Het waterstof ABC

Waterstof, een brandstofcel of de Toyota Mirai. Je hebt er vast eens van gehoord, maar wat is het eigenlijk? Maak indruk op je vrienden op de camping of in de kroeg en wordt een waterstof-genius! Hier het waterstof ABC'tje...

Altijd en overal om ons heen

Weet je het nog van scheikundelessen? Het periodiek stelsel van elementen? Waterstof (H) staat links bovenaan. Het is het meest voorkomende element in het universum. Het zit in water (H2O) bijvoorbeeld. Maar net als in water is het verbonden aan andere elementen en zal daarvan losgemaakt moeten worden om pure waterstof (H2) te krijgen.

Batterij waterstofauto

Waterstofauto’s hebben een batterij. Deze is erg nuttig, omdat hier energie in kan worden opgeslagen die vrijkomt bij bijvoorbeeld gas loslaten of remmen. Dat je die energie kan hergebruiken zorgt voor een nog hogere efficiency. Dit principe gebruiken we overigens ook in onze hybride auto’s. Deze teruggewonnen energie kan vervolgens weer een boost geven aan de auto bij optrekken.

Conventionele auto

Waterstofauto’s zijn geen sciencefiction. Ze zijn vandaag al te koop. Sterker nog de Toyota Mirai (de waterstofauto van Toyota) is al te koop sinds december 2014! Deze auto heeft een extreem geavanceerde aandrijflijn die gebruik maakt van deze brandstof. Toch is het een (grote) middenklasser sedan die net zo praktisch, veilig en gemakkelijk is om te rijden als een conventionele familieauto. Je zou bijna vergeten dat er waterstof in moet.

Daarom!

Er wordt vaak gevraagd waarom Toyota in waterstofauto's investeert.

Waterstof is een schone energiebron met een hogere energiedichtheid dan batterijen. Het is daarnaast gemakkelijk te transporteren en op te slaan. Het is voor vrijwel alle doeleinden te gebruiken, zelfs het leveren van energie aan huizen en fabrieken.

Elektrische auto

Met alle aandacht voor batterij elektrische auto’s zou je bijna vergeten dat de waterstofauto een… elektrische auto is. De wielen worden aangedreven door de elektriciteit die wordt opgewekt door de brandstofcel (zie volgende punt). Het enige verschil met een batterij-auto is dat de stroom in de auto wordt opgewekt in plaats van daarbuiten.

Fuel Cell (Brandstofcel) waterstofauto

De brandstofcel is het hart van de auto. Hier gebeurt het. Er gaat waterstof en zuurstof in en er komt elektriciteit uit die de wielen aandrijft. Alleen waterdamp blijft over.

Groene waterstof

Het milieu wint als we elektriciteit winnen uit duurzame bronnen zoals zon, wind en water in plaats van de fossiele brandstoffen. Dat weten we al lang. Waar echter een grote uitdaging ligt, is de balans tussen vraag en aanbod.

Op zonnige dagen produceren zonnecellen veel energie, maar is de vraag relatief laag. Deze energie kan dan niet gebruikt worden. Deze pieken in de energielevering kunnen worden gebruikt voor de productie van waterstof. Hierdoor sla je de energie als waterstof die je dan op een later moment weer kunt gebruiken.

H of H2

Het wordt een tikkeltje meer technisch nu. H (waterstof) is, zoals we al eerder zeiden, het meest voorkomende element. Maar H kan niet alleen bestaan, het moet gecombineerd worden met een ander element om stabiel te zijn. Water is hier een voorbeeld van. Daarom hebben we H2 nodig om de auto aan te drijven, hiervoor moeten twee H elementen worden gecombineerd. Lees de P(roductie) hoe dat gebeurd.

Intelligent eigendom (patenten)

In 2015 gebeurde er iets ongehoords. Na 20 jaar lang miljarden te hebben geïnvesteerd in onderzoek naar waterstoftechnologie gaf Toyota al haar patenten vrij. Resultaat: ALLE 5.680 patenten zijn door andere partijen te gebruiken. Gratis!

Japan

Op dit moment loopt Japan voor op waterstofgebied. Het land telt momenteel ongeveer 100 tankstations en staan er nog velen op stapel. Waarom doet Japan deze grote investeringen in een waterstofeconomie?

Het land betaalt immense bedragen om energie te importeren en wil heel graag onafhankelijk worden. Dit alles kwam in een stroomversnelling door de Fukushima ramp.

Kilowatt

De brandstofcel uit de Mirai heeft een record energiedichtheid van 3.1kW/L. Dit is 113kW (energie die de cel produceert) gedeeld op het volume van de cel (36,5 L). Is dat goed? Nou, best wel. We werken continu om de brandstofcellen compacter en lichter te krijgen. Een brandstofcel is al makkelijk te monteren onder de vloer van een auto, dankzij het formaat.

Lichter dan lucht

H2 is het lichtste gas in het universum. Wetenschappers noemen het super vluchtig. In tegenstelling tot wat veel mensen denken, betekent dit niet gevaarlijk. Sterker nog, doordat het zo vluchtig is, wordt het juist veilig.

Doordat het lichter is dan lucht vervliegt het onmiddellijk ver weg van elke mogelijke ontstekingsbron. In tegenstelling tot andere gassen, blijven H2 dampen niet hangen onder of in een auto in het geval van een lek of ongeval.

