De waterstofauto gaat nooit echt wat worden

Op 10 december 2015 liep ik tijdens het EnergyNext Event in Dordrecht (dit congres is overigens een aanrader) Professor Future Energy Systems (TU Delft) Ad van Wijk tegen het lijf. Ad verzorgde tijdens dat congres een ronde tafel sessie met als onderwerp  “Toekomstige energiesystemen”. En als Ad het verteld, moet het waar zijn: Hij kan zo vol overtuiging vertellen dat je meteen alles geloofd van deze inspirerende spreker!

In mijn geval dan op één ding na: Ad beweerde dat over 10 jaar (eind 2025 dus) in heel Europa meer personenauto’s op waterstof rondrijden dan volledig elektrische personenauto’s. Hier geloof ik niets van en heb er dan ook maar gelijk een flinke weddenschap met hem op afgesloten: 1 krat bier.

Laat ik nu eens positief beginnen en alle voordelen van het rijden op waterstof met een Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) opnoemen:

• Bij de verbranding van waterstof (in een brandstofcel) komt uitsluitend water vrij. Er is dus (lokaal) geen sprake van uitstoot van schadelijke stoffen.
• Een tweede (en tevens laatste) voordeel is dat een waterstofauto stil is. Een brandstofcel kent geen bewegende delen. Het enige bewegende deel is de elektromotor en die is zeer geluidsarm (maar dat geldt ook voor de volledig elektrische auto).

Nu de redenen waarom ik denk dat er maar een beperkte toekomst is weggelegd voor de waterstof personenauto:

• Een waterstof tankstation kost 2,5 miljoen Euro.
• We beschikken in Nederland over de beste waterstof infrastructuur in Europa (je zou het als een voordeel kunnen zien). Desondanks kan je anno 2016 maar bij 3 tankstations in Nederland terecht met je FCEV: Rhoon (Rotterdam), Amsterdam en Helmond.
• Het aanbod van FCEV’s is heel laag. In Nederland kan je uitsluitend de ix35 van Hyundai kopen. Voor de FCEV van Toyota, de Mirai, moet je naar Japan of de VS of nog minstens een jaar geduld hebben.
• De aanschafprijs van circa € 70.000,- (€ 55.000,- ex. BTW) is, ondanks flinke subsidies, fors te noemen. En dan te bedenken dat de productiekosten van zo’n waterstofauto nog altijd circa € 140.000,- zijn.
• Er is een enorm grote hoge druk cilindervormige brandstoftank nodig: Soortelijke massa (ρ) van waterstof is 0,09 kg/m³, 14x lichter dan lucht. In 1 kg waterstof zit 33,3 kWh ofwel 120 MJ aan energie. Dit is natuurlijk veel, maar waterstof is helaas ook erg volumineus (heeft een erg lage dichtheid). 5,6 kg aan waterstof (een volle tank waar dan maximaal 600 km mee kan worden gereden) is dus gelijk aan 62 m³ onder atmosferische druk.  Om die 62 m³ in een 90 liter tank te krijgen, moet het gas tot 700 Bar druk worden gecomprimeerd!
• De brandstofkosten zijn minimaal 12 €ct/km: Waterstof kost € 12,50 per kg aan de pomp, een volle tank (5,6 kg) dus € 70, waar – als je zuinig rijdt – net 600 km mee gereden kan worden. Een vergelijk met een volledig elektrische auto ook wel Full Electric Vehicle (FEV): 2,6 €ct/km.
• Bij de productie van waterstof komt CO₂ vrij! Bijna alle waterstof wordt gemaakt door het kraken (reforming) van aardgas. Op hoge temperaturen (tot 1.100°C) wordt een reactie van stoom (H₂O) en aardgas (CH₄) veroorzaakt: CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂ – 191.7 kJ/mol. Hierna wordt via water-gassplitsing de koolmonoxide met stoom omgevormd in kooldioxide en waterstof: CO + H₂O → CO₂ + H₂ + 40.4 kJ/mol. Een proces waar dus ook nog eens 20% energie ingestopt moet worden. Elektrolyse van water is vele malen duurder en zal om economische redenen de komende decennia dus niet op grote schaal worden toegepast voor de productie van waterstof.
• Levensduur brandstofcel laat (nog) te wensen over. Na zo’n 3.000 bedrijfsuren is het ding kapot. De brandstofcel zal dus niet langer functioneren boven de 150.000 km.
• Laag energetisch rendement: 41% (van net naar wiel). Ter vergelijking: elektrische auto meer dan het dubbele: 86%.

