De elektrische auto rukt op als we de cijfers van de afgelopen jaren mogen geloven en dat geldt voor zowel de volledig elektrische modellen als de plug-in hybrides. We kunnen ons niet helemaal aan de indruk onttrekken dat die populariteit voor een belangrijk deel te danken is aan de subsidiepot die de overheid voor deze categorie auto’s heeft ingesteld. Met andere woorden, het levert vooral de zakelijke rijder, maar intussen ook de particuliere rijder, een financieel voordeel op om elektrisch te gaan rijden. Inmiddels is er vrijwel geen autofabrikant meer of hij heeft een elektrisch model in de prijslijst staan.
Boven: Het Forze IX team bezig met de voorbereidingen voor de onthulling van hun ‘waterstof Forze IX racebolide’ op de pier van Scheveningen.
Levensvatbaar? Of de elektrische auto in genoemde vorm in de toekomst de norm wordt valt ernstig te betwijfelen. Wellicht is er voor hen een toekomst weggelegd voor kleinschalig vervoer van personen en goederen. Meer potentieel wordt gezien in de waterstof economie, waarin ook wij geloven durven we te bekennen. Autofabrikanten voorspelden dat al in het verleden, maar ook de overheden lijken daar (gelukkig) langzaam maar zeker in te geloven. Als energiebron voor het vervoer over de weg is de brandstofcel tegenwoordig in opmars, welke op haar beurt de elektriciteit levert voor de elektromotoren. Die biedt een hoop voordelen ten opzichte van de volledig elektrische auto met zijn zware accu’s en relatief lange laadtijd, zoals ongeveer even snel kunnen tanken als benzine of diesel en nul komma nul uitstoot van CO2. Het enige dat ‘de uitlaat’ verlaat is namelijk 100% ‘groen water’, tenminste, als we er van uitgaan dat ook de waterstof ‘groen’ gemaakt wordt. De brandstofcel is inmiddels behoorlijk uit ontwikkeld en aan de mogelijkheden om waterstof te tanken wordt momenteel hard gewerkt.
Boven: Drie leden van het Forze IX team. V.l.n.r. Coen Tonnaer, Sophie Cleton en Roel Breure.
Doelbewuste keuze. De mogelijkheden van de brandstofcel krijgen sportieve glans als we enkele dagen terug in contact komen met de TU Delft en dan met name de studenten binnen het ‘Forze Hydrogen Racing Team’. Zij hebben namelijk de afgelopen drie jaar gewerkt aan de Forze IX, zijnde hun nieuwste (duurzame) racebolide op waterstof welke ze op 18 januari onthulden op de pier van Scheveningen. Zelf zeggen zij daarover “een volgende stap te zetten in de ontwikkeling van deze duurzame technologie in de racewereld, en op deze manier definitief aantonen dat waterstof op het circuit ook de strijd aan kan gaan met gangbare benzinewagens”. Ga er maar even voor zitten, want deze bolide heeft aandrijving op vier wielen en een topsnelheid van 300 km/h. Het sprintje vanuit stilstand tot honderd kilometer per uur zou in minder dan drie seconden achter de rug zijn. Met een bodemvrijheid van om en nabij de twee centimeter, althans dat is onze schatting, zal het duidelijk zijn dat de Forze IX niet direct ‘off-the-road’ ingezet kan worden. Maar dat is slechts een kwestie van het beoogde doel, namelijk het strak en vlak geasfalteerde circuit. De techniek kan met evenveel, zo niet meer ‘gemak’ in een off-road voertuig of SUV ‘gefrommeld’ worden.
Racebolide én rijdende computer. De Forze IX zit bomvol techniek die de (totaal dertig) dames en heren van het team in feite zelf allemaal ontwikkeld hebben. De Forze IX maakt gebruik van twee brandstofcellen en vier elektromotoren, voor ieder wiel één, in tegenstelling tot de Forze VIII die het met twee motoren op alleen de achterwielen moest doen. Die kwam daardoor niet verder dan 210 km/h. en doet er pakweg een seconde langer over om vanuit stilstand die 100 km/h grens te bereiken. Vier motoren die ieder een wiel aandrijven vergt behoorlijk wat rekenwerk. Denk bijvoorbeeld maar eens aan de aandrijving in bochten waarbij iedere motor een andere rotatiesnelheid moet hebben. Verder is de warmte huishouding een serieus punt van aandacht. De Forze IX biedt onderdak aan maar liefst zeven radiateurs. Klinkt wel leuk en aardig, maar als die niet voldoende koele lucht toegediend krijgen, dan heb je er niets aan. De hoeveelheid lucht die de Forze IX per minuut ‘consumeert’ is dan ook formidabel horen we van teamlid Coen Tonnaer. Hij laat ons raden en stelt daarbij dat een mens gemiddeld zo’n 16 kg. lucht per dag inademt. Dat is een accurate schatting van hem, want de wetenschap noemt een getal van 13 kg. per dag bij een mens in rust. Onze gissing aangaande de auto zit er faliekant naast, want de Forze IX heeft pas genoeg als er 190 kg. per minuut door zijn ‘metalen poriën’ stroomt! En om je nog een indruk te geven van de complexiteit van het geheel; om de Forze IX naar behoren te laten racen wordt gebruik gemaakt van meer dan vierhonderd sensoren! Het ontlokt fotograaf Jan Houtkoop de uitspraak dat de Forze IX behalve een race-auto ook een soort rijdende computer is.
