie van de technologieën.
(STONEMAN P. en KWON M.J., 1994)
VI.3. Besluit
Innovatie is geen eenmalige gebeurtenis, maar een continu en cumulatief proces van
verbeteringen en aanpassingen aan een product of een dienst. Bovendien is het proces van
innovatie een onzeker gebeuren, veelal het gevolg van learning-by-doing en learning-by-
using. Doorheen de geschiedenis is gebleken dat innovatie steeds afhankelijker is van de
85
vooruitgang in wetenschappelijke kennis. Hierdoor groeit het belang van formele organisaties,
zoals universiteiten en gespecialiseerde laboratoria. Ruwweg zijn er twee soorten innovaties.
Aan de ene kant zijn er de incrementele innovaties, die continu verlopen. Het zijn slechts
kleine veranderingen en aanpassingen, waardoor ze weinig weerstand veroorzaken. Aan de
ander kant zijn er radicale, discontinue innovaties. In bepaalde gevallen, zoals bij de
brandstofceltechnologie, vereisen ze veranderingen in de infrastructuur. Radicale innovaties
veroorzaken meer weerstand, waardoor ze moeilijker te introduceren zijn.
Een innovatie begint als opportuniteit en groeit uit tot een paradigma. Daarna wordt een
technologisch traject gestart, waaruit een technologie ontstaat. Na verloop van tijd wordt deze
geïmiteerd. Een nieuwe technologie vormt een opportuniteit voor een bedrijf wanneer aan drie
voorwaarden wordt voldaan. Ten eerste mag die bepaalde technologie nog niet eerder ontdekt
zijn. Vervolgens moet er een markt voor het nieuwe product zijn en ten derde moet verwacht
worden dat men er winst mee kan maken. Het paradigma definieert de noden die vervuld
moeten worden opdat het product zou voldoen aan de eisen van de potentiële klanten. Bij de
ontwikkeling van nieuwe kennis, wordt gesteund op de voorheen opgebouwde kennis. Op die
manier wordt onbewust een technologisch traject opgebouwd. Op die manier ontstaat een
technologie, die ruimer is dan een bundeling van informatie. Ze bevat namelijk logische en
specifieke kennis, die niet vervat kan worden in een tekst. Nadat een technologie door een
bepaald bedrijf werd ontwikkeld, bestaat de kans dat een concurrerend bedrijf de nieuwe
technologie imiteert.
PAVITT K. (1984) deelt de economie op volgens de verschillen in de manier en de snelheid
van innovatie. Hierdoor ontstaan vier groepen, namelijk de aanbodgedomineerde sectoren, de
schaalintensieve sectoren, de gespecialiseerde aanbieders en de wetenschappelijke sectoren.
Dit zijn de intersectoriële verschillen in innovatie. Daarnaast vinden we intrasectoriële
verschillen in innovatie. DOSI G. (1988a) omschrijft drie belangrijke oorzaken van deze
verschillen, namelijk de graad van asymmetrie binnen een sector, de technologische
verscheidenheid en de gedragsdiversiteit.
Daarna volgt de diffusie van de innovatie, dit is de toename van het aantal producenten dat
zich toelegt op de productie van het nieuwe product. Algemeen bestaan twee groepen van
theorieën rond de diffusie van innovaties. Enerzijds is er het dynamisch model, dat de
levenscyclus van een nieuw product opdeelt in vijf fasen. Anderzijds zijn er de verschillende
86
evenwichtstheorieën, die uitgaan van een uniek evenwicht op de markt. Het dynamisch model
werd ontwikkeld door GORT M. en KLEPPER S. en geeft een prototype van de levenscyclus
van een nieuw product. Het tijdsinterval wordt opgedeeld in vijf fasen, gebaseerd op het
aantal producenten dat in de markt van het product aanwezig is (zie FIGUUR 5, blz. 80). De
verschillende evenwichtstheorieën bekijken de levenscyclus van een product telkens vanuit
een andere invalshoek. Zo bestaan theorieën rond schaaleffecten, veranderingen in
technologie en optimale bedrijfsgrootte, aanpassingskosten en toetreding en technologische
verandering.
