Krijgt de waterstofauto nog een tweede kans?

BMW en Toyota hebben zopas een samenwerkingsakkoord getekend voor de ontwikkeling van de derde generatie brandstofcelsystemen en het verbeteren van de infrastructuur. Maar heeft waterstof nog wel een toekomst? Knack.be gaat op zoek naar een antwoord.

Tegen 2020 bezitten auto’s op stroom en waterstof een marktaandeel van 10 procent! Aan zelfvertrouwen heeft het de autoconstructeurs nooit ontbroken, ook niet in 2010. Helaas is het  bij een zoveelste loze belofte gebleven.  

Vrij snel is duidelijk geworden dat de automerken de moeilijkheidsgraad én kosten hebben onderschat om van aandrijving op stroom of waterstof een valabel alternatief te maken voor de klassieke verbrandingsmotor. Die transitie is nochtans dringend nodig om de voortschrijdende klimaatverandering af te remmen. De gevolgen van de opwarming van de aarde nemen inderdaad dramatische afmetingen aan. Zij veroorzaken niet alleen veel menselijk leed maar richten ook grote materiële schade aan die in de vele miljarden loopt.   

Beide systemen hebben voor- en nadelen

Onder druk van de publieke opinie én wetenschap legde dé politiek de autoconstructeurs  strengere CO₂-doelstellingen op die enkel kunnen bereikt worden door een doorgedreven elektrificatie van hun modellengamma. Zero-uitstoot is enkel mogelijk via een elektro- of waterstofauto, beide hebben voor- en nadelen.

Een e-auto haalt zijn energie uit een accu die wordt opgeladen via het stroomnet, wat niet vanzelfsprekend is voor wie thuis of op het werk niet kan opladen. Een e-auto beschikt bovendien over een vrij beperkt rijbereik en het opladen neemt relatief veel tijd in beslag.

Het tanken van waterstof onder hoge druk en opslaan in de reservoirs in de auto duurt slechts enkele minuten maar vereist specifieke veiligheidsvoorzieningen. Waterstof (H2) is immers een geur- en kleurloos gas dat ontstaat door elektrolyse, een chemisch proces dat water en zuurstof splitst door er elektriciteit door te laten lopen. In tegenstelling met aardgas of water komt waterstof niet vrij voor in de natuur. Waterstof moet worden aangemaakt en is evenmin een energiebron maar een energiedrager.

Afhankelijk van de manier waarop waterstof wordt geproduceerd, spreken we van grijze en  groene waterstof waarbij die eerste wordt geproduceerd uit aardgas of kolen. Daarbij komt CO₂ vrij waardoor grijze waterstof niet duurzaam is.

Groene waterstof daarentegen wordt opgewekt door groene stroom uit een duurzame energiebron zoals water-, wind- of zonne-energie waardoor een waterstofauto op groene waterstof wel het predicaat duurzaam verdient. Aan de minzijde staan hogere productiekosten.  

Waterstof kan bovendien langere tijd worden opgeslagen in speciale waterstoftanks. Daarentegen moet energie uit water, zon en wind meteen worden verbruikt waardoor heel wat energie verloren gaat. Denk aan windmolens die ’s nachts draaien terwijl er op dat moment weinig vraag is.

In landen als Australië, Chili, China, Marokko, Nederland en Noorwegen is waterstof een belangrijk aandachtspunt door de beschikbaarheid van goedkope, duurzame energie uit zon-, wind- en waterkracht. Met name Nederland beschikt over veel knowhow en ervaring op het vlak van gas en elektrolyse technologie.

Met de Noordzee voor de deur heeft ook ons land een groot potentieel aan duurzame energie dat we kunnen benutten om waterstof te produceren voor seizoensgebonden opslag en periodes waarin er in Noordwest-Europa weinig zonne- en windenergie beschikbaar is.

Waterstof tanken, elektrisch rijden

Terug naar ons uitgangspunt: welke toekomst heeft de waterstofauto? Vooraf krijg je een woordje uitleg over hoe het systeem functioneert? Tijdens het rijden zet een zogenaamde fuel cell of brandstofcel de waterstof om in stroom waarbij relatief veel energie verloren gaat.

Een fuel cell bestaat uit twee kamers die door een polymeerelektrolyt-membraam (PEM) van elkaar zijn gescheiden. In de ene kamer zit waterstof, in de andere zuurstof. Beide kamers hebben een elektrode: een negatieve (anode) aan de waterstofkant en een positieve (kathode) aan de zuurstofkant.

De anode werkt als katalysator waardoor waterstof uiteenvalt in protonen (positief geladen waterstof-ionen) en elektronen. Die laatste worden afgestoten door de anode. Maar omdat ze door het membraam kunnen ontsnappen naar de andere kamer gaan ze via een elektriciteitsdraad buitenom naar de kathode. De stroom die door de draad loopt, wordt gebruikt om de elektromotor aan te drijven.

De positief geladen waterstof-ionen kunnen wel door het membraam glippen en verbinden zich bij de kathode met de elektronen die via de anode komen. Op die manier ontstaat na een verbinding met zuurstof het enige afvalproduct van de fuel cell zijnde water.

