Na de eigenschappen te hebben besproken, gaan we ook met de brandstofcel verder met de praktische voor- en nadelen.

Actieradius & Snelheid

Zoals hiervoor beschreven heeft iedere auto last van energieverlies, zo ook de waterstofauto.Uit figuur 3 blijkt dat de efficiëntie van de waterstofauto lager ligt dan die van de elektrische auto.Ook de acceleratie en snelheid zijn lager, respectievelijk in ongeveer 11 seconden van 0-100km/h en een maximum snelheid uiteenlopend van 120km/h tot 180km/h.[1][2][3][4]

De actieradius echter is wel groter dan bij de elektrische auto, en kan oplopen tot zo’n 700 km.[1][2][3][5]

[6] Deze actieradius zal alleen nog maar groter worden als de opslagtechnieken van waterstof verbeteren.

Waterstofproductie[7][8]

Er zijn verschillende manieren om waterstof te produceren, namelijk: Reforming

o Uit koolstofmonoxide Elektrolyse Uit biomassa Uit steenkool Door middel van algen

Er zijn nog wel meer mogelijkheden, maar die zijn nog niet ver ontwikkeld of worden weinig gebruikt.

Figuur Productie van waterstof.Bron: http://hho-hydrogen-energy.com/html/abouthydrogen.html

ReformingOnder temperaturen van 700-1100°C reageert stoom met methaan, wat de volgende reactie geeft:

CH4 + H2O → CO + 3H2

Dit kost alleen wel 191.7kJ/mol. Deze energie wordt verkregen uit het verbrande van een gedeelte van het methaan.

Uit de ontstane koolstofmonoxide kan nog meer waterstof worden verkregen door water-gassplitsing,

CO + H2O → H2 + CO2 Dit levert dan weer 40.4kJ/mol op maar ook koolstofdioxide.

ElektrolyseBij elektrolyse wordt water gespleten in waterstof en zuurstof,

2H2O →2 H2 + O2

Dit kan doormiddel van hoge druk of door hoge temperatuur, wat allebei ook energie kost, en wat dus alleen efficiënt is als er groene (wind- of zonne)energie wordt gebruikt.

Uit biomassa of steenkoolWaterstof kan uit biomassa of steenkool gehaald worden door vergassing of uit biomassa door bacteriën. Vergassing kost ook weer energie en beide manieren leveren ook CO2 op.

Door algenAlgen kunnen waterstof produceren als ze zwavel onthouden worden of als ze koper toegevoegd krijgen.[9]

De meeste manieren van waterstofproductie kosten energie, of zijn lang niet grootschalig genoeg om alle auto’s te voorzien. Alleen als er dus groene energie wordt gebruikt is waterstofproductie en het rijden op waterstof en goed alternatief.

Waterstofopslag[10]

De opslag van waterstof richt zich er op het volume ervan te verminderen. Onder normale omstandigheden is het volume van 1kg waterstof ruim 11m3. Dit pas nooit in een auto en zou de actieradius enorm klein zijn wanneer ja het in deze vorm toch in een tank doet, daarom zijn de volgende manieren bedacht om het volume te verkleinen: gasvormige opslag, vloeibare opslag en opslag door chemische bindingen.

Gasvormige opslagDoor hogere druk wordt de waterstof samengeperst waardoor het volume afneemt. De druk in waterstof tanks voor gasvormig waterstof is vaak 350 bar of 700 bar, respectievelijk 35 MPa en 70 MPa.[11][12][13] Hierdoor kan een volume van 36kg per m3 bereikt worden. Het probleem van gasvormige opslag is de energie en daarbij de kosten die het samenpersen met zich meebrengt. Tevens is hoge druk altijd gevaarlijk. De volume capaciteit van gasvormig waterstof is 0.030kg/l.[13][14]

Vloeibare opslagWaterstof is vloeibaar vanaf -240°C (33K). En de opslag vindt plaats bij -253°C (20K). Om het zo ver te koelen is ook weer veel energie nodig waaraan de nodige kosten verbonden zijn. De tank moet ook goed geïsoleerd zijn, om verdamping tegen te gaan. Om de waterstof zo koud te houden in de tank is ook weer energie nodig, ongeveer 1/3 van de energie in de waterstof in de tank. Dit maakt vloeibare opslag van waterstof inefficiënt, duur en minder energiezuinig dan bijvoorbeeld gasvormige opslag. De volume capaciteit van vloeibaar waterstof is 0.070kg/l.[13][14] Dit is wel meer dan het dubbele dan gasvormig waterstof, waardoor de tank dus kleiner kan zijn of de actieradius groter wordt, maar weegt dit op tegen de extra kosten en energieverlies?

Figuur Vloeibaar waterstoftank

Bron: http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/hydrogen_storage.html

Chemische bindingenDe meest gebruikte manier van waterstofopslag in chemische bindingen is doormiddel van metaal hydriden. Het principe is dat er een metaallegering in een tank gebouwd wordt die met het waterstof een chemische binding aangaat, alleen om het waterstof weer los te krijgen is energie nodig. Deze energie kan verminderd worden door katalysatoren, waardoor het waterstof ook makkelijker opgenomen kan worden. Nikkel-tin, titaan of platina zijn veelgebruikte katalysatoren, waarvan platina de beste is, maar tevens de duurste. Het nadeel van opslag van waterstof in metaal hydriden is dat het massapercentage erg laag is, waardoor de tank erg veel gaat wegen. Deze opslagtechniek wordt nog weinig toegepast omdat er nog relatief weinig over bekend is en het nog volop in onderzoek is.

