juli 8, 2020

De dieselmotor heeft ineens goede kansen in de duurzame toekomst

Waterstof als schone brandstof zit in de lift: woensdag presenteert de Europese Commissie een strategie voor waterstof. Een centrale vraag: kan dit helpen het zware transport, zoals trucks, duurzaam te maken? De vertrouwde dieselmotor kan helpen.

Een conceptuele waterstofauto van Hyundai.Beeld AFP

Ineens lijkt het hard te gaan met de emissievrije vrachtwagen. Die scheurt straks duurzaam over de Brennerpas. In Zwitserland gaan de komende jaren zestienhonderd waterstoftrucks van Hyundai de weg op. Fabrikanten Volvo en Daimler bundelen hun krachten voor de productie van de waterstoftruck.

Duitsland investeert de komende jaren 7 miljard euro in de ontwikkeling van waterstoftechnologie, onder meer voor zwaar transport. En woensdag presenteert de Europese Commissie haar waterstofstrategie, die moet helpen bij de verduurzaming van de Europese economie − onder meer door zwaar transport te verduurzamen.

Kortom, het borrelt in de wereld van waterstof. De race om emissievrije auto’s lijkt voorlopig gewonnen door personenwagens met een accu, maar de race om emissievrije trucks begint net.

Fors omlaag

Voor goederenvervoer over de weg geldt dat de uitstoot van CO2de komende jaren fors omlaag moet. In 2030 moeten nieuwe vrachtwagens gemiddeld 30 procent minder uitstoten dan nu. Zo’n forse reductie is niet haalbaar door dieselmotoren nog zuiniger te maken, denken veel experts. Daarom zal een deel uitstootvrij moeten zijn.

Accu’s en brandstofcellen lijken het meest kansrijk. Trucks op accu’s en waterstof bestaan al, maar zijn nog niet erg bruikbaar. Accu’s zijn nog groot, zwaar en duur; brandstofcellen op waterstof zijn ook duur, waterstof is bijna nooit duurzaam geproduceerd en het netwerk is, vriendelijk gezegd, krakkemikkig.

Maar er wordt volop aan gesleuteld. Denk aan de Semi-truck van Tesla, die mogelijk volgend jaar in productie gaat (al is het de vraag of dat lukt, gezien Tesla’s geschiedenis met het missen van eigen deadlines). Ook Daf werkt met VDL aan accuvrachtwagens. Trucks met een brandstofcel rijden ook al rond, zij het zeer mondjesmaat.

Net als tien jaar geleden bij de personenauto’s lijkt de vrachtwagenwereld aan de vooravond te staan van een technologierace: gaat de waterstoftruck winnen, of de accutruck?

Zwart-witdenken

Richard Smokers, specialist duurzame mobiliteit en voertuigemissies bij TNO, grinnikt zachtjes aan de telefoon. ‘Het is niet zwart-wit’, zegt hij. ‘Een race gaat uit van een winnaar. Maar zo zwart-witdenken is de vijand van wat je wil bereiken.’ Het suggereert dat fabrikanten allemaal voor dezelfde optie moeten kiezen: of accu, of waterstof. Dat is een riskante strategie, omdat niet duidelijk is welke technologie dominant wordt en of er überhaupt een ‘winnaar’ zal zijn. ‘Als je nu met zijn allen de verkeerde technologie kiest, haal je je klimaatdoelstelling niet’, waarschuwt Smokers.

Smokers verwacht niet dat één technologie zal domineren, zoals nu bij de personenauto het geval lijkt. Bij zwaar transport gelden andere wetten, die zijn samen te vatten in drie B’s: Beschikbaarheid, Betaalbaarheid en Betrouwbaarheid. De marges zijn klein in de sector, dus vervoerders kijken heel precies naar vooral de kosten.

Wat deze drie B’s betreft staat accutechnologie er goed voor als het gaat om regionaal transport. De technologie is beschikbaar en betrouwbaar dankzij de ervaring die met auto’s is opgedaan in het afgelopen decennium. En in 2025 zullen accu’s beter betaalbaar zijn. Stok achter de deur: vanaf 2025 moet veel stedelijk transport emissievrij zijn.

Voor de langere afstand is het de vraag of accu’s de beste keuze zijn. ‘Je kunt in theorie met een e-truck van Rotterdam naar Milaan rijden’, zegt Smokers, ‘en dan om de 400 kilometer stoppen om te snelladen. Maar het is de vraag of dat in de praktijk gaat werken.’

