Je kent de oefening. Je rijdt het station binnen, vult de tank en kijkt hoe de klok tikt. Elke keer dat u dat doet, put u een eindige hulpbron uit. Fossiele brandstoffen zijn slechts gecomprimeerd prehistorisch leven. Het aanbod krimpt. De prijs wordt gedicteerd door een handvol landen. En voor een land als de VS is de afhankelijkheid van buitenlandse olie een probleem voor de nationale veiligheid dat nooit lijkt te worden opgelost. We vertrouwen al eeuwen op deze vuile brandstof. Er komt een einde aan.
De oplossing zweeft misschien wel boven ons hoofd. Letterlijk.
De waterstofparadox
Het heelal bestaat voor het grootste deel uit waterstof. Ongeveer 75 procent van alles wat er is, is H. Maar hier op aarde? Niet zozeer pure dingen. Waterstofgas bestaat als H2-moleculen. Ze zijn zo licht dat ze, als je ze niet in de val lokt, aan de zwaartekracht van de aarde ontsnappen en de ruimte in zweven. Daarom zie je zelden pure waterstof in de buurt. Het is meestal gebonden aan andere elementen. Water is de grote. H2O. Waterstof plus zuurstof.
Om zuivere waterstof uit dat mengsel te halen, is werk nodig. Er bestaan verschillende methoden. De meest gebruikelijke manier op dit moment is het winnen van aardgas uit aardgas. Je kunt watermoleculen ook splitsen met behulp van elektrolyse. Onderzoekers overwegen zelfs om het biologisch te produceren uit algen of specifieke bacteriën. Een deel hiervan is een standaardprocedure. Een deel ervan bevindt zich nog in het laboratorium.
De waterstofeconomie
In 1970 bedacht scheikundige John Bockris de term waterstofeconomie. Het idee was eenvoudig. Een toekomst waarin elk voertuig op waterstof rijdt. Geen luchtkasteeldroom meer. Wij hebben de technologie.
Het belangrijkste onderdeel is de brandstofcel. Er wordt elektriciteit opgewekt met behulp van waterstof. Geen verbranding. Gewoon chemie.
Autofabrikanten bouwen al jaren conceptcars. Denk aan de Volkswagen Tiguan HyMotion. Of de Chevrolet Equinox Brandstofcel-SUV. Dit zijn niet zomaar blauwdrukken. Je kunt daadwerkelijk een productiemodel kopen in Californië. De Honda FCX Clarity is al onderweg.
Geen vervuiling meer?
De belofte is schoon. De enige uitstoot van een brandstofcelvoertuig is waterdamp. Dat is het. Geen koolmonoxide. Geen stikstofoxiden. Gewoon natte lucht.
Maar er zijn hindernissen. Waar komt de waterstof vandaan? Als je het uit aardgas haalt, gebruik je nog steeds fossiele brandstoffen. Je hebt zojuist de vervuiling van de uitlaat naar de energiecentrale verplaatst. Is dat echt beter? Het antwoord hangt af van het raster. Als de elektriciteit voor elektrolyse uit steenkool komt, verleg je het probleem alleen maar. Als het afkomstig is van wind- of zonne-energie, verandert de vergelijking volledig.
Dan is er sprake van opslag. Waterstof heeft een lage energiedichtheid per volume. Je hebt hogedruktanks nodig. Of cryogene koeling. Dat voegt gewicht toe. Complexiteit. Kosten.
Infrastructuur is een andere bakstenen muur. Er zijn bijna geen openbare waterstofstations vergeleken met benzinepompen. Totdat er een netwerk is, is de Honda FCX Clarity een leuke nieuwigheid voor early adopters in zonnige staten. Het is nog geen massamarktoplossing.
Kan waterstof benzine vervangen? Ja. Moet het? Misschien. De technologie werkt. De natuurkunde is goed. De politiek is rommelig. De economie is zwaar. We wachten tot de prijs daalt en de tanks groter worden. Tot die tijd kunt u gas blijven pompen. Of je kunt door Californië rijden en het water uit je bumper zien druppelen.
Brandstofcellen verminderen niet alleen de vervuiling. Ze elimineren het. Met name de CO2-uitstoot. Wanneer je elektriciteit opwekt in een waterstofbrandstofcel, is de enige output warmte en water. Zuiver water. Als elk voertuig op de weg zou overstappen op deze technologie, zou de dikke smog die veel Amerikaanse steden verstikt grotendeels verdwijnen. Het grootste deel van die zichtbare waas komt van de uitlaatgassen van voertuigen. De Environmental Protection Agency merkt op dat de helft van alle Amerikanen in gebieden woont waar de vervuilingsniveaus een negatieve invloed hebben op de menselijke gezondheid. Het terugdringen van smog gaat niet alleen over mooie uitzichten. Het gaat over gezondheid.
