Volvo Trucks

NEDERLAND

×

Wat is waterstof? Waarom waterstof? En hoe werken vrachtwagens op waterstof?

| Leestijd: 12 min | Leestijd: 12 min
Duurzaamheid en CO2-reductie staan wereldwijd hoog op de agenda. De overgang naar elektrische voertuigen speelt daarin een grote rol en waterstof met brandstofcel maakt daar onderdeel van uit. Lees hier alles over waterstof en hoe het kan worden toegepast in vrachtwagens.
Wat is waterstof? Waarom waterstof? En hoe werken vrachtwagens op waterstof?

Wat is waterstof?

Waterstof is een chemisch element dat deel uitmaakt van veel van nature voorkomende verbindingen, waaronder water. De waterstof (H2) die in voertuigen wordt gebruikt, is een geurloos gas en wordt normaal gesproken geproduceerd door waterstof uit water of aardgas te halen.
 

Waarom is er zoveel te doen rondom waterstof?

Waterstoftechnologie is niets nieuws. In feite wordt waterstof al heel lang gebruikt om ruimtevaartuigen aan te drijven. Maar we zien een hernieuwde interesse dankzij de wens om de transportsector klimaatneutraler te maken, dalende kosten van hernieuwbare energiebronnen en meer gedetailleerde strategieën van regeringen over de hele wereld om de technologie verder te ontwikkelen.


Hoe kan waterstof een voertuig aandrijven?

Waterstof kan worden gebruikt om een verbrandingsmotor van brandstof te voorzien, vergelijkbaar met een motor voor gecomprimeerd aardgas (CNG). Een andere oplossing is om waterstof te gebruiken in een brandstofcel waar het elektriciteit opwekt om het voertuig van stroom te voorzien. Waterstof kan zo worden gebruikt als hulpbrandstofcel (range extender) om het bereik of de actieradius van een elektrisch voertuig op batterijen te vergroten. Waterstof kan daarmee een geschikte oplossing zijn om langere afstanden elektrisch te rijden in bijvoorbeeld het internationaal transport.


Dus, hoe werkt het in een truck?

Een brandstofcelvoertuig werkt een beetje als een verbrandingsmotor, behalve dat het systeem niet de waterstof verbrandt die het uit een tank onder druk haalt, maar het met zuurstof smelt om elektriciteit te produceren om een elektromotor aan te drijven. Het proces vindt plaats in een PEM-brandstofcel (polymeer-elektrolytmembraan) die bestaat uit sets dunne platen, gescheiden door membranen.

In de basis is een elektrische truck nodig; een truck met een elektrische aandrijflijn. Onder de cabine bevindt zich de brandstofcel en achter de cabine bevinden zich tanks waarin de waterstof wordt opgeslagen. In de brandstofcel wordt de waterstof gesplitst in water (uitlaatgas) en stroom die voor de aandrijving zorgt.

Een brandstofcel werkt in veel opzichten eigenlijk als een accu. Een brandstofcel hoeft echter niet regelmatig te worden opgeladen door een externe bron, maar wekt rechtstreeks elektriciteit op. Dit zal hij blijven doen zolang waterstof, een van de meest voorkomende bronnen op aarde, beschikbaar is. Voertuigen op waterstof hebben ook veel van dezelfde voordelen als elektrische voertuigen. Ze stoten geen schadelijke stoffen uit en hebben een laag geluidsniveau.

Lees hier meer over hoe waterstof met brandstofcel en lithium-ion-accu’s werken >

Elektrische trucks maken momenteel gebruik van lithium-ion-accu’s.

Heeft een waterstoftruck voldoende vermogen?

Een truck die rijdt op waterstof kan moeilijk piekvermogen leveren. Om extra vermogen en power te kunnen leveren, bijvoorbeeld voor het rijden met zwaardere lading in heuvel- of bergachtig terrein, zullen er extra accu’s nodig zijn. In deze accu’s wordt elektriciteit opgeslagen die onder andere door het regenereren van remenergie ontstaat. Daarnaast kunnen deze accu’s via een laadpaal elektrisch worden bijgeladen.

Hoeveel ruimte neemt een waterstof-aandrijving in op het chassis?