Tegen een waterstofauto pleit dat waterstof tanken duurder is dan stroom laden en dat ons land amper 8 waterstoftankstations telt. Dat het er niet meer zijn, heeft te maken met de hoge prijs van zo’n tankstation. Sprake is van 1 à 1,5 miljoen euro.

Investeren in waterstoftankstations is geen lonende business in het besef dat er in ons land slechts een handvol Toyota Mirai en Hyundia Nexo rondrijden. Dat laatste model kan momenteel niet meer worden besteld, zijn opvolger komt eraan in 2025. Hoeveel die gaat kosten, is nog niet geweten. De Toyota Mirai is wel nog leverbaar maar met een prijskaartje van 84.290 euro is de vraag quasi onbestaande.

Beide modellen hebben zowat dezelfde actieradius als die van een vergelijkbare diesel- of benzinewagen. Dat kan niet worden gezegd van het verschil in prijs, die is enorm. Beterschap is niet meteen in zicht. Off the record is te horen dat Toyota en Huyndai meer geld verliezen dan  verdienen aan hun waterstofmodellen. Zoals ook zuiver elektrisch aangedreven auto’ geen melkkoe zijn: te groot de ontwikkelingskosten, te klein de vraag.  

Tweede kans

Leek vijftien jaar geleden een wedren tussen elektro- en waterstofauto’s in de maak, heeft dé politiek daar een stokje voor gestoken door in de nasleep van dieselgate prioriteit te geven aan de elektrische auto op een manier die veel kwaad bloed heeft gezet bij de autoconstructeurs. Die werden naar eigen zeggen buitenspel gezet door wereldvreemde ambtenaren zonder de minste kennis van zaken.

Daardoor is het nooit tot een echte wedren gekomen en hebben tal van merken de ontwikkeling van de waterstoftechnologie tijdelijk on hold gezet voor wat betreft personenwagens, niet voor het (vracht)vervoer via de weg, het spoor en water.  

Om voor de hand liggende redenen: waterstof kan uit zeer uiteenlopende diverse materialen en stoffen worden gemaakt. Vrees voor een tekort aan waterstof is daardoor niet aan de orde. Waterstof kan bovendien gemakkelijk worden opgeslagen en getransporteerd. Bepalend voor de actieradius is de omvang van de waterstoftanks in de auto. In een kleine of middelgrote personenwagen is daar weinig plaats voor waardoor die in feite niet in aanmerking komt. In een grote vrachtwagen of autocar speelt dat aspect een veel kleinere rol.

Dat BMW en Toyota zopas een nieuw samenwerkingsakkoord hebben afgesloten voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie brandstofcellen en het verbeteren van de infrastructuur wijst erop dat de waterstofauto alsnog een tweede kans krijgt. Met name Toyota laat weten dat de volgende generatie brandstofcelauto’s de helft goedkoper zal zijn.

Bovendien lijkt een nieuw toepassingsgebied in de maak. Volgens specialisten biedt het injecteren van waterstof in verbrandingsmotoren nieuwe mogelijkheden. De eerste onderzoeksresultaten wijzen erop dat waterstof een concurrent kan worden van de synthetische brandstoffen, de zogenaamde E-Fuels waarover momenteel veel te doen is.     

Beter of anders rijden

Of een waterstofauto anders of beter rijdt dan een elektrische auto? Ik heb enkel met de tweede generatie van de Toyota Mirai gereden en kan dus niet veralgemenen. In vergelijking met de eerste generatie zit de compactere fuel cell niet langer in de wagenbodem maar onder de motorkap en is het aantal waterstoftanks gestegen van twee naar drie. Daardoor is het brandstofvolume toegenomen van 4,6 naar 5,6 kilogram.

Toyota geeft een WLTP-autonomie van 650 kilometer op, wat een zeer optimistische voorspelling is. In normale rij- en weersomstandigheden schommelt de autonomie rond de 500 à 550 kilometer. Daarmee scoort de Mirai wel beter dan een vergelijkbare e-auto.

Met een vermogen van 134 kW (182 pk) rijdt de Mirai vlot en comfortabel, mede door een ideale 50/50 gewichtsverdeling en achterwielaandrijving. Het dashboard met centraal een breed aanraakscherm en enkele fysieke sneltoetsen oogt origineel en is functioneel. De bestuurder en passagier vooraan beschikken over een zee van ruimte, de hoofdruimte achteraan daarentegen is aan de krappe kant.

Wat opvalt tijdens het rijden is de stilte aan boord. Kritiek is er op de kwaliteit van de gebruikte materialen en het volume van de niet-moduleerbare koffer: te min en te klein voor een gezinswagen van deze prijsklasse en formaat.

Vergelijk ik het rijgedrag van de Mirai met dit van vergelijkbare elektrische concurrenten dan stel ik vast dat de Mirai minder sportief en flitsend voor de dag komt maar meer maturiteit bezit en steviger in elkaar zit. Dat hij niettemin een zeldzame verschijning zal blijven, heeft te maken met het beperkte aanbod aan waterstoftankstations in ons land en in de rest van Europa.

Een en ander weerhoudt er Hyundai en BMW niet van om respectievelijk volgend jaar en in 2027 een gloednieuwe waterstofauto op de markt te brengen. De toekomst is aan de durvers.