En voor de optimisten onder ons die denken dat we straks bij een overschot aan wind- of zonnestroom heel goedkoop via elektrolyse waterstof kunnen produceren:

Helaas, die gaat niet op. Het produceren van waterstof door elektrolyse kan alleen als continue ofwel basislast proces. Waterstof productie aan en uit zetten wanneer er respectievelijk goedkope of dure elektriciteit beschikbaar is, is dus helaas geen optie.

 

Oja, bijna vergeten: Ad, mijn favoriete merk is Hertog Jan.

Een betere politieke denklijn

SER Energieakkoord
Het energieakkoord dat vandaag (wo 28 aug 2013) door de Sociaal Economische Raad (SER) naar buiten is gebracht, heeft redelijk wat positieve reacties opgeleverd. Een korte samenvatting van de 10 pijlers uit dit akkoord:

1. Een besparing van het finale energieverbruik met 1,5% per jaar in de combinatie van bebouwde omgeving, de industrie, de agrarische sector en het overige bedrijfsleven;
2. Opschalen van hernieuwbare energieopwekking. In combinatie met energiebesparing moet in 2020 14 procent van alle energie op een duurzame manier worden opgewekt, oplopend naar 16 procent in 2023;
3. Decentrale opwekking van hernieuwbare energie door burgers met steun, waar nodig, van gemeenten, provincies en rijksoverheid;
4. Het Energietransportnetwerk moet klaar zijn voor een duurzame toekomst;
5. Een goed functionerend Europees systeem voor emissiehandel;
6. Afbouw capaciteit oude kolencentrales. Per 1 januari 2016 zullen drie centrales uit de jaren ’80 gesloten zijn, de resterende twee volgen per 1 juli 2017;
7. Een verlaging van de CO₂-uitstoot in mobiliteit en transport van 17 procent ten opzichte van 1990 in 2030, oplopend naar een reductie van 60 procent in 2050;
8. Het verzilveren van werkgelegenheidskansen. Ingezet wordt op ten minste 15.000 extra arbeidsplaatsen in de periode 2014 tot en met 2020 in de bouw en de installatiesector en op termijn in de duurzame energiebranche;
9. Energie-innovatie en -export. Het streven is dat Nederland in 2030 in de top 10 staat in de mondiale CleanTech Ranking;
10. Een omvangrijk financieringsprogramma voor de enorme investeringen die nodig zijn voor de transitie die is vastgelegd in het akkoord.

Op zich een redelijk akkoord, zeker gezien het huidige politieke speelveld en de alsmaar aanhoudende economische recessie. Ik denk echter dat het beter en/of concreter had gekund. Meer resoluut, meer toekomstproof, duurzamer en beter voor het economisch herstel van Nederland. Hieronder enkele suggesties van mijn kant.

Stoppen met productiesubsidie
Mijn basisgedachte is dat de meest kostenefficiënte duurzame productie gerealiseerd wordt in een liberale markt zonder subsidie. Dat betekent dus ook geen MEP, SDE, SDE+, en ook geen invoedingstarief zoals ze in Duitsland kennen. Subsidie moet uitsluitend bedoeld zijn voor innovatie; het plaatsen van de miljoenste windmolen valt daar niet onder, maar is natuurlijk wel wenselijk dat die er komt. De oplossing hiervoor is de introductie van de leveranciersverplichting. Iedere leverancier dient verplicht een deel van zijn levering aan eindverbruikers groen te leveren, afkomstig van binnenlandse productie. Zoals in België is geïntroduceerd, maar met dat verschil dat er per soort productie een verplicht percentage is. Dus bijvoorbeeld in 2016 verplichte levering van 5,5% wind op land stroom, 4,1% wind op zee stroom, 5,4% biomassastroom, 0,65% zonnestroom etc. Ieder jaar kan de regering zelf bepalen welke productiesoort met welk percentage wordt opgehoogd (vanwege een noodzakelijke betrouwbare overheid is verlaging geen optie). Hiervoor moet dan wel een separaat certificatensysteem voor worden opgezet in Nederland. Heeft een leverancier zelf geen of niet voldoende groene binnenlandse productie, kan hij de certificaten kopen van een producent (die een overschot heeft). Blijkt dat de leverancier niet voldoende certificaten kan overhandigen (elektronisch cancelen/redeemen), dan moet deze de staatskas spekken met een boete die circa 2x de waarde die het betreffende missende certificaat heeft. Op deze wijze kan de regering zelf het tempo naar een volledig duurzame productie in 2050 bepalen, de productiemix in de gaten houden en ook de economische consequenties mee laten wegen bij het “draaien aan de verplichtingsknoppen”.

