Uitstoot verminderen

In hoeverre zijn elektrische wegen echt een oplossing?

2021-03-18 | Leestijd: 6 min | Leestijd: 6 min

Wijnand van den Brink, Manager Special Products & Innovation

Overal kunnen rijden en nooit meer hoeven tanken, is een prettige gedachte. En dat is precies wat elektrische wegen beweren te kunnen. Voorstanders stellen dat door voertuigen te laden terwijl ze rijden het opladen kan worden versneld en grotere afstanden afgelegd kunnen worden. Maar zijn elektrische wegen echt zo effectief? Of alleen een niche-oplossing voor bepaalde gebieden?

In hoeverre zijn elektrische wegen echt een oplossing?

Wat is een elektrische weg?

Een elektrisch weg-, eroad-, eHighway- of elektrisch wegsysteem (ERS) is een systeem dat de krachtoverdracht tussen een voertuig en de weg waarop het rijdt mogelijk maakt. Elektrische wegen worden ingedeeld in drie categorieën op basis van hoe het opladen plaatsvindt:

Bovengronds geleidend: bij dit type laden wordt energie continu via een pantograaf stroom van bovengrondse leidingen naar het voertuig overgebracht. Bovengronds geleidend opladen, is het meest geschikt voor trucks en bussen die hoog genoeg zijn om de elektrische leidingen te bereiken. Het werkt ook beter met voertuigen die een vaste route rijden, zodat ze continu verbonden kunnen blijven met het elektriciteitsnet.
Geleidende vermogensoverdracht vanaf de weg: dit is vergelijkbaar met de bovengronds geleidende technologie, behalve dat in plaats van een pantograaf het vermogen naar het voertuig wordt overgebracht via rails die in of op het wegdek zijn verankerd. De technologie in de truck omvat een ingebouwde mechanische arm die wordt aangesloten op de voeding: de rails.
Inductieve vermogensoverdracht vanaf de weg: hier vindt de krachtoverbrenging plaats tussen spoelen die in de weg zijn ingebed en spoelen in het voertuig zonder gebruik van een direct contact. Het vermogen van het net wordt omgezet in hoogfrequente wisselstroom om een magnetisch veld te creëren dat vervolgens wordt opgepikt door de spoelen onder het voertuig om spanning te produceren.

Wanneer een auto of truck op een weg rijdt die is uitgerust met een van deze technologieën, gaat de energie rechtstreeks naar het aandrijfsysteem of wordt gebruikt om de accu's aan boord op te laden. Maar als het voertuig eenmaal op een normale weg zonder oplaadmogelijkheden rijdt, schakelt het over op een elektrische of hybride motor of een verbrandingsmotor.

Het gebruik van elektrische wegen is nu nog vrij beperkt, hoewel er enkele proefprojecten lopen in samenwerking met autofabrikanten, onderzoeksinstituten, overheden en energiebedrijven. Een van die projecten loopt in Lund, Zweden. In Italië is de regering van plan een 6 kilometer lange eHighway in het noorden van het land te ontwikkelen. Ook in Californië vindt een demonstratieproject plaats nabij de havens van Los Angeles en Long Beach.

Elektrische wegen: de voor- en nadelen

Een voordeel van elektrische wegen is dat ze een schoner alternatief vormen dan een verbrandingsmotor, vooral als de gebruikte energie afkomstig is van een hernieuwbare bron zoals wind of zon. In het geval van conductief opladen zijn elektrische wegen ook behoorlijk efficiënt. Zo concludeerde het bedrijf Elways AB na onderzoek een efficiëntie van 85-95% voor een gesegmenteerde geleidende oplossing voor auto's en trucks, die nu wordt getest als onderdeel van het eRoadArlanda-project.

Maar daar houden vrijwel alle voordelen van elektrische wegsystemen op. Hoewel bijna alle alternatieven voor diesel verre van mainstream zijn, zijn er velen veel verder gekomen dan ERS (Electric Road Systems). Tegenwoordig zijn er niet veel praktijkgegevens om de betrouwbaarheid ervan te ondersteunen en met uitzondering van de pantograaf (die al 100 jaar oud is), zijn alle andere soorten oplaadmogelijkheden nieuwe, onvolwassen technologieën.

eHighways zijn ook duur; het installeren van de laadinfrastructuur betekent aanzienlijke investeringen in het aanleggen van wegen, het aanleggen van elektriciteitsleidingen en het onderhoud ervan. Het aanleggen kan daarnaast ook een langdurige verstoring van de bestaande verkeersstroom veroorzaken evenals het onderhoud ervan. Een studie schat dat de installatie van een dynamisch inductief systeem 3 weken per 100 meter zou kosten en de aanleg van een geleidend bovengronds systeem neemt 1 maand in beslag voor zo'n 10 kilometer. De verstoring kan tot een minimum worden beperkt als de ERS-constructie samenvalt met gepland onderhoudswerk, maar dat zou de snelheid waarmee de technologie kan worden ingezet beperken.