Verbrandingsmotoren zijn vuil. Ze verbranden op koolstof gebaseerde brandstoffen. De bijproducten omvatten kooldioxide, water en roet. Die kleine materiedeeltjes verdwijnen niet zomaar. Wanneer mensen ze inademen, kunnen de gevolgen ernstig zijn. Astma. Longkanker. Andere luchtwegaandoeningen. Dan is er koolstofdioxide. De meeste wetenschappers zijn het erover eens dat de toename van het CO2-gehalte in de atmosfeer bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Het potentieel voor schadelijke klimaatveranderingen over de hele planeet is reëel.
Overgang naar schone energiebronnen
De overstap van verbrandingsmotoren naar niet-vervuilende bronnen zoals waterstof is van cruciaal belang voor de 21e eeuw. We moeten deze problemen verminderen. Maar de realiteit van de huidige vloot is grimmig. Er zijn momenteel meer dan 130 miljoen benzinevoertuigen op de weg. Brandstofcelauto’s zullen in de nabije toekomst niet genoeg verschil maken om de focus op milieuverbeteringen te verleggen. De barrière is niet alleen ideologie. Het is economie.
Vroege brandstofcelauto’s zullen waarschijnlijk minstens 100.000 dollar kosten. Door dat prijskaartje zijn ze buiten bereik van de gewone bestuurder. Je kunt je niet uit de klimaatverandering kopen als de auto evenveel kost als een huis. Infrastructuur is een ander ontbrekend stuk. We hebben waterstofproductie-installaties nodig. We hebben tankstations nodig. Geen van beide bestaat nog op schaal. Sommige waarnemers beweren dat de milieuwinst op de korte termijn voortkomt uit een mix van technologieën. Waterstof auto’s. Elektrische voertuigen op batterijen. Andere alternatieve brandstoffen. Een hybride benadering van het elektriciteitsnet.
Waarom de atmosferische vervuiling blijft bestaan
De bestaande luchtvervuiling zal niet snel verdwijnen. De tijdlijn is belangrijk. Roet bezinkt binnen enkele weken of maanden uit de atmosfeer. Koolstofdioxide blijft aanzienlijk langer aanwezig. Decennia. Zelfs als we vandaag alle bronnen van koolstofemissies zouden elimineren, zou het nog jaren duren voordat de koolstofniveaus in de atmosfeer weer normaal zijn. De traagheid van het klimaatsysteem is groot.
Auto’s zijn slechts één bron van CO2-uitstoot. Ze zijn van groot belang, maar niet de enige. Kolencentrales pompen ook koolstof in de atmosfeer. Om de opwarming van de aarde te voorkomen, moeten we ook die uitstoot beperken. Het is een oorlog op meerdere fronten.
Waterstofefficiëntie versus benzine
Efficiëntie is een ander groot voordeel van de waterstofbrandstofcel. Een verbrandingsmotor is een verkwistend beest. Het gebruikt minder dan 20 procent van de chemische energie in benzine. De rest? Verloren als hitte. Een brandstofcel is aanzienlijk efficiënter. Het maakt gebruik van ongeveer 60 procent van de energie die beschikbaar is in waterstof. Dat is een enorme kloof. U krijgt meer kilometers per eenheid energie. Minder afval.
Geen buitenlandse olieafhankelijkheid meer?
Wij importeren meer dan de helft van de olie die de VS verbruikt. Dat is een duizelingwekkend aantal. Twee derde van die geïmporteerde ruwe olie gaat rechtstreeks de tanks in. Het transport slokt het op. Omdat een groot deel van deze toeleveringsketen zich in het buitenland afspeelt, hebben wij geen controle over de prijskaartjes. Wij hebben geen controle over de aanvoerlijnen. Een groot deel van deze brandstof komt uit het Midden-Oosten. Dat zijn regio’s die gevoelig zijn voor politieke instabiliteit.
De VS proberen al sinds de jaren zeventig deze gewoonte te doorbreken. De strategie mislukte. De import groeide zelfs. Door de aanslagen van 11 september 2001 voelde de afhankelijkheid nog gevaarlijker aan. Het ging niet meer alleen om geld. Het ging over veiligheid.