Er bestaan interconnecties tussen verschillende technologieën, zodat de diffusie van de ene
technologie de diffusie van de andere beïnvloedt. Twee technologieën die elkaar aanvullen,
worden complementair genoemd. Als ze elkaar overlappen, zijn ze substitueerbaar.
87
ALGEMEEN BESLUIT
De brandstofceltechnologie is een belangrijke technologie voor het verminderen van het
broeikaseffect. Bovendien kan ze een oplossing bieden voor de nakende uitputting van de
oliereserves. Brandstofcelvoertuigen zijn echter nog niet verkrijgbaar op de markt. Ondanks
de inspanningen van de publieke en private organisaties, bestaan nog heel wat hindernissen
die moeten worden overwonnen. Het tijdstip waarop de brandstofceltechnologie in grote
getale gebruikt zal worden in voertuigen, is moeilijk te voorspellen. De omvorming van een
op fossiele brandstoffen gebaseerde economie naar een waterstofeconomie is immers een zeer
complex proces. Autoconstructeurs als General Motors, Ford en DaimlerChrysler verwachten
een beperkte introductie van de brandstofcelauto’s in 2010. Toyota daarentegen verwacht dat
de markt pas in 2030 klaar zal zijn voor brandstofcelauto’s.
De brandstofceltechnologie staat niet meer in zijn kinderschoenen, maar is eveneens nog niet
volledig ontwikkeld. Een aantal heel belangrijke barrières hebben te maken met tekorten in de
technologie. Zo zijn er problemen om een voldoende hoeveelheid waterstof aan boord van het
voertuig op te slaan. Wanneer men bovendien eist dat het opslagsysteem een aanvaardbare
kostprijs, een beperkt gewicht en een beperkt volume heeft, blijkt de huidige technologie
verre van toereikend. Daarenboven wordt nog teveel gebruik gemaakt van het dure platina in
het MEA van de brandstofcel en moet de duurzaamheid ervan bij dagelijkse omstandigheden
nog worden bewezen. Overigens heeft de brandstofcel problemen met het starten bij koude
temperaturen. De producenten van brandstofcellen en opslagsystemen werken hard om deze
barrières te overwinnen, maar dit alleen is niet genoeg.
Zelfs wanneer alle technologische hindernissen worden overwonnen, betekent dit niet
noodzakelijk een snelle introductie van brandstofcelvoertuigen. Er is namelijk een enorm
gebrek aan infrastructuur. Hierdoor is het op dit moment nog onmogelijk voor de
brandstofceltechnologie om geïntroduceerd te worden op de markt. Het tijdstip waarop dit wel
mogelijk zal zijn, hangt af van de snelheid waarmee een netwerk van infrastructuur kan
worden opgebouwd. De private sector en de overheden bundelen de krachten, vooral voor het
bouwen van waterstoftankstations. Het kost het enorm veel om een netwerk van
waterstoftankstations uit te bouwen. Bovendien kan er nog niets terugverdiend worden,
88
aangezien er nog geen auto’s op waterstof rondrijden. Zolang er niet genoeg tankstations zijn
voor waterstof, zullen consumenten weigeren een brandstofcelauto te kopen. Naast de
infrastructuur voor het tanken van waterstof, vereist de introductie van de brandstofcelauto
een uitbreiding van de capaciteit voor de productie en de zuivering van waterstof. Bovendien
moet waterstof worden getransporteerd naar de verschillende tankstations. Om dit alles te
verwezenlijken zijn belangrijke investeringen nodig, die zowel van de private als de publieke
sector kunnen komen.
Zelfs wanneer de infrastructuur voldoende wordt uitgebouwd en de technologische
hindernissen overwonnen worden, is het succes van de brandstofcelauto niet volledig
verzekerd. Er bestaat immers zoiets als de carbon lock-in. Een deel van deze lock-in wordt
opgelost door de uitbouw van de infrastructuur. De fossiele brandstoffen zitten echter
ingewerkt in de industrie. Vooreerst moeten autoconstructeurs belangrijke veranderingen
ondergaan. De brandstofcel kan de interne organisatie van een autoconstructeur volledig
omgooien. Daarenboven bestaat rond een autoconstructeur een netwerk van toeleveranciers,
die door de radicale verandering hun werk kunnen verliezen. Producenten van interne
verbrandingsmotoren worden vervangen door producenten van brandstofcellen en elektrische
aandrijvingen. Dit zal echter niet zonder kleerscheuren verlopen, aangezien de
belangengroepen van de ICE-producenten op dit moment veel macht hebben. Daarenboven
hebben ook de olieproducenten machtige belangengroepen.
