Verbrandingsmotoren blijven in de nabije toekomst de dominante optie voor zwaar transport, zoals schepen, vrachtwagens en vliegtuigen. Van groot belang dus om dergelijke motoren verder te verduurzamen. In het Zero Emission Lab (ZElab) aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) wordt momenteel volop onderzoek gedaan naar duurzame brandstoffen, zoals waterstof.
Waarom je dit moet weten:
Brandstofmotoren moeten worden aangepast om klaar te zijn voor een groene toekomst.
EU-wetgeving verplicht dat in 2040 alle nieuwe personenauto’s CO₂-uitstoot vrij zijn. Ook andere modaliteiten elektrificeren meer en meer. Denk hierbij aan vrachtvervoer en bussen. Elektrische aandrijving voor zwaar vrachtvervoer, schepen en vliegtuigen ligt echter minder voor de hand. We blijven daarom nog sterk afhankelijk van verbrandingsmotoren. Dat betekent dat het gebruik van duurzamere brandstoffen als alternatief voor fossiel onderzocht moet worden.
Het ZELab is een internationaal toonaangevend lab van de TU/e dat zich richt op onderzoek naar zero-impactverbrandingsmotoren (ICE’s). Het lab bevat testcellen voor motoren en state-of-the-art experimentele opstellingen. Hoewel het deel uitmaakt van de onderzoeksgroep Power & Flow, werken onderzoekers van verschillende secties samen aan geavanceerde en schone motoren die werken op basis van duurzame brandstoffen.
Waterstof voor trucks
Universitair hoofddocent Bart Somers: “Waterstof kan op twee manieren worden toegepast in transport: met een brandstofcel en met een motor. Onze focus ligt vooral op dat laatste. We willen de fundamentele processen beter begrijpen.” Zo proberen de onderzoekers de efficiëntie van dergelijke motoren omhoog te krijgen, terwijl de CO₂-emissies nul zijn.
Ook bij TNO en DAF wordt er onderzoek gedaan naar waterstofmotoren, legt Somers uit, maar daarbij gaat het om een zogenaamde black box benadering. In het lab op de TU/e wordt juist diepgaand onderzoek gedaan. “We kijken letterlijk in de motor. Daarbij maken we gebruik van transparante onderdelen en camera’s die tot wel 100.000 frames per seconde kunnen vastleggen. Dat is noodzakelijk, want de processen die wij bestuderen vinden plaats in slechts milliseconden.”
In het lab worden momenteel de waterstofmotoren van DAF-trucks onder de loep genomen, die nu nog gebaseerd zijn op het ontwerp van een reguliere dieselmotor. “Wij onderzoeken met behulp van software of er veel voordeel te behalen valt als bijvoorbeeld de geometrie van een reguliere dieselmotor wordt aangepast. Denk aan de zuigervorm of de vorm van de inlaatkanalen.”
Ammoniak voor de scheepvaart
Voor vrachtschepen is ammoniak (naast methanol) een aantrekkelijke kandidaat-brandstof, vanwege zijn relatief hoge energiedichtheid ten opzichte van waterstof. Dit maakt het mogelijk om een grote hoeveelheid energie op te slaan in een veel kleiner volume dan het geval is bij bijvoorbeeld waterstof. Onlangs ging er een nieuw project van start in het ZElab. Tien promovendi doen onderzoek naar ammoniak als alternatief voor diesel. Aan dit programma doen veel partijen mee, zoals de universiteiten van Delft, Eindhoven, Twente, Amsterdam, Groningen en Wageningen, net als kennisinstellingen MARIN, TNO, en anderen.
Somers licht toe: “Bij de verbranding van ammoniak komt geen CO₂ vrij. Een groot voordeel van ammoniak is dat het al op grote schaal gemaakt wordt. Het is onder andere een grondstof van de kunstmestindustrie. Bovendien is het een ‘vloeibaar goedje’; gemakkelijk mee te nemen dus.” Ammoniak is trouwens minder geschikt voor wegtransport omdat het giftig is voor mensen. “Je wil natuurlijk niet het risico lopen giftige stoffen ingeademd worden tijdens het tanken. Bij scheepvaart wordt er echter ‘gebunkerd’. Professionele bedrijven doen die afhandeling. Zo kan je veel makkelijker veiligheidsaspecten borgen.”
Voordat het zo ver is, moeten er eerst een aantal belangrijke vragen worden beantwoord omtrent ammoniak als brandstof, zoals of ammoniak snel genoeg verbrand kan worden.
Na 2040
De wereld staat voor enorme uitdagingen bij het streven naar de elektrificatie van zowel vrachtwagens, schepen als vliegtuigen. Zonder een revolutionaire doorbraak in batterijtechnologie komen we er niet, concludeert Somers. “Voor een Boeing 737 die de Atlantische Oceaan oversteekt zouden enorme hoeveelheden batterijen nodig zijn. Dit maakt een vliegtuig dusdanig zwaar, dat het onmogelijk wordt, nog afgezien van de uitdagingen van het opladen van dergelijke batterijpaketten. Voor scheepvaart gelden vergelijkbare bezwaren.”
Kortom, we blijven voorlopig afhankelijk van brandstofmotoren. “Daarom maken wij ze zo schoon en efficiënt mogelijk”, aldus Somers.