Dan is er de economische klap. Als de olieprijzen stijgen, wordt alles duur. Elk product dat olie gebruikt om het te maken of te verplaatsen, kost meer. Benzine en diesel schommelden in 2008 tussen de $ 4 en $ 5 per gallon. Dat is steil. Het trekt de hele economie naar beneden.
Is waterstof goedkoper dan benzine?
De wiskunde is lastig. Het Amerikaanse ministerie van Energie schat de kosten van de huidige generatie brandstofcellen op ongeveer $ 225 per kilowatt. Dat is niet competitief. De prijzen voor waterstof moeten dalen tot ongeveer $30 per kilowatt om benzine als primaire brandstofbron echt uit te dagen.
“De kosten van de waterstof zelf, gemeten per kilometer, zouden binnenkort wel 50 procent lager kunnen zijn dan de huidige kosten van benzine.”
De National Research Council zegt dat de brandstofkosten de helft kunnen bedragen van die van gas. Dit voordeel wordt groter naarmate de gasprijzen stijgen. Bovendien wordt waterstof met een hoog rendement omgezet in elektriciteit. Dat is een groot probleem.
Kunnen waterstofvoertuigen de olieverslaving doorbreken?
Zij kunnen helpen. Maar verwacht geen snelle oplossing. Het zal waarschijnlijk tientallen jaren duren voordat er voldoende waterstofvoertuigen op de weg komen om een deuk in de import te slaan. De verschuiving verloopt langzaam. De infrastructuur is schaars. Maar op de lange termijn kan de impact enorm zijn.
Dit zijn niet alleen concepten. Er rijden al meerdere brandstofcelvoertuigen (FCV’s) op de openbare weg.
Honda FCX Duidelijkheid
Dit is de enige FCV die verhuurd kan worden aan particulieren. En zelfs dan zit je vast in delen van Californië waar waterstofstations bestaan. Het huurcontract bedraagt € 600,- per maand. De eerste ging op 25 juli 2008 naar een familie in Californië. Het is een niche. Het is duur. Maar het is echt.
Chevrolet Equinox brandstofcel-SUV
Chevy bouwde er vloten van. Ze toerde door Californië, New York en Washington D.C. om met de technologie te pronken. Je kunt er geen kopen. Je kunt er geen leasen. Het is een demonstratievoertuig. Het bewijst dat de carrosserievorm van een SUV werkt met een brandstofcelstapel. Dat is alles.
Volkswagen Tiguan HyMotion
VW verkocht dit ook niet. De HyMotion deed mee aan de Nationale Hydrogen Road Tour. Hij reed van Portland, Maine, naar Los Angeles. Het was een proof-of-concept-run. Geen enkele dealer biedt het aan.
BMW Waterstof 7
BMW gaf deze auto aan beroemdheden. Will Ferrell kreeg er als eerste een. Anderen volgden. Het is niet voor het grote publiek. Het is een PR-zet. Verlengde gebruiksperioden voor sterren. Het laat zien dat de technologie werkt. Dat betekent niet dat je er morgen eentje bij Bavaria kunt bestellen.
Is de waterstofeconomie duurzaam?
Het infrastructuurvraagstuk dreigt groot te worden. Zonder stations blijven de FCV’s in showrooms of testvloten staan. De economie verandert, maar de hardwarekosten blijven hoog. We wachten tot de kilowattprijs crasht. We wachten tot er stations in de buitenwijken verschijnen. Het is een lang spel. De olieverslaving zal niet in één modeljaar worden genezen.
De duurzaamheidskloof in waterstofenergie
Als de waterstofeconomie de Verenigde Staten een toekomst wil bieden die vrij is van vervuiling en afhankelijkheid van buitenlandse olie, moet deze duurzaam zijn. Dat wil zeggen dat het land in staat moet zijn gelijke tred te houden met de toegenomen bevolkingsgroei, het toegenomen gebruik van energievretende technologie, veranderingen in de politiek en veranderingen in de houding van mensen ten opzichte van het milieu en ten opzichte van het welzijn van toekomstige generaties. Er wordt geschat dat de wereldwijde energiebehoefte tegen het jaar 2050 zal zijn verdubbeld. Het is onwaarschijnlijk dat het snel afnemende aanbod van fossiele brandstoffen deze vraag kan bijhouden, dus nieuwe energiebronnen zullen van cruciaal belang zijn.