CO₂ emissie uitruilen
Het Europese emissiehandel systeem (EU ETS) moet volledig op de schop en los komen te staan van de productie van energie. Een emissieruilsysteem moet hiervoor in de plaats komen, welke uitsluitend van toepassing wordt op het energieverbruik van grote industrieën. Eigen (duurzame) energieproductie moet geheel worden uitgesloten van dit nieuwe emissierechten uitruilsysteem. Industrieën kunnen dan alleen nog maar energie besparen (bij teruglopende emissieplafonds) of (indien de buurman er gemakkelijker/goedkoper in slaagt energie te besparen) emissie uitruilen. Zo’n systeem zit de groei van duurzame energieproductie nooit meer dwars.

Heffingskorting wordt vrije voet
Iedere verbruiker van elektriciteit heeft recht op een heffingskorting. indien het object een verblijfsfunctie heeft (bijvoorbeeld een woonhuis, kantoor of fabriek) dan geeft de Belastingdienst (via de leverancier) jaarlijks € 318,62 ex BTW (€ 385,53 incl BTW) terug, ongeacht het verbruik. Deze heffingskorting moet vervangen worden door een energiebelasting vrije voet. En dan niet alleen een vrije voet op elektriciteit, maar ook op gas (heffingskorting is nu uitsluitend op elektra).

Energiebelasting salderen afbouwen
De slimme- of digitale vierkwadrantenmeter moet bij iedere kleinverbruiker verplicht worden (zie mijn eerdere blog: Slimme meter = domme kracht). Hierdoor wordt het ook mogelijk om een afbouwregeling te treffen op salderen van energiebelasting. Ik stel voor om deze in een jaar of 10 volledig af te schaffen. Dus over 10 jaar betaalt iedereen over iedere kWh die hij uit het net afneemt energiebelasting (net als nu al voor grootverbruik geldt). Een nette afbouwregeling is wel noodzakelijk vanwege recent gepleegde investeringen door kleinverbruikers, die er toch van uitgaan een redelijk financieel rendement te behalen op hun investering.

Gevolg: Slimme netten komen er vanzelf
Op deze manier gaan kleinverbruikers met zonproductie automatisch maatregelen nemen om vraag en aanbod (meer) op elkaar afgestemd te krijgen. Dit kan gestuurde vraag zijn (bijvoorbeeld door een elektrische auto) of opslag (accu’s). Tevens moet het mogelijk worden om administratief aansluitingen te “poolen”. Door het opzetten van zo’n administratieve pool, kan er per kwartier energie onderling worden uitgeruild zodat het afstemmen van vraag en aanbod ook binnen een cluster van kleinverbruikers kan plaatsvinden.

Over deze uitgeruilde stroom hoeft ook geen energiebelasting te worden betaald. Dit stimuleert de vorming van slimme netten, die niet wijkgebonden hoeven te zijn. Hiervoor moeten de netbeheerders wel gaan alloceren op basis van werkelijke elektriciteitsbehoefte per kwartier. Momenteel wordt de te verrekenen hoeveelheid elektriciteit per kwartier voor kleinverbruikers namelijk nog synthetisch bepaald.

Uitdagingen
Natuurlijk zitten er in de uitwerking nog allerlei haken en ogen aan (denk bijvoorbeeld aan het voorkomen van windfall profits van bestaande MEP en SDE projecten), maar dat zie ik als uitdagingen die oplosbaar zijn.