Omdat een waterstoftruck ook in staat moet zijn om pierkvermogen te leveren voor het rijden met zware lading in bijvoorbeeld heuvel- of bergachtig terrein, zijn extra accu’s noodzakelijk. Bovendien kun je de energie die ontstaat bij het remmen in een accu opslaan en later weer gebruiken wanneer extra vermogen nodig is. Een waterstoftruck heeft daarom nog steeds forse accu’s aan boord. Daarnaast zullen er achterop de cabine tanks geinstalleerd moeten worden om de waterstof in mee te kunnen nemen. Om langere trucks voor de opslag van waterstof toe te kunnen staan, dient de Europese wetgeving hier de komende jaren op aangepast te worden.

Extra accu's (links) zijn noodzakelijk voor waterstoftrucks om met piekmomenten in de vermogensbehoefte om te kunnen gaan.

Hoe milieuvriendelijk is waterstof?

Als waterstof in een brandstofcel met zuurstof reageert, is de enige uitstoot water. Dus wanneer een vrachtwagen wordt aangedreven door een brandstofcel, zijn er geen schadelijke uitlaatemissies. De well-to-wheel (bron-tot-wiel) uitstoot kan dus heel laag zijn. Bij elke meting van de klimaatimpact moet echter ook rekening worden gehouden met het productieproces voor waterstof, dat zeer energie-intensief is. Bovendien wordt de meeste waterstof (zo’n 95%) nog geproduceerd uit fossiele brandstoffen zoals steenkool, olie of aardgas. Dit maakt waterstof momenteel geen duurzaam alternatief. Pas als waterstof wordt geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen, kan waterstof vrijwel klimaatneutraal zijn (dit staat bekend als 'groene waterstof').

Een andere manier om de uitstoot van waterstof te verkleinen, is Carbon Capture Storage (CCS), het proces waarbij de CO2-uitstoot van SMR diep onder de grond wordt opgevangen, getransporteerd en permanent vastgehouden.

Is waterstof een betaalbare optie?

Een belangrijke belemmering voor een bredere acceptatie zijn de productiekosten van brandstofcellen, wat betekent dat waterstof als brandstofbron ongeveer 3-4 keer duurder is dan diesel. Er zijn ook grote infrastructurele uitdagingen, maar deze zijn niet onoverkomelijk en waterstof met brandstofcel biedt nog steeds een enorm potentieel. Sommige landen, zoals China en Japan, investeren al fors in deze alternatieve technologie, waardoor het mogelijk wordt om in de toekomst betaalbaarder te worden.
 

Is waterstof gevaarlijk?

Waterstof is zeer reactief en heeft de neiging om andere materialen aan te tasten. Het is ook lichter ontvlambaar dan bijvoorbeeld aardgas en kent een ruimere explosiegrens. Daarnaast is waterstof geur- en kleurloos en brandt het met een vrijwel onzichtbare vlam. Dit maakt de bestrijding van een eventuele brand ingewikkelder.

Door al het bovengenoemde wordt waterstof gezien als een gevaarlijke stof. Vergeleken met bijvoorbeeld aardgas of benzine kunnen we echter niet stellen dat waterstof gevaarlijker is dan die brandstoffen.

Hoe wordt waterstof geproduceerd?

Steam methane reforming, of SMR, is de meest gebruikelijke methode voor het produceren van waterstof op grote industriële schaal. Daarbij reageert methaan in aardgas op stoom, waardoor waterstof en koolmonoxide ontstaan. Het koolmonoxide ondergaat verdere reacties en genereert meer waterstof.

Waterstof kan ook uit water komen via een proces dat 'elektrolyse' wordt genoemd, waarbij water met elektriciteit wordt gesplitst in waterstof en zuurstof.

Er zijn ook andere bronnen van waterstof, zoals vergassing van biomassa - waar plantaardig materiaal wordt verwarmd en daarop reageert door waterstof en kooldioxide te produceren - en fermentatie, waarbij bepaalde soorten bacteriën waterstof genereren als onderdeel van hun metabolisme. Waterstof kan ook worden geproduceerd door water te splitsen in zonnecellen die zijn ondergedompeld in water.
 

Hoe is de infrastructuur rondom waterstof georganiseerd?

Hoewel het mogelijk is om waterstof te vervoeren via pijpleidingen die worden gebruikt voor aardgas, wordt het grootste deel van de waterstof die tegenwoordig als brandstof wordt gebruikt, geproduceerd in grote fabrieken en vervolgens vervoerd met speciale aanhangers voor vloeibare waterstof. Dit kunnen tankwagens zijn, maar ook treinen en schepen kunnen worden gebruikt. De waterstof wordt in vloeibare of gasvormige staat vervoerd. Waterstof kan ook worden gegenereerd bij tankstations door middel van SMR of elektrolyse. Maar deze aanpak is over het algemeen minder effectief en kostbaar.
 