Een van de belangrijkste obstakels voor een duurzame waterstofeconomie is dat de methoden die momenteel worden gebruikt om waterstof uit grotere moleculen te extraheren, afhankelijk zijn van elektriciteit – en dat elektriciteit grotendeels wordt opgewekt door methoden die vervuiling veroorzaken. Als waterstofwinning wordt uitgevoerd met behulp van elektriciteit uit een kolencentrale, maakt het niet uit dat de brandstofcel niet vervuilt, omdat de vervuiling plaatsvond toen de waterstof werd gewonnen. Als waterstof een echte niet-vervuilende energiebron wil zijn, zal de elektriciteit die wordt gebruikt om de waterstof te winnen, moeten worden geproduceerd met een niet-vervuilende methode, zoals zonne-energie. Momenteel is dit meestal niet het geval, dus een echt duurzame waterstofeconomie zal substantiële veranderingen in de energieopwekking vereisen.
Opslag is ook een probleem. Waterstofbrandstof wordt opgeslagen in gecomprimeerde vloeibare vorm en na verloop van tijd ontsnapt een deel ervan door verdamping. Als er niet regelmatig met een waterstofauto wordt gereden, zullen de verdampingsverliezen de totale brandstofkosten aanzienlijk verhogen. En het comprimeren van vloeibare waterstof tot een volume dat in een auto kan worden vervoerd, vergt ook veel energie, en die energie kan zijn opgewekt met methoden die vervuiling veroorzaken.
Sommige experts zijn van mening dat verbeteringen in de productie en opslag van waterstof binnen 15 tot 30 jaar zullen leiden tot een duurzame waterstofeconomie. Het idee van een waterstofeconomie heeft echter tegenstanders, van wie velen geloven dat een dergelijke economie nooit duurzaam kan zijn en dat onze hulpbronnen beter zouden kunnen worden gebruikt voor het onderzoeken van andere vormen van energieopwekking. Het kan nog jaren duren voordat duidelijk wordt of waterstof werkelijk de brandstof van de toekomst is.
Veel meer informatie
Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen
-
Hoe brandstofcellen werken
-
Hoe de waterstofeconomie werkt
-
Wat is het verschil tussen een brandstofcelvoertuig en een waterstof-on-demand-voertuig?
-
Hoe gasprijzen werken
-
Wat zijn de gevaren van voertuigen op waterstof?
-
Hoe hybride auto’s werken
-
Hoe de opwarming van de aarde werkt
-
Hoe automotoren werken
Nog meer geweldige links
-
Brandstofeconomie.gov
-
Brandstofcellen 2000
-
Nova
-
Honda FCX duidelijkheid
-
Amerikaanse ministerie van Energie
Bronnen
-
Bossel, Ulf en Eliasson, Baldur. “Energie en de waterstofeconomie.” 8 januari 2003. http://www.methanol.org/pdf/HydrogenEconomyReport2003.pdf
-
Carseek. “Waterstofbrandstofcelautotechnologie.” http://www.carseek.com/articles/hydrogen-fuel-cell-car.html
-
Clayton, Mark. “Toenemende oproep: verminder de Amerikaanse olie-import.” De Christian Science Monitor. 5 mei 2005. http://www.csmonitor.com/2005/0505/p01s04-usfp.html
-
Friedemann, Alice. “De waterstofeconomie – Energie en economisch zwart gat.” Cultuurverandering. September 2004. (22 augustus 2008) http://www.culturechange.org/alt_energy.htm
-Gizmag. “Honda staat op het punt een waterstof-brandstofcelauto en een thuistankstation uit te brengen.” (22 augustus 2008) http://www.gizmag.com/honda-fuel-cell-fcx/8394/
-
Hall, Kevin G. “Olie-onafhankelijkheid is mogelijk, maar willen de VS dat echt?” Milwaukee Journal Sentinel. 4 maart 2006. http://www.jsonline.com/story/index.aspx?id=40957
-
Huffman, Mark. “Auto’s met waterstofbrandstofcellen brengen hoop, zo niet verlichting.” Consumentenzaken. 25 juni 2008. http://www.consumeraffairs.com/news04/2008/06/fuel_cell.html
-
Llanos, Miguel. “Waterstofauto’s klaar om te rijden – voor een prijs.” MSNBC. 23 juni 2004. http://www.msnbc.msn.com/id/453676/
-
Sinha, Vandana. “Volkswagen gaat op pad met waterstofbrandstofcelauto.” Washington zakenblad. 11 augustus 2008. http://www.bizjournals.com/washington/stories/2008/08/11/daily14.html? ana=van_rss
-
Vergano, Dan. “Tot nu toe zijn auto’s op waterstof de brandstof voor toekomstige gedachten.” VS VANDAAG. 21 juli 2008. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2008-07-20-hydrogener-cars_N.htm