Elektrische auto gaat gascentrale vervangen

Een elektrisch voertuig (EV) is circa 4x efficiënter in het energieverbruik dan zijn verbrandingmotor-rivaal. Zelfs als de benodigde elektriciteit van een gascentrale (STEG) komt (gemiddeld rendement van 50%), presteren EV’s nog altijd 2x efficiënter dan een benzine of dieselvariant. Natuurlijk zal de actieradius verder omhoog moeten en de kostprijs naar beneden, maar hij is er om uiteindelijk de exemplaren met een diesel- of ottomotor te gaan verdringen.

De ontwikkeling van de capaciteit van batterijen is zwaar ingezet door de komst van mobiele computers op zakformaat. Sommige mensen noemen zo’n ding nog “smartphone”, wat vreemd is omdat bellen ermee nu al een ondergeschikte feature is. Die zakformaat computers hebben inmiddels meer dan 100x meer rekenkracht, snelheid en geheugencapaciteit als de beste PC 15 jaar geleden.

Al dat digitale geweld verbruikt steeds meer stroom, waardoor de ontwikkeling van de batterij mee moest. De huidige generatie Lithium-Ion batterijen, hebben een capaciteit van maximaal 0,17 kWh per kg (Nissan Leaf: 0,08 kWh/kg). Binnen 3 tot 5 jaar zal dit zijn opgelopen tot meer dan 0,25 kWh/kg en zal ook de kostprijs naar verwachting zijn gehalveerd.

Het verbruik van een elektrische auto is, afhankelijk van uitvoering en rijstijl, 5 tot 7 km per kWh. Om dus een voor iedereen bruikbare actieradius te hebben van zeg 500 km, moet er meer dan 75 kWh kunnen worden meegenomen in de autobatterij. Met de huidige generatie niet alleen te duur, maar ook te zwaar met z’n 800 kg voor een gemiddelde gezinsauto. Maar binnenkort dus de helft in gewicht, goedkoper en dus wel reëel toepasbaar voor het grote publiek.

Al die EV’s moeten natuurlijk worden opgeladen. Veel doemdenkers zeggen dan: “onmogelijk, de transportnetten zijn daarvoor niet geschikt” en “er is niet genoeg elektriciteitsproductie om die piek te leveren die nodig zal zijn rond 6 uur als iedereen van zijn werk thuiskomt en die auto aan het stopcontact hangt”.

Bijna allemaal onzin! De komst van de elektrische auto is een zegen voor de opkomst van duurzame energieproductie en zal ook voor een ontlasting gaan zorgen van onze transportnetten. Gelijk met de groei van EV’s zullen ook slimme netten en dus slim laden zijn intrede vinden in Nederland. Een auto die aan het net wordt gekoppeld zal door intelligente systemen zo veel mogelijk worden opgeladen op (zeer) goedkope momenten op de elektriciteitsmarkt. Dat soort goedkope momenten treden op als er veel aanbod is van slecht regelbare elektriciteitsproductie. Over het algemeen zijn alle duurzame energie productie-installaties slecht regelbaar: Bij een groot windaanbod en/of een wolkeloos zonnig moment is er veel elektriciteitsaanbod. Momenteel wordt die extra productie voornamelijk opgevangen door gascentrales die dan afregelen. In de toekomst zal dat opgevangen gaan worden door dat EV’s (extra veel) laadstroom gaan vragen. Het gevolg zal zijn dat vraag en aanbod veel beter op elkaar zal zijn afgestemd, wat uiteindelijk snelle regeleenheden zoals gascentrales overbodig zal maken. 

Welkom op mijn nieuwe (WordPress) site

Het doel dat ik heb met deze website is het enthousiasmeren van mensen voor alles wat te maken heeft met energie. Energie is een breed begrip, maar ik wil het binnen deze site beperken tot chemische, elektrische en thermische energie. Dus als u informatie wilt hebben over energiedrankjes, geestelijke of fysieke energie, is het verstandig even door te surfen. Bent u geïnteresseerd in andere vormen van energie en heeft u vragen of aanvullende informatie, dan kom ik graag via deze website met u in contact.