Mirai

De Mirai, zo heet de waterstofauto van Toyota. Mirai betekent ‘toekomst’ in het Japans. 

Omdat waterstofauto’s geen uitstoot hebben tijdens het rijden, geloven we bij Toyota dat dit een veelbelovende techniek is voor de toekomst, en niet alleen die van auto’s.

Om de techniek mainstream te krijgen (net als Toyota Hybride auto’s), moeten ze betaalbaar worden. De kosten van de brandstofcel zijn 95% gedaald ten opzichte van de voorganger van de Mirai de FCHV uit 2008. De gebruikte componenten zijn lichter, efficiënter, kleiner en goedkoper te produceren.

Veel componenten uit de aandrijving worden ook gebruikt in onze hybride modellen, zoals de elektromotor. Dit zorgt voor kostenbesparing en vergroot de betrouwbaarheid verder.

Netwerk

We zitten in de beginfase van de ontwikkeling van een waterstofnetwerk in Europa. Hier praten we over produceren, transporteren en verkopen. Maar het netwerk groeit met de dag.

In 2015, bij de lancering van de Mirai, waren er 40 tankstations in Europa. In 2020 zijn dit er al 200 en in 2025 1.000. In Duitsland wordt momenteel volop geïnvesteerd en moeten er in 2023 400 stations staan.

Olympisch

Wat hebben de Olympische Spelen te maken met waterstof? In 2020 waren de spelen in Japan waarbij Toyota de waterstof samenleving tentoonstelde.

Productie

Waterstof kan uit heel veel bronnen worden gewonnen. In Europa wordt momenteel de meeste waterstof gewonnen uit stoom-methaan (waterstofproductie vanuit aard en biogassen) of uit elektrolyse (waterstofproductie vanuit water). Hiervoor worden duurzame bronnen als zon, wind of waterkracht gebruikt. Dit is heel belangrijk en zorgt dat de “well to wheel" uitstoot - vanaf productie tot rijden - van waterstof uitstekend is.

Quality

Toyota wordt geroemd om haar kwaliteit. Dit gaat ook op voor de Mirai. De engineers hebben de auto voor een 200.000km test opgeworpen. 14 technici reden 254 dagen en 16 uur per dag op alle soorten wegen. Temperaturen van plus 37 tot min 20, zonder enige startproblemen. Conclusie? Geen technische problemen, normaal onderhoud en was 100% betrouwbaar. De remschijven zijn een keer vervangen en de remblokken drie keer.

Rampenhulp

Bij een natuurramp waarbij energielevering plat ligt, komt een waterstofauto goed van pas. Zeker in regio’s die gevoelig zijn voor dit soort rampen, zoals het door aardbevingen geteisterde Japan. Een waterstofauto kan een huishouden voor meer dan een week van energie voorzien. Zie het als een soort aggregaat in je garage die bij -30 graden en een meter sneeuw staat te draaien. En zonder uitstoot.

Stierenpoep (bullshit)

Dat je waterstof uit bijna alles kan produceren hebben we net gelezen, zelfs uit (stieren)poep. Geen grap!

Tanken waterstofauto

Het tanken van een waterstofauto is vergelijkbaar met gewone auto’s. Het duurt 3-5 minuten. Dit is een duidelijk voordeel van een waterstofauto. Hoe ver kun je rijden? Grofweg zo ver als een benzineauto op een volle tank kan.

Hier vind je een overzicht van waterstoftankstations in de Benelux.

Uitlaat?

Een waterstofauto heeft geen schadelijke uitstoot. Alleen waterdamp komt er uit de uitlaat, naja een afvoertje. En ja, dit is schoon water.

Voor de volledigheid: er wordt vaak gevraagd hoeveel water er vrij komt. Dit is 70mL/km. En ja, het water is drinkbaar, al zouden we dat niet direct aanmoedigen, omdat het toch door een afvoer loopt. Desondanks doen sommigen het toch…

En het gaat nog steeds goed met hem…

Verregaande samenwerking

Toyota is niet alleen bezig met waterstof. Er is een samenwerkingsverband met vele grote bedrijven die meewerken aan de toekomst van deze veelbelovende brandstof. Hier praten we over internationale overheden en grote multinationals.

Waterstof samenleving

We geloven dat er hele grote voordelen zitten op milieu en sociaal vlak wanneer een toekomstige samenleving wordt gebaseerd op CO2 vrij waterstof en duurzame energiebronnen. Het is een belangrijk deel van onze lange termijn doelstelling genaamd Environmental Challenge 2050 en ons verlangen om meer harmonie te krijgen tussen de samenleving en de natuur.

NOx

Dit is de generieke term voor Stikstof Oxiden. Deze worden geproduceerd door onder andere (diesel)verbrandingsmotoren. NOx is schadelijk voor de luchtkwaliteit en volksgezondheid. In veel steden wereldwijd worden maatregelen genomen om deze uitstoot uit te bannen. Een waterstofauto stoot geen enkele schadelijke stof uit.

Zwaar vervoer

Denk niet dat waterstof alleen in personenauto’s wordt gebruikt. Sterker, meer dan 50 miljoen ton waterstof wordt er wereldwijd gebruikt in de industrie. Toyota experimenteert met heftrucks, bussen en zware vrachtauto’s. En hoe…

Dit stuk is vertaald vanaf het Toyota-Europe blog.