Windmolen per truck

‘Een Tesla Semi vergt 2 megawatt om in een half uur opgeladen te worden’, zegt Bart Somers, universitair hoofddocent verbrandingsmotorentechnologie aan de TU Eindhoven. ‘Als er bij een Duitse Raststätte drie trucks gelijktijdig staan te laden, heb je daar al drie windmolens nodig.’ Zware hoogspanningskabels trek je langs de snelweg niet even uit de grond, omdat die daar doorgaans niet liggen. Het zal nogal een uitdaging worden om straks duizenden trucks langs de Europese snelwegen van voldoende stroom te voorzien, denkt de Eindhovense onderzoeker.

Voor langeafstandstransport lijkt een vrachtauto op een brandstofcel een betere optie. Maar ook hier houden twee van de drie B’s een doorbraak vooralsnog tegen: brandstofcellen zijn kostbaar en hun levensduur is mogelijk nog te beperkt. ‘Een vrachtwagenmotor gaat nu een miljoen kilometer mee zonder revisies’, zegt Somers. ‘Het is onduidelijk of brandstofcellen dat halen, zeker als de gebruikte waterstof niet volledig zuiver is.’

Zodra brandstofcellen in grote hoeveelheden worden geproduceerd, zullen de kosten naar verwachting snel dalen. Dat punt wordt volgens Smokers vermoedelijk pas rond 2030 bereikt.

In de tussentijd moet de uitstoot omlaag. Hoe, dat is een vraag waarover de sector zich het hoofd breekt. Synthetische brandstoffen zijn een van de opties. Deze brandstoffen worden geproduceerd met chemische processen waarvan waterstof een belangrijke component is. Ze zijn kostbaar en de ontwikkeling is nog pril. Ook hier duurt het volgens Smokers zeker nog tien jaar voor duurzame synthetische brandstoffen concurrerend zijn.

Dus staan truckproducenten voor een dilemma: welke technologie moet ik omarmen?

Beeld De Volkskrant

Niet wachten

‘Als je in 2050 CO2-neutraal wil zijn, kun je niet wachten om te zien welke technologie gaat winnen’, zegt Smokers. ‘Daarom moeten fabrikanten nu al kiezen voor technologieën die werken.’

En daar is – verrassing – de dieselmotor. Of preciezer: de dieselmotor op waterstof.

De dieselmotor heeft veel voordelen: hij is betrouwbaar, de technologie is al een eeuw beproefd, hij is efficiënt en is sinds een paar jaar schoon als gekeken wordt naar de uitstoot van schadelijke stikstofoxiden. Het nadeel: hij loopt op diesel. Dus stoot hij CO2 uit.

Een mogelijke tussenoplossing is een verbrandingsmotor die op waterstof loopt. Er wordt dan geen gebruikgemaakt van een dure brandstofcel, maar de waterstof wordt direct in de cilinder verbrand, net als bij diesel.

Weinig succes

Dat is eerder geprobeerd, zij het met weinig succes. BMW experimenteerde een jaar of vijftien geleden met personenauto’s met een verbrandingsmotor op waterstof. Dat leidde tot een aantal rijdende prototypen, maar de problemen waren groot. Zo moest de waterstof worden opgeborgen in gigantische brandstoftanks met zeer lage temperaturen. Gevolg: de tank soupeerde alle kofferbakruimte van de niet bepaald kleine 7-serie op. En als de auto een paar weken geparkeerd stond, was alle waterstof verdampt en de tank leeg.

Ook was het vermogen van de eens krachtige V12-benzinemotor gedecimeerd, werden metalen onderdelen broos onder invloed van waterstof, was het rendement van de motor angstaanjagend laag en ontstond bij de verbranding schadelijke stikstofoxide, vooral bekend van diesels. BMW staakte de ontwikkeling en het concept van waterstofverbrandingsmotoren verdween goeddeels uit beeld.

Tot nu, mogelijk. Verbranding van waterstof in gewone motoren is inderdaad hopeloos inefficiënt, met rendementen van rond de 25 procent, zegt Somers. Behalve als de motor precies in zijn zogenoemde sweet spot draait: bij constante belasting en toerental zijn rendementen van 45 procent of meer mogelijk. Bij 90 kilometer per uur constant, de snelheid waarmee trucks op lange afstanden rijden, komt het rendement in de buurt van het zogenoemde systeemrendement van een brandstofcel, zegt Smokers van TNO, dat er samen met de TU Eindhoven onderzoek naar doet.