Boven en twee keer onder: De voorloper van de Forze IX, de Forze VIII, geeft je een indruk van de techniek die verscholen ligt onder de huid van de Forze IX. Plus nog een beetje meer…
Is het alleen maar koek en ei met de brandstofcel? Vooralsnog heeft deze brandstofceltechniek sterke troeven in handen (onder meer het hogere rendement), maar we mogen niet aan het feit voorbij gaan dat de waterstoftechniek in combinatie met de fuel cell tamelijk ingewikkeld is en derhalve kostbaar, ook al zal de prijs best nog wel wat zakken bij grootschalige productie. Naast ingewikkeld moet er rekening gehouden worden met de warmtehuishouding die we al noemden, want de fuel cell genereert niet alleen elektriciteit, maar ook de nodige warmte. Een andere mogelijkheid om waterstof om te zetten in ‘beweging’ is de waterstof te verbranden in onze bestaande motoren (na de nodige aanpassingen). Onder meer het Duitse Keyou ziet de waterstofverbrandingsmotor als serieus alternatief voor de elektrische brandstofcel aandrijving en laten daarbij termen vallen als robuustheid, levensduur, productiekosten, een hogere specifieke vermogensdichtheid en minder moeite bij het koelen. Zij claimen dat door waterstof te verbranden, zoals je nu diesel verbrandt, veel problemen opgelost worden. Immers, de warmtehuishouding van onze huidige verbrandingsmotor is al op orde, verbrandingsmotoren op waterstof hebben een hoge tolerantie voor de kwaliteit van de gebruikte waterstof en op de lange afstand is de efficiency van een verbrandingsmotor vergelijkbaar met een brandstofcel. Met name in de transport- en industriesector welke heavy-duty motoren toepassen kan de waterstof verbrandingsmotor een (snelle) oplossing vormen (denk aan hoge vermogens en zware belasting, zware industriële processen en zwaar transport over de weg, het spoor, het water en op termijn de luchtvaart). Bij de verbranding komt alleen water vrij, geen CO2 en slechts een beperkte hoeveelheid NOx, waardoor het, zonder emissie nabehandeling, een duurzame technologie is. En last but not least maakt waterstof in verbrandingsmotoren Nederland, en ook Europa, onafhankelijker van de ‘buitenwereld’ omdat er geen kostbare of schaarse metalen nodig zijn. Niet vreemd dus dat diverse autofabrikanten nog altijd onderzoek doen naar waterstof in de verbrandingsmotor. Ondanks dat kleven er ook nadelen aan waterstof in combinatie met de verbrandingsmotor, zoals het lagere rendement op kortere afstanden en onder wisselende belastingen.
Uitvinding van de brandstofcel. We schreven het al eens eerder. Dat waterstof de toekomst wordt lijkt tamelijk zeker, ook al zal dat misschien niet op de korte termijn zijn en de manier waarop het toegepast zal gaan worden. We houden ons opnieuw vast aan Jules Verne, die in zijn boek ‘The Mysterious Island’ in 1874 schreef, “dat water, dat bestaat uit waterstof en zuurstof, ooit een onuitputtelijke bron van warmte en licht zullen vormen” (is energie). Wellicht komt zijn voorspelling niet zomaar uit de lucht vallen, want het principe van de werking van de brandstofcel wordt al in 1838 ontdekt door de Zwitser Christian Friedrich Schönbein leren we van Wikipedia. In 1839 publiceert hij zijn bevindingen in een wetenschappelijk tijdschrift. Hij schrijft daarin dat hij elektriciteit heeft opgewekt uit de chemische reactie tussen waterstof en zuurstof, op plaatjes gemaakt van platina. De Brit Sir William Robert Grove krijgt dat artikel onder ogen en beseft dat de Zwitser een omgekeerde elektrolyse heeft uitgevoerd. Grove maakt in die tijd vaker waterstof voor zijn experimenten door elektriciteit door water te voeren, dat daarop gesplitst wordt in waterstofgas en zuurstof. Schönbein heeft echter waterstof en zuurstof samengevoegd, waarbij juist elektriciteit vrij komt. Grove bedenkt een manier om die ontdekking praktisch te benutten en komt in 1843 met de eerste galvanische gasbatterij: een aantal buizen met waterstofgas en zuurstof die samen met enkele andere stoffen circa 36 uur lang stroom produceren. Zijn batterij mag je zien als de voorloper van wat nu de brandstofcel heet. Wie weet heeft ‘onze Jules Verne’ die galvanische gasbatterij van meneer Grove 31 jaar later in gedachte gehad bij zijn voorspelling.
Fotografie: Forze IX team van TU Delft, Jan Houtkoop. Afbeelding waterstof principe: Wikipedia. Tekst: Martin Brink.
