Het waterstof ABC

Waterstof, brandstofcel, 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

Waterstof auto’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 die wij nu al massaal verkopen-. Deze teruggewonnen energie kan vervolgens weer een boost geven aan de auto bij optrekken.

Conventionele auto

Waterstofauto’s zijn geen science fiction. Ze zijn vandaag al te koop. Sterker nog de Toyota Mirai (de waterstof auto van Toyota) is al te koop vanaf december 2014! Deze auto heeft een extreem geavanceerde aandrijflijn die gebruik maakt van een nieuwe brandstof. Toch is het een -voor Europese begrippen zelfs 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 waterstof auto’s investeert en niet in batterij elektrische auto’s (BEV). Wij denken niet dat de een beter is dan de ander en investeren fors in beide technologieën. We vinden Waterstofauto’s (Fuel Cell Electric Vehicle, kortweg FCEV’s) en BEV’s complementair aan elkaar omdat zij in verschillende behoeften van klanten voorzien.

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.

Elektrisch

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)

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. Echter waar een grote uitdaging ligt, zit in 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

Blijf erbij, het wordt een tikkeltje meer technisch nu. H (waterstof) is het meest voorkomende element hadden we gezegd. 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 geinvesteerd 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 waterstof gebied. Het land telt momenteel ongeveer 100 tankstations en staan er nog velen op stapel. Waarom doet Japan deze grote investeringen in een waterstof economie?

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 continue 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.

Als het gaat om de opslagtanks, bekijk dit filmpje eens:

Wat zie je? Juist we vuren kogels af op de tank om hem te doorboren. Door het carbon materiaal wat wordt gebruikt blijven de tanks in hun oorspronkelijke vorm. Door het gaatje ontsnapt het waterstof en die vervliegt gecontroleerd en zonder gevolgen in de atmosfeer.

Mirai

De Mirai, zo heet de waterstofauto van Toyota. Mirai betekent ‘toekomst’ in het Japans. Omdat waterstofauto’s geen uitstoot hebben met 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 1000. In  Duitsland wordt momenteel volop geïnvesteerd en moeten er in 2023 400 stations staan.

Olympisch

Wat hebben de olympische spelen te maken met waterstof? Nou de spelen van 2020 worden gehouden in Japan. Als altijd wordt dit vierjarige evenement door miljoenen mensen bekeken. Voor het transport van onder andere de sporters heeft Toyota het plan om de waterstof samenleving hier tentoon te spreiden.

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 (waterstof productie vanuit water). Hiervoor worden duurzame bronnen als zon, wind of waterkracht gebruikt. Dit is heel belangrijk en zorgt dat de “well to weel” 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 een 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 waar bij 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! Bekijk dit filmpje.

Tanken

Tanken 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.

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, nu 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 men 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… Wie denkt dat een volgeladen truck niet vooruit gaat, kijk dan even naar dit filmpje en verwonder je: