Waterstof kleurt de aandrijvingstoekomst

"Waterstof zal als het 'nieuwe diesel' dé brandstof van de toekomst worden", klinkt Mark Pecqueur rotsvast overtuigd. De docent en researcher van Thomas More heeft er recentelijk zelfs een boek over uitgebracht samen met Paul Jenné, commercial & market development manager bij Van Hool. Wij zetten een boompje op over waterstof: wat is het, waar staan we en waar gaan we heen?

klimaatneutraal mét waterstof

"Nu men vooropzet om tegen 2026 enkel voor klimaatneutrale voertuigen te gaan, ligt de hoop op elektriciteit maar ook op waterstof", steekt Mark Pecqueur van wal. "Met enkel elektrische voertuigen zal die doelstelling niet gehaald worden. Er zijn simpelweg teveel bestuurders die e-mobiliteit niet zien zitten of voor wie het praktisch gewoon niet haalbaar is. Bovendien is het ook infrastructureel heel moeilijk te behappen. Wie betaalt het optrekken van al die parkeerplaatsen met bijhorende laadpaal? Een waterstoftankstation kan eenvoudigweg honderden auto's per dag bedienen op de modus operandi die we nu hanteren bij het brandstoftanken."

Waterstoftechnologie

Elektriciteit met waterdamp

We maken er hier geen chemieles van, maar het grote principe van waterstoftechnologie is dat waterstof (H₂) in een brandstofcel met zuurstof (O₂) wordt omgezet in water (H₂O) waarbij elektriciteit geproduceerd wordt die een elektromotor kan aandrijven. Restproducten zijn waterdamp en warmte, en dus geen CO₂. Om echt volledig emissievrij te zijn mag ook bij het creëren van de waterstof geen CO₂ ontstaan. Dat gebeurt wel bij stoomreforming, dus wordt bij voorkeur gekozen voor elektrolyse uit groene stroom om het emissievrije label te mogen krijgen.

'verbrandings'motor

Aandrijving met waterstof kan ook via een 'free-piston engine'. In dat soort motor worden in een verbrandingsmotor de bewegingen van de zuigers niet beheerd door een krukas maar door de interactie van de verbrandingskamergassen en de zuigers. Toepassingen waren voorheen voornamelijk luchtcompressoren en het aandrijven van turbines. Met permanente magneten in de pistons en de cilinders omwikkeld met een spoel, worden het evenwel lineaire elektrische machines die elektriciteit genereren door de zuigerbeweging in de cilinder.

"Een free-piston engine is bijzonder efficiënt"

"Voordelen zijn dat er heel weinig bewegende delen aanwezig zijn in deze motor, dat er geen smering aan te pas komt en dat de motor bijzonder efficiënt is, minstens even efficiënt als de 50% van de brandstofcel. Bovendien maakt het geen gebruik van de zeldzame materialen die in de batterijen voor de elektrische voertuigen horen. Zo vermijdt de vrije zuigermotor het verleggen van het klimaatprobleem naar het nijpend tekort aan grondstoffen."

"Het Britse Libertine staat al vrij ver op het vlak van 'free-piston engines' en sloot recentelijk ook deals met diverse grote industriële spelers (zoals Mahle) om de motoren tot bij de autoconstructeurs te kunnen brengen."

Hernieuwbare energie

"De vraag naar hernieuwbare energie kunnen wij Europees niet zelf beantwoorden. Het Desertec-plan uit 2009 wees al uit dat we die energie zullen moeten importeren, voornamelijk als goedkope elektriciteit die kan opgewekt worden in bv. Saoudi-Arabië."

Nog potentieel

"Nu beweren dat wij al 20% hernieuwbare energie inschakelen, is gelogen. We gebruiken 20% van de elektriciteit als hernieuwbaar. Dat is goed voor 80 terawattuur elektriciteitsverbruik in België terwijl ons totaalverbruik 500 terawattuur bedraagt. Dus eigenlijk gaat het maar om 20% van 80 terawatuur op een totaal van 500 ... goed voor slechts 3,5% uit hernieuwbare bronnen."