Consumenten zorgen tevens voor een deel van de carbon lock-in. Door het radicale karakter
van de omvorming naar brandstofcelvoertuigen, heerst er bij de consumenten een grote
weerstand. Het is belangrijk dat gewoonten zo weinig mogelijk moeten worden veranderd.
Bovendien hebben consumenten slechts een matig vertrouwen in een nieuwe technologie. Een
voldoende duurzaamheid moet daarom bewezen zijn. Het is eveneens noodzakelijk dat de
consument door het kopen van een brandstofcelauto niets moet inleveren, bijvoorbeeld op het
vlak van prestaties of comfort.
Voor het opheffen van de carbon lock-in is een belangrijke rol weggelegd voor de
beleidsvoerders. In de eerste plaats is het noodzakelijk dat de wetgeving die de fossiele
brandstoffen bevoordeeld, wordt afgeschaft. Vervolgens kan een nieuwe wetgeving worden
opgezet ter bevordering van de introductie van brandstofcelvoertuigen. De beleidsmakers
kunnen de vereisten van de voertuigen die worden verkocht immers zodanig aanpassen dat de
89
brandstofceltechnologie hierbij voordeel heeft. De introductie zal voor een groot deel
afhangen van de inspanningen die de overheid doet. Om veranderingen door te voeren, zal de
overheid weliswaar moeten opboksen tegen de machtige belangengroepen van de industrie
rond fossiele brandstoffen. Een bruikbare methode is het Strategic Niche Management. Via
SNM wordt de publieke opinie beïnvloed en tegelijk de brandstofceltechnologie getest.
Bovendien wordt hiermee weinig tegenwind gecreëerd, omdat het ‘slechts’ om nichemarkten
gaat. Zo kunnen de lijnbussen en overheidsvoertuigen vervangen worden door exemplaren
met brandstofcellen. Het CUTE-project in de Europese Unie, waarbij lijnbussen worden
ingezet in een aantal grote Europese steden, is hiervan een mooi voorbeeld.
Algemeen kan besloten worden dat de marktintroductie van brandstofcelvoertuigen nog niet
voor de eerstkomende jaren is. Of die introductie zich zal voordoen in 2010 (zoals General
Motors, Ford en DaimlerChrysler verwachten), dan wel in 2030 (zoals Toyota verwacht),
hangt af van het tempo waarmee de technologische barrières worden overwonnen en waarmee
de carbon lock-in kan worden weggewerkt. De inspanningen van de publieke en private
organisaties bepalen voor een groot stuk dit tempo.
90
LIJST VAN GERAADPLEEGDE WERKEN
ÅHMAN M., Forthcoming, Government policy and the development of electric vehicles in
Japan, Energy Policy, 11 blz.
AMOS W.A., 1998, Cost of Storing and Transporting Hydrogen, National Renewable Energy
Research, 216 blz.
Ballard Power Systems, 2004a, Consolidated Financial Statements, 36 blz.
Ballard Power Systems, 2004b, Transportation – clean reliable efficient quiet progressive –
Power to change the world, URL: <http://www.ballard.com/be_a_customer/transportation>.
(09/04/2005)
Ballard Power Systems, 2004c, About Ballard – technology responsibility expertise vision –
Power to change the world, URL: <http://www.ballard.com/be_informed/about_ballard>.
(09/04/2005)
Ballard Power Systems, 2005a, 2004 Ballard Management’s discussion and analysis, URL:
<http://www.ballard.com/resources/annual_and_quarterly_reports/doc_uploads/2004%20Man
agement%20Discussion%20and%20Analysis.pdf>. (21/03/2005)
Ballard Power Systems, 2005b, News Release: Ballard Power Systems Announces Significant
Advances in Fuel Cell Stack Technology, URL:
<http://www.ballard.com/resources/news_releases/04_Technology%20Hat%20Trick.pdf>.