Raar spul

Waterstof is raar spul, Somers zegt het een paar keer tijdens het videogesprek. Zeker is dat je het prima kunt verbranden. Het is ultraschoon, er ontstaat nauwelijks roet, alleen van verbrande oliesporen uit het carter. Somers experimenteert in zijn lab met een testmotor waarvan een cilinder gevoed kan worden met waterstof. In theorie, zegt de onderzoeker, zijn rendementen haalbaar van 60 tot 70 procent, hoger dan van een brandstofcel. In de praktijk van het lab lukt dat nog niet. De testmotor haalde pieken van 53 procent, maar nog niet onder voldoende omstandigheden.

Intussen hebben onderzoekers dat Andere Probleem opgelost: dat van NOx, de stikstofoxiden. Als veel lucht mee de verbrandingskamer in gaat, daalt de hoeveelheid NOx zo sterk dat in theorie geen of nauwelijks nabehandeling nodig is om de huidige euro-6-norm te halen. De fijnstof als gevolg van verbrande carterolie is zo gering dat het roetfilter sowieso weg kan, zegt Somers. Bovendien is de ouderwetse verbrandingsmotor ongevoelig voor eventuele vervuiling in waterstof.

Daarmee lijkt de verbrandingsmotor op waterstof een ideale schone tussenpaus. Er wordt onder meer in Daf-motoren mee geëxperimenteerd. ‘Het is een efficiënte aandrijving, met technologie die ver is doorontwikkeld en waarvoor een groot onderhoudsnetwerk bestaat’, vat Smokers samen.

Bovendien zijn er geen zeldzame metalen nodig, zoals bij systemen die door accu- of brandstofcellen worden aangedreven en hoeven er geen dure nabehandelingssystemen ingebouwd te worden. Hierdoor kunnen de productiekosten voorlopig zelfs iets lager liggen dan die van vergelijkbare dieseltrucks.

Emissievrij

Door toepassing van plugin-hybridetechnologie met een relatief bescheiden accu, kunnen de laatste inefficiënte stadskilometers elektrisch worden afgelegd, waardoor in steden volledig emissievrij kan worden gereden.

Nog een voordeel, zegt Smokers. De technologie is vermoedelijk ook bruikbaar in schepen, landbouwmachines en bijvoorbeeld stroomgeneratoren. Dat laatste voordeel ziet Somers ook: als er straks grote windparken op zee staan en er meer stroomoverschotten ontstaan, kunnen eilanden met elektrolyzers de groene stroom omzetten in waterstof. ‘Als er vervolgens stroomtekorten zijn, kunnen generatoren op waterstof in een fractie van een seconde opstarten om met hoge vermogens elektriciteit te produceren.’

De heilige graal lijkt haast gevonden. Zij het dat er een belangrijk probleem resteert: er is nauwelijks groene waterstof beschikbaar. Niet in de productie en niet in het netwerk van tankstations.

Kip-eiprobleem

Het is het bekende kip-eiprobleem, dat eerder ook speelde bij accu-auto’s, zeggen experts. Door gebrek aan laadpalen, kocht niemand zo’n auto (en omdat ze schreeuwend duur waren en niet erg ver kwamen). Door te beginnen met de bouw van een goede laadinfrastructuur, heeft Nederland een voorsprong genomen en is de e-auto, mede dankzij fiscale voordelen voor zakelijke rijders, nu in opmars.

Door op meerdere paarden te wedden, dus zowel de ontwikkeling van brandstofcellen als verbrandingsmotoren op waterstof, kan de tweede categorie helpen de vraag naar waterstof aan te wakkeren, denkt TNO. Samen met plannen van landen als Duitsland, Zwitserland en Oostenrijk om de waterstofinfrastructuur te stimuleren, moet dit ertoe leiden dat over een jaar of tien voldoende netwerkcapaciteit beschikbaar is om zwaar transport verder te verduurzamen.

Is dit het definitieve antwoord? Zeker niet, zegt Smokers. ‘We weten nog niet wat het uiteindelijk wordt.’ De puzzel wordt de komende tien jaar gelegd, stelt hij. ‘Alle vragen zijn nu wel helder. Aan de antwoorden moeten we nu werken.’

Bron: https://www.volkskrant.nl/nieuws-achtergrond/de-dieselmotor-heeft-ineens-goede-kansen-in-de-duurzame-toekomst~b0a79199/