Waar kun je waterstof tanken?

Waterstof kan op dit moment worden getankt in Helmond, Delfzijl, Rhoon en Arnhem. Er liggen plannen klaar voor waterstoftankstations in Den Haag, Pesse, Breda, Amsterdam, Schiphol, Rotterdam Airport en Utrecht. In 2020 moeten in ons land op z’n minst twintig waterstoftankstations operationeel zijn.

Overzicht van alle waterstoftankstations in Europa >

Wat zijn voordelen van waterstof?

Wanneer waterstof wordt gebruikt om een brandstofcel aan te drijven, zijn water en warmte de enige bijproducten (geen verontreinigende stoffen of broeikasgassen). Afhankelijk van hoe de waterstof wordt geproduceerd, kan het een extreem schoon alternatief zijn voor diesel. Waterstof biedt ook een grote actieradius: 80 kg waterstof kan genoeg energie leveren voor een vrachtwagen die 800 km aflegt! Bovendien is het tanken van voertuigen op waterstof snel en eenvoudig.

De aandrijving in voertuigen met waterstof met brandstofcel is elektrisch. Dit betekent dat de rijervaring vergelijkbaar is met het besturen van een elektrische vrachtwagen: geen motorgeluid, een snelle start en de mogelijkheid om remenergie terug te winnen.

Bovendien zijn brandstofcellen op waterstof lichter dan batterijen, wat betekent dat voertuigen op waterstof een hoger laadvermogen kunnen hanteren. Al moet hier wel worden meegenomen dat vrachtwagens op waterstof ook accu’s nodig hebben om in staat te zijn piekvermogen te leveren. Dit zal afhankelijk zijn van de inzet van de truck.


Kortom, wat zijn de voordelen van waterstoftrucks?

• Schoon
• Grote actieradius
• Stil
• Krachtig
• Lichter; mits er geen of slechts lichte accu’s gemonteerd zijn

 

Wat zijn nadelen van waterstof?

Waterstof is zeer reactief, dus het heeft de neiging om andere materialen te eroderen en het is ook licht ontvlambaar - factoren die het transport ingewikkeld en kostbaar maken. Een ander groot probleem is het gebrek aan en de hoge kosten voor het bouwen van een waterstofinfrastructuur. Tegenwoordig zijn er wereldwijd slechts 337 tankstations voor waterstof, de meeste in Duitsland en Japan. Hoewel is aangetoond dat de bestaande CNG-infrastructuur kan worden gebruikt voor het transporteren en opslaan van waterstof, is dit geen goede oplossing voor brandstofcellen die op zeer schone waterstof moeten draaien.

Brandstofcellen voor waterstof zijn ook kostbaar om te produceren, aangezien de productie nog kleinschalig is en handmatige processen omvat. Een andere belangrijke kostencomponent is de waterstoftank die groot is en veel ruimte in beslag neemt. Tot slot zijn de kosten van waterstof op dit moment nog aanzienlijk hoger dan die van diesel.
 

Kortom, wat zijn de nadelen van waterstoftrucks?

• Kostbaar
• Ingewikkelde technologie
• Beperkte infrastructuur
• Tank neemt veel ruimte op chassis in

Jan Schouten over de toekomst van waterstof

Hoe ziet de transitie naar waterstof er uit? En hoe verhouden waterstoftrucks zich tot elektrische trucks? Jan Schouten, Manager Product bij Volvo Trucks Nederland, vertelt u er alles over.

Waterstof vs. elektrisch: wat zijn de verschillen en overeenkomsten?

Om een alternatief voor diesel te laten slagen, moet het een duidelijk voordeel bieden als het gaat om kosten, actieradius en beschikbaarheid van infrastructuur. Er zijn verschillende typen elektrische trucks op de markt beschikbaar en een elektrisch voertuig met een brandstofcel is er daar een van. Maar wat zijn de verschillen en overeenkomsten tussen een elektrisch voertuig met lithium-ion-batterij en een op waterstof met brandstofcel?
 

Kosten

zowel waterstof met brandstofcel als lithium-ion-batterijen zijn duurder dan diesel. De kosten van lithium-ion-batterijen dalen echter snel. Bloomberg voorspelt dat het crossover-punt - wanneer elektrische voertuigen goedkoper worden dan verbrandingsmotoren - al in 2022 zou kunnen vallen. Omdat de ontwikkeling en implementatie van waterstofvoertuigen beperkt is geweest, is het echter moeilijk om dit goed te vergelijken.
 