(04/03/2005)
Ballard Power Systems, 2005c, Commercially Viable Fuel Cell Stack Technology Ready by
2010, URL:
<http://www.ballard.com/resources/news_releases/05_Technology%20Road%20Map_websit
e.pdf>. (30/03/2005)
VIII
BIRDSONG A., 2005, California Drives the Future of the Automobile, World Watch, vol. 18,
nr. 2, blz. 26-30.
BUSH G.W., 2005a, The State of the Union, 2 Februari 2005, URL:
<http://www.whitehouse.gov/stateoftheunion/2005>. (26/02/2005)
BUSH G.W., 2005b, President discusses American and European alliance in Belgium, 21
Februari 2005, URL: <http://www.whitehouse.gov/news/releases/2005/02/20050221.html>.
(26/02/2005)
Chronology of a European commitment, 2004, RTD Info – Magazine on European Research,
nr. 42, Augustus 2004, blz 5.
DaimlerChrysler, 2005, On Course for the Real World - Fuel-Cell Vehicles Tested in Every
Day Life, URL: <http://www.daimlerchrysler.com/dccom/0,,0-5-7166-1-454523-1-0-0-0-0-0-
1372-7166-0-0-0-0-0-0-0,00.html>. (09//04/2005)
DaimlerChrysler Unveils New Fuel Cell Vehicle in Geneva, 2005, Hydrogen & FC Cars,
URL: <http://www.h2cars.biz/artman/publish/article_679.shtml>. (06/04/2005)
Diesel Advocate – DaimlerChrysler’s Prof. Kohler argues for diesels over hybrids and lays
out his views on hydrogen fuel cell vehicles, 2004, Automotive Industries, December 2004,
blz. 11.
DOSI G., 1988a, Sources, Procedures, and Microeconomic Effects of Innovation, Journal of
Economic Literature, vol. 26, nr. 3, September 1988, blz. 1120-1171.
DOSI G., 1988b, The Nature of the Innovative Process’, in: DOSI G. et al., ‘Technical
Change and Economic Theory, Printer Publishers, London en New York, blz. 221-238.
ERDLE K.E., 2001, Grundlagen, Stand und Perspektiven der Brennstoffzellen-Technik, in:
Stationäre Brennstoffzellenanlagen - Markteinführung, VDI-Berichte 1596, Düsseldorf, 175
blz.
IX
EUROPEAN COMMISSION, 2000, Green Paper – Towards a European strategy for the
security of energy supply, 111 blz.
EUROPEAN COMMISSION, 2003, ‘EUR 20719 EN - Hydrogen Energy and Fuel Cells – A
vision of our future’, 36 blz.
EUROPEAN COMMISSION, 2004, Waterstofeconomie: nieuw “Quick Start”-initiatief van
de EU op het gebied van waterstof en brandstofcellen, 18 maart 2004, URL:
<http://europa.eu.int/comm/research/press/2004/pr1803-2en.cfm>. (02/04/2005)
FERNANDES T.R.C., CHEN F., DA GRAÇA CARVALHO M., 2005, “HySociety” in
support of European hydrogen projects and EC policy, International Journal of Hydrogen
Energy, vol. 30, nr. 3, blz. 239-245.
Fill It Up With Hydrogen, 2004, Deutsche Welle, 13 november 2004,
URL: <http://www.dw-world.de/dw/article/0,1564,1396039,00.html>. (02/04/2005)
Fuel cell car, bus fleets launched by DaimlerChrysler, 2002, Fuel Cell Bulletin, December
2002.
Fuel Cell Handbook (Sixth Edition), 2002, U.S. Department of Energy, Office of Fossil
Energy en National Energy Technology Laboratory, 451 blz.
Fuel Cell Vehicle World Survey 2003, 2004, Breakthrough Technologies Institute,
Washington, 144 blz.
Fusie Stuart en Hydrogenics moet waterstofbedrijf rendabel maken, 2004, De Tijd, 13
november 2004, blz. 11.