USE ELECTRONS, MOVE MOLECULES

"Elektriciteit moet gebruikt worden want een elektrische aandrijflijn is beter dan die met een versnellingsbak. Maar om de elektronen te verplaatsen, kan je die maar beter aan een molecule hangen. Dat kan waterstof zijn, maar in de scheepvaart kijkt men vandaag ook naar methanol of zelfs ammoniak."

Vloeibare waterstof op de luchthaven

"Vloeibare waterstof zal door de luchtvaartsector vooruit gestuwd worden. Bedrijven als Airbus investeren in vloeibare waterstof omdat het de enige manier is waarop vliegtuigen emissievrij zouden kunnen vliegen. Het voordeel is dat vliegtuigen dankzij de armere verbranding van waterstof ook op grotere hoogte (>100.000 voet) kunnen opereren. Met jet fuel is de lucht op die hoogte te ijl voor verbranding. Vliegen in de stratosfeer betekent nauwelijks luchtweerstand waardoor vliegtuigen ook sneller - tot mach 8 of 9.500 km/u - kunnen reizen. Ik ben dan ook overtuigd dat luchthavens in de toekomst hubs zullen worden voor opslag van vloeibare waterstof. Die moet gestockeerd worden aan -253 °C."

"Wanneer een Airbus 747 vandaag van Parijs naar New York vliegt, wordt daarbij 110 ton fossiele brandstof verbruikt. Voor het opstijgen en taxiën alleen al wordt er 2 ton brandstof doorgejaagd. Waterstof heeft per kilogram ongeveer het viervoud aan energie in zich in vergelijking met jet fuel. In het voorbeeld van de 747 zou dus 37 ton waterstof volstaan. Alleen is het volume van die 37 ton waterstof groter dan dat van de 110 ton brandstof."

"Ik zie waterstof als het nieuwe diesel"

"Ik zie waterstof dan ook als het nieuwe diesel. Tot 2020 zag men geen toekomst voor waterstof, maar sinds 2021 ziet men toch voor zware toepassingen waterstofmogelijkheden. Ik denk dat waterstof een evolutie zal doormaken zoals diesel dat deed: in de jaren 70 voor zwaar vervoer, in de jaren 80 deed het zijn intrede in het personenvervoer en in de nineties reed 80% van de wagens op diesel. Nu zie ik eerst het elektriciteitsverhaal, maar eens de luchtvaart waterstof heeft geïntroduceerd zie ik in de toekomst ook veel voertuigen op waterstof rijden. Binnen 20 jaar zal waterstof domineren op de elektrische wagen."

"Ook voor autonoom rijden is waterstof geschikt. Het gebruik van batterijaangedreven voertuigen is niet optimaal wanneer die zekere periodes stilstaan." 

WAT ZULLEN WATERSTOFAUTO'S BETEKENEN VOOR DE WERKPLEK?
Naar analogie van de gasdetectie bij het werken aan PLG-aangedreven voertuigen zullen er voor voertuigen met waterstofaandrijving ook detectie van waterstofgas moeten voorzien worden. Die detectie moet gekoppeld worden aan een ontluchtingsinstallatie op het hoogste punt van de faciliteiten. Eens de 10% LEL (lower explosion limit) - ofte 4% vol (volumeprocent) - wordt overschreden, moet het luik omhoog. 

 

RUN ON WATER
In 2019 begonnen Mark Pecqueur en Paul Jenné op vraag van Hydrogen Europe aan een boek over de toen actuele researchinspanningen op vlak van waterstof. Jenné als commercial & market development manager bij Van Hool en Pecqueur als researcher op vlak van alternatieve aandrijvingen legden elk hun ruim 20-jarige ervaring in dit boek. Met hun onderbouwde mening proberen ze ook de toekomst te schetsen van waterstof in een begrijpelijke en duidelijke taal.

U kunt het Engelstalige "Run on Water - the hydrogen way" hier bestellen.