De complexiteit van ERS betekent ook dat veel actoren, waaronder overheden, gemeenten, energieleveranciers en transportbedrijven zouden moeten samenwerken. Het vereist daarnaast enige grensoverschrijdende samenwerking binnen de EU, waar trucks die door de regio rijden, met dezelfde technologie moeten worden uitgerust om gebruik te kunnen maken van de wegen. Normen voor het opladen, zodat elk type voertuig gebruik kan maken van elektrische wegen, zijn in ontwikkeling.

Kunnen EV's te hulp komen?

Een van de belangrijkste voordelen van elektrische wegen is de rol die ze kunnen spelen bij het verminderen van de angst voor actieradius die gepaard gaat met het rijden met een elektrische truck. De gedachte is dat EV's langere afstanden kunnen afleggen met kleinere accupakketten als elektrische wegen worden gebruikt om het vermogen rechtstreeks naar de aandrijving van het voertuig over te brengen of om de accu aan boord op te laden. Dit lijkt een praktische oplossing, maar nader onderzoek wijst anders uit.

De eerste uitdaging is interoperabiliteit, wat betekent dat een elektrisch wegennet elk type voertuig van stroom moet kunnen voorzien. Tegenwoordig bestaan er geen standaarden en systeemarchitectuur voor de overdracht van stroom van het net naar het ERS naar meerdere voertuigen.

De tweede uitdaging vormt de ontwikkeling van accu's voor elektrische trucks, waardoor het opladen via ERS snel overbodig zou kunnen worden. Bedenk dat een volledig opgeladen elektrische truck tegenwoordig 300 kilometer kan rijden, wat ongeveer 40% van alle transportwerkzaamheden in de EU dekt. Dit bereik zal naar verwachting in de nabije toekomst beter worden door verbeteringen in lithium-ionaccu's, ontdekking van nieuwe celmaterialen, betere batterijbeheersystemen en koeltechnologieën. Er zijn ook hoge verwachtingen van solid-state accu's die het bereik kunnen vergroten tot 1600 kilometer op een enkele lading.

De derde uitdaging zijn de statische of plug-in laadsystemen, de enige systemen met gevestigde wereldwijde normen en bewezen technologie. Plug-in laadstations groeien snel in aantal; in 2020 waren er ongeveer 285,800 laadstations in Europa. Hoewel de meeste van deze laadmogelijkheden voor personenauto's zijn ontwikkeld, is het belangrijk op te merken dat de technologie is gebaseerd op het Combined Charging System (CSS), dat zowel voor auto's als trucks kan worden gebruikt. Een consortium van truckfabrikanten werkt samen om de CSS-laadcapaciteit te verhogen van één tot drie megawatt, zodat de bestaande infrastructuur ook geschikt kan zijn voor de transportsector. Overheden over de hele wereld zijn daarnaast bezig met plannen om netwerken uit te breiden en CSS-oplaadtechnologie te standaardiseren. Dergelijke duidelijke richtlijnen van regeringen zijn er niet als het om ERS gaat.

CCS staat voor Combined Charging System, Combo2 voor Combination with Type2. Een CCS/Combo2-aansluiting kan met 400 V AC met 22 kW laden gedurende de nacht.

Snelladen gaat met 600 V DC met vermogens tot 150 kW. Een CCS/Combo2-plug zoals deze kan zowel de blauwe stekker op de voorgaande foto voor AC laden (3-fase), alswel deze DC-snellaadaansluiting gebruiken.

Last but not least lijkt het gebruik van wegen om elektrische voertuigen op te laden nogal onwaarschijnlijk gezien de opkomst van alternatieven zoals waterstof met brandstofcel. Er is veel te doen rond waterstof, vooral op het gebied van veeleisend en langeafstandstransport, waar het kan worden gebruikt als range extender voor elektrische trucks. Waterstof heeft een aantal voordelen, zoals een kort en gemakkelijk tankproces en een hoge energiedichtheid. Met slechts 80 kg waterstof kan een vrachtwagen tot wel 800 kilometer rijden. Dit zou voldoende zijn voor de meeste langeafstandsopdrachten en met voldoende infrastructuur voor het tanken van waterstof zou het niet nodig zijn om de truck tijdens het rijden op te laden.

Hoe ziet de toekomst van elektrische wegen eruit?

Betekent dit alles dat er in de toekomst geen plaats is voor elektrische wegen? Niet helemaal. ERS kan op specifieke routes of op afgesloten terreinen met vaste tranportroutes een goed alternatief zijn. Daarnaast kunnen elektrische wegen ook een geschikte oplossing zijn voor zelfrijdende vrachtwagens die hub-to-hub-transportactiviteiten uitvoeren.

Alternatieve brandstoffen: de voor- en nadelen

Gezien alle uitdagingen met ERS, zou de industrie moeten kijken naar meer haalbare opties zoals elektromobiliteit, waterstof, (bio-)LNG en sommige biobrandstoffen zoals HVO om het transport CO₂-neutraal te maken. Om transportbedrijven te helpen meer grip te krijgen op alternatieve brandstoffen, heeft Volvo Trucks een overzicht samengesteld waarin de voor- en nadelen van elke alternatief wordt bekeken. Het overzicht bevat ook een checklist met alle zaken waar transportbedrijven aan moeten denken voordat ze investeren in een truck met een alternatieve aandrijflijn.