GASTEIGER H.A., KOCHA S.S., SOMPALLI B. en WAGNER F.T., 2005, Activity
benchmarks and requirements for Pt, Pt-alloy, and non-Pt oxygen reduction catalysts for
PEMFCs, Journal of Applied Catalysis B: Environmental, vol. 56, blz. 9-35.
X
General Motors, 2005, GMability – Advanced Technology: Fuel Cell Vehicles, URL:
<http://www.gm.com/company/gmability/adv_tech/400_fcv/index.html>. (09/04/2005)
GM Fuel Cell Marathon, URL: <http://www.gmeurope.com/marathon/>. (04/03/2005)
GORT M. en KLEPPER S., 1982, Time Paths in the Diffusion of Product Innovations, The
Economic Journal, vol. 92, nr. 367, September 1982, blz. 630-653.
GORT M. en WALL R.A., 1986, The Evolution of Technologies and Investment in
Innovation, The Economic Journal, vol. 96, nr. 383, September 1986, blz. 741-757.
H2 Hour, 2004, RTD Info – Magazine on European Research, nr. 42, Augustus 2004, blz 9-11.
HALL J. en KERR R., 2003, Innovation dynamics and environmental technologies: the
emergence of fuel cell technology, Journal of Cleaner Production, nr. 11, blz. 459-471.
HILLIARD H.E., 2000, Platinum-Group Metals, U.S. Geological Survey Minerals Yearbook
2000, 13 blz.
HOGARTH M., 2003, Prospects of the Direct Methanol Fuel Cell, in: HOOGERS G., Fuel
Cell Technology Handbook, CRC Press, 11 blz.
HOOGERS G., 2003a, Introduction, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology Handbook,
CRC Press, 5 blz.
HOOGERS G., 2003b, The Fueling Problem: Fuel Cell Systems, in: HOOGERS G., Fuel Cell
Technology Handbook, CRC Press, 23 blz.
HOOGERS G., 2003c, Automotive Applications, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology
Handbook, CRC Press, 41 blz.
Hydrogenics Corporation, 2003, Annual Report 2003, 76 blz.
XI
Hydrogenics Corporation, 2005a, Hydrogenics Corporation Succeeds In Bid For Stuart
Energy Systems Corporation, URL:
<http://www.hydrogenics.com/ir_newsdetail.asp?RELEASEID=152043>. (09/04/2005)
Hydrogenics Corporation, 2005b, Hydrogenics Reports Fourth Quarter And Full Year 2004
Results, URL: <http://www.hydrogenics.com/ir_earnings.asp>. (09/04/2005)
HydrogenSource, 2004, HydrogenSource to be dissolved, URL:
<http://www.hydrogensource.com>. (23/04/2005)
Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program – Multi-Year Research,
Development and Demonstration Plan, 2005, U.S. Department of Energy – Energy Efficiency
and Renewable Energy, 280 blz.
Hydrogen is on the way, 2004, RTD Info – Magazine on European Research, nr. 42, Augustus
2004, blz 3-5.
International Partnership for the Hydrogen Economy, 2003, Terms of Reference for the
International Partnership for the Hydrogen Economy, URL:
<http://www.iphe.net/TermsofReference.pdf>. (02/04/2005)
IPCC, 2001, Climate Change 2001: Synthesis Report – Summary for Policymakers, 34 blz.
IVANHOE L.F., 1997, Get ready for another oil shock!, The Futurist, vol. 31, nr. 1, blz. 20-
24.
JACOBSSON S. en BERGEK A., 2004, Transforming the Energy Sector : The Evolution of
Technological Systems in Renewable Energy Technology, Industrial and Corporate Change,
vol. 13, nr. 5, blz. 815-849.
JACOBSSON S. en LAUBER V., Forthcoming, The politics and policy of energy system
transformation – explaining the German diffusion of renewable energy technology, Energy
Policy, 21 blz.
XII
KARLSTRÖM M., 2005, Local Environmental Benefits of Fuel Cell Buses – A Case Study,
Journal of Cleaner Production, vol. 13, nr. 7, blz. 679-685.
KUIK O. en MULDER M., 2004, Emissions trading and competitiveness: pros and cons of
relative and absolute schemes, Energy Policy, vol. 32, nr. 6, blz. 737-745.