Actieradius en laadvermogen

Waterstof heeft een grotere energiedichtheid dan batterijen en biedt daarom een grotere actieradius. In feite is de energie/gewichtsverhouding van waterstof op 700 bar tien keer hoger dan van een batterij. Brandstofcellen op waterstof zijn ook lichter dan batterijen, wat betekent dat voertuigen op waterstof een hoger laadvermogen kunnen hanteren. Daar staat echter weer tegenover dat de tanks waar de waterstof in wordt opgeslagen meer ruimte op het chassis innemen. Dit maakt opbouw op het chassis lastiger en kan ten koste gaan van laadvermogen.
 

Infrastructuur

De ontwikkeling en productie van lithium-ion-batterijen is veel verder gevorderd dan die van waterstof met brandstofcellen. Elektrische vrachtwagens zijn commercieel levensvatbaar gebleken, vooral in het stadsvervoer. Ook de tankinfrastructuur voor elektrische voertuigen is veel verder ontwikkeld. Zo waren er in de Verenigde Staten in 2018 20.000 elektrische laadstations en minder dan 45 waterstof-tankstations.

Lees hier meer over de verschillen en overeenkomsten tussen waterstof met brandstofcel en lithium-ion-accu’s >

Zal waterstof diesel of elektrische vrachtwagens vervangen?

Waterstof wint terrein. De meeste grote auto- en truckfabrikanten, waaronder Volvo Trucks, onderzoeken, werken aan oplossingen en vormen samenwerkingsverbanden om de technologie te ontwikkelen en zowel de infrastructuur als de productie van groene waterstof te laten groeien. Maar niet alleen de auto-industrie is zich bewust van het potentieel van waterstof.

Volvo Group en Daimler in joint-venture voor grootschalige productie van brandstofcellen voor waterstoftrucks

Met toenemende zorgen over klimaatverandering en de vraag naar een 'groen herstel' van COVID-19, tonen regeringen meer interesse (en investeringen!) In waterstof. In mei 2020 heeft de EU een herstelplan van 750 miljard euro bekendgemaakt om groen vervoer en industrie te financieren. Het plan, dat is gericht op The European Green Deal, prioriteert waterstof en biedt mogelijkheden om de technologie te ontwikkelen via een investeringsagenda en gratis grensoverschrijdende handel in waterstof. Eerder dit jaar werd ook een Europese alliantie voor schone waterstof aangekondigd die investeerders samenbrengt met overheids-, institutionele en industriële partners.


Hoewel deze ontwikkelingen allemaal positief zijn voor de toekomst van waterstof in het vrachtvervoer, zijn er nog veel hindernissen te nemen voordat waterstof tot een beter klimaat kan leiden of een gunstige economische bijdrage kan leveren. Een gebied waar waterstof veelbelovend is, is in zwaar en veeleisend langeafstandstransport, waar het kan worden gebruikt om een elektrische aandrijflijn van brandstof te voorzien. De waterstof zal daar kunnen werken als een range extender om de actieradius te vergroten. In plaats van het vervangen van elektrische vrachtwagens, die meer geschikt zijn voor stedelijke distributie en regionaal vervoer, kunnen beide technologieën dus samenwerken aan een duurzamer transportsysteem.

Terugkomend op de vraag of waterstof diesel of elektrische vrachtwagens zal gaan vervangen; de drang naar duurzamer transport betekent dat waterstof waarschijnlijk sommige dieselvoertuigen zal vervangen. Zeker als er een duidelijke business case en concurrentievoordeel voor is.

Lees hier meer over de vraag of u beter nu kunt kiezen voor lithium-ion-accu’s of wachten op waterstof met brandstofcel >

Alternatieve brandstoffen: de voor- en nadelen

Waterstof met brandstofcel, elektrische vrachtwagens, biobrandstoffen, bio-LNG… De lijst met verschillende alternatieven voor diesel lijkt alleen maar te groeien. Als transporteur kan het moeilijk zijn om dit alternatieve brandstoflandschap te begrijpen en te doorgronden. Om u te helpen, hebben wij een overzicht opgesteld dat inzicht geeft in hoe elke technologie werkt en de voor- en nadelen die het met zich meebrengt.

Anderen bekeken ook

Laatste nieuws