Infrastructuur

Er is nog heel weinig infrastructuur voor het tanken van waterstof, hierbij moet je denken aan tankstations, leidingen en andere transportmethoden. Dat er nog weinig infrastructuur is komt doordat bedrijven niet willen investeren als er nog nauwelijks aanbod is in waterstofauto’s. Maar producenten van waterstofauto’s brengen niet meer op de markt zolang er geen fatsoenlijke infrastructuur is. Doordat dit elkaar in de weg zit, schiet het niet op met individueel gebruik van de waterstofauto. Er is in een aantal landen wel al een aantal stations waar waterstof getankt kan worden, zoals de VS, Canada, Spanje, Duitsland, Japan en in Scandinavië. Vooral in de VS zijn verscheidene stations, voornamelijk in Californië.

Figuur Bron: http://www.nrel.gov/gis/hydrogen.html

Zoals je in de figuur kan zien is de concentratie het grootst in Californië en het noordoosten.Er zijn er in Californië nu 25-30 en er staan er nog meer op de planning.[15][16]

De tijd dat het kost om vol te tanken verschilt van 3-30 minuten, dit verschilt per tankstation en hangt natuurlijk af van de inhoud van de tank.[17] De techniek om thuis te tanken is nog in ontwikkeling en vraagt veel investering, dus dit is iets voor de toekomst.

Kosten

AanschafprijsDe prijs van waterstofauto’s is de laatste jaren enorm gedaald. De prijs nu kan nog oplopen tot $400000, en zal sowieso $100000 meer kosten dan een auto met een verbrandingsmotor.[18][19] Maar het doel van bijvoorbeeld Toyota is om in 2015 op $50000 uit te komen.[20][21][22]

WaterstofprijsDe prijs van waterstof per liter is ongeveer $1,50,[23] en waterstofauto’s lopen zo’n 1 op 30. [2][24]

OnderhoudskostenNet als bij de elektrische auto liggen de onderhoudskosten van een waterstofauto lager dan van een die van een auto met verbrandingsmotor, doordat er veel minder bewegende delen zijn die onderhoud vergen.[25][26]

BelastingIn Nederland zijn waterstof auto’s sowieso tot 2018 vrij gesteld van BPM, omdat ze geen uitstoot hebben.[27] Als er meer waterstofauto’s komen zal de belasting wel weer stijgen omdat ze dan niet meer beter zijn dan andere auto’s en geen subsidie meer krijgen.

Voor- en nadelen op een rij[7]

VoordelenDe grootste voordeel van de waterstofauto is natuurlijk alleen water als uitstoot/afvalproduct. Dit water is drinkbaar, dus als het opgevangen wordt, kan het gewoon gebruikt worden.De waterstofauto heeft een hoger rendement dan de auto met verbrandingsmotor.De onderhoudskosten zijn lager doordat er veel minder slijtage is.De waterstofauto is stil, het enige geluid dat hij maakt is het geluid van de banden op de weg.

NadelenDe productie van waterstof kost nog altijd wel energie, wat zolang het niet uit groene energie wordt opgewekt, dus alsnog milieuvervuilend is. De aanschafprijs is nu nog erg hoog, dus totdat die prijs daalt is dit een erg groot nadeel.De levensduur van de brandstofcel is nog beperkt, maar daar wordt nog veel onderzoek naar gedaan en stijgt elk jaar.

Figuur De hele keten van waterstofproductie tot het tanken. Bron: http://www.global-hydrogen-bus-platform.com/Technology/HydrogenProduction/Cityspecificsupply

[1] http://www.waterstofautos.nl/[2] http://www.hymove.nl/nl/waterstof-toepassingen/waterstofauto-s/[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Honda_FCX[4] http://www.fuelcellstocks.com/fuelcellvehicles/hydrogencars.htm[5] http://alternativefuels.about.com/b/2007/10/09/extended-range-hydrogen-vehicle-or-how-to-go-560-km-on-one-tank-of-h2.htm [6] http://www.zerauto.nl/blog/index.php/2010/01/18/toyota-waterstof-elektrische-auto[7] http://nl.wikipedia.org/wiki/Waterstofproductie [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_production[9] http://en.wikipedia.org/wiki/Biological_hydrogen_production[10] De waterstofauto binnenstebuiten, NLT module[11] http://world.honda.com/FCXClarity/specifications/index.html[12] http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_storage[13] http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/hydrogen_storage.html[14] http://www.eoearth.org/article/Hydrogen_storage[15] http://en.wikipedia.org/wiki/California_Hydrogen_Highway[16] http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_highway[17] http://www.fuelcells.org/info/charts/h2fuelingstations.pdf[18] http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_car[19] http://www.businessweek.com/magazine/content/05_04/b3917097_mz018.htm[20] http://www.insideline.com/toyota/2015-toyota-hydrogen-car-will-cost-50000.html[21] http://www.businessweek.com/news/2010-05-06/toyota-targets-50-000-price-for-first-hydrogen-car-update2-.html[22] http://www.autoevolution.com/news/toyota-hydrogen-car-priced-at-50000-20188.html[23] http://communities.canada.com/windsorstar/blogs/vanderblogger/archive/2007/09/14/hydrogen-fuel-will-cost-1-35-per-litre-chemical-engineer.aspx[24] http://www.zerauto.nl/blog/index.php/2010/01/18/toyota-waterstof-elektrische-auto[25] http://www.livestrong.com/article/169598-hydrogen-car-benefits/ [26] http://www.hydrogencarinfo.com/hydrogenwatercar.html[27] http://www.anwb.nl/auto/dagelijks-rijden/wat-kost-autorijden,/autobelastingen.html