Leading the way – Fuel-cell vehicles from Toyota and Honda are hitting the streets for
customer use in both Japan and the U.S., 2003, Automotive Engineering International, maart
2003, blz. 54-58.
Lighthouses for Hydrogen, 2004, Shell Venster, november/december 2004, blz. 6-10.
Mercedes-Benz, 2005, De F-Cell Citaro met een actieradius van 200 kilometer, URL:
<http://www.mercedes.nl/ web/show/id=671257>. (16/04/2005)
MOONEY C., 2005, Some Like It Hot, Mother Jones, mei/juni 2005, URL:
<http://www.motherjones.com/news/feature/2005/05/some_like_it_hot.html>. (20/04/2005)
NARUSAWA K. et al., 2004, Study on Fuel Cell Poisoning Resulting From Hydrogen Fuel
Containing Impurities – F2004 F397, Fisita World Automotive Congress, Barcelona, mei
2004, 14 blz.
NORBECK J.M. et al., 1996, Hydrogen Fuel for Surface Transportation, Society of
Automotive Engineers, Warrendale, 548 blz.
PAVITT K., 1984, Sectoral Patterns of Technical Change: Towards a Taxonomy and a
Theory, Research Policy, vol. 13, nr. 6, blz. 343-374.
PEAVEY M.A., 2003, Fuel From Water – Energy Independence With Hydrogen, Merit,
Louisville, 256 blz.
PEREZ C. en SOETE L., 1988, Catching up in Technology: Entry Barriers and Windows of
Opportunity, in: DOSI G. et al., ‘Technical Change and Economic Theory’, Printer Publishers,
London en New York, blz. 458-479.
XIII
Plug Power, 2003, Annual Report 2003, 48 blz.
RIFKIN J., 2004, De Waterstofeconomie – schone en duurzame energie voor iedereen,
Lemniscaat, Rotterdam, 327 blz.
SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005, Near-term technology policies for long-term climate
targets – economy wide versus technology specific approaches, Energy Policy, vol. 33, nr. 12,
blz. 1557-1576.
STONE R., 2003, Competing Technologies for Transportation, in: HOOGERS G., Fuel Cell
Technology Handbook, CRC Press, 29 blz.
STONEMAN P. en KWON M.J., 1994, The Diffusion of Multiple Process Technologies, The
Economic Journal, vol. 104, nr. 423, Maart 1994, blz. 420-431.
STUBBE E., 1998, Brandstofcellen voor stationaire energieproductie, in: Studienamiddag:
brandstofcellen, De Nayer Instituut, Sint-Katelijne-Waver.
Toyota: Volume fuel cell cars are at least 25 years away, 2005, Automotive News, vol. 79 nr.
6130, blz. 36.
Types Of Fuel Cells, 2004, U.S. Department of Energy – Energy Efficiency and Renewable
Energy, URL: <http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html>.
(20/02/2005)
UNRUH G., 2000, Understanding carbon lock-in, Energy Policy, vol. 28, nr. 12, blz. 817-830.
UNRUH G., 2002, Escaping carbon lock-in, Energy Policy, vol. 30, nr. 4, blz. 317-325.
UNRUH G. en CARRILLO-HERMOSILLA J., Forthcoming, Globalizing carbon lock-in,
Energy Policy, 13 blz.
United States Department of Energy, 2002a, National Hydrogen Energy Roadmap, 58 blz.
XIV
United States Department of Energy, 2002b, A National Vision of Amerika’s Transition to a
Hydrogen Economy – To 2030 and Beyond, 35 blz.
U.S. Has Three-Pronged Climate Change Strategy, Envoy Says, 2004, URL:
<http://www.uspolicy.be/Article.asp?ID=A4AA0EE1-57B8-4D86-AC40-0A9D4A1CF6F5>.
(02/04/2005)
VAN LANGENHOVE H. en SERCU B., 2004, Milieutechnologie – luchtverontreiniging, 67
blz.
Waterstofbedrijven Hydrogenics en Stuart fuseren, 2004, De Tijd, 12 november 2004, blz. 14.
ZHOU L., 2005, Problems and progress in hydrogen storage methods, Renewable and
Sustainable Energy Reviews, vol. 9, blz. 395-408.
XV