Luchtvervuiling, uitlaatgasschandalen, diesel-rijverboden, er gaat nauwelijks een dag voorbij zonder dat onze heilige koe niet minstens één keer in het nieuws komt. Maar er is ook goed nieuws: de laatste tijd zijn deze berichten steeds meer gericht op de mogelijkheden van nieuwe aandrijvingstypen en materialen die, waar mogelijk, geen of zeer weinig schadelijke emissies uitstoten.

Momenteel zijn er wereldwijd ongeveer 750 miljoen auto’s en 250 miljoen bedrijfsvoertuigen die uitlaatgassen het milieu inpompen. Geschat wordt dat dit cijfer van één miljard voertuigen tegen 2030 zal verdubbelen. “Op basis van het basisjaar 2010 wordt voor 2030 een toename van het aantal passagierskilometers gemotoriseerd privé-vervoer met 12,9 procent voorspeld, terwijl het aantal tonkilometers vrachtvervoer naar verwachting met 16,8 procent zal stijgen”, zeggen Peter Gutzmer en Uwe Wagner van de automobielleverancier Schaeffler in het jubileumnummer van ATZ.

Met het oog op deze groei hebben we dringend behoefte aan nieuwe, minder vervuilende of – beter nog – volledig schone voortstuwingssystemen en nieuwe vervoersmogelijkheden, als we tenminste het file- en luchtvervuilingsprobleem willen aanpakken. Ook voor ondernemers is dit goed nieuws, want er komt een compleet nieuwe markt in beeld. Geen wonder dat de race voor de beste en meest veelbelovende aandrijflijn aan tempo en kracht wint.

 width=

© Pixabay

De huidige nummer één lijkt de elektrische motor te zijn, hoewel de elektriciteit die de voertuigen aandrijft eerst CO2-neutraal moet worden geproduceerd. Andere benaderingen zijn het verbeteren van de beproefde benzine- en dieselmotoren door middel van intelligente regeling en controle van de interne motorprocessen, zodat deze minder vervuilende stoffen produceren. Een andere mogelijke oplossing voor het probleem, dat zorgvuldig wordt onderzocht, zijn milieuvriendelijke brandstoffen zoals ethanol, aardgas, waterstof of OME (zie: Synthetische brandstoffen voor emissievrije verbrandingsmotoren). En dan zijn er nog initiatieven als car sharing, flying cars, of de hyperloop.

“Verbrandingsmotoren die in 2030 deel willen uitmaken van de mobiliteitsmix moeten aanzienlijk efficiënter en schoner zijn dan de huidige voertuigen”, legt Otmar Scharrer van de automobielleverancier Mahle uit. Waarbij de noodzaak om de motormechanica te optimaliseren, d.w.z. de wrijving te verminderen, voorop staat. De CO2-uitstoot kan met twee tot vijf procent worden verminderd door innovaties in de luchtweerstand, intelligent thermisch beheer, een geoptimaliseerd oliecircuit, oliën met een lage viscositeit en minder wrijving tussen de motoronderdelen. “Een verhoging van E10 naar E20 zou tot tien procent CO2 besparen in benzinemotoren met synthetische opwekking met behulp van hernieuwde elektriciteit”, zegt hij, erop wijzend dat de bijbehorende technologie vandaag de dag al beschikbaar is.

Scharrer ziet momenteel de infrastructuur voor het opladen van de accu’s en de capaciteit van de accu’s, zoals opslagcapaciteit, levensduur en kosten, als obstakels in de uitbreiding van de elektrische mobiliteit. Naast de CO2-neutrale opwekking van elektriciteit moet ook de ontwikkeling van batterijen worden bevorderd. “Met name de beschikbaarheid van snellaadstations moet aanzienlijk worden vergroot”, benadrukt hij.

Elektromobiliteitstechnologie op de vooruitgang

Onder andere Freudenberg Sealing Technologies in Weinheim an der Bergstrasse heeft zich toegelegd op het onderwerp elektromobiliteit en zal haar uitgebreide portfolio voor elektromobiliteit presenteren op de Battery show Noord-Amerika 2018. “Energie is de beslissende factor voor de succesvolle markt- en technologieontwikkeling van elektrische mobiliteit”, aldus Claus Möhlenkamp, CEO van het bedrijf, dat onlangs delen van de brandstofcelproducent Elcore in München heeft overgenomen. “Elke leverancier die zich te veel concentreert op interne verbrandingsmotoraandrijfsystemen loopt gevaar. Daarom is het essentieel om de veranderingen in de sector te zien als een kans voor het eigen bedrijf.”

Op de Battery Show North America presenteert Freudenberg componenten voor het thermisch beheer van accu’s, zoals bevestigingselementen voor buidelcellen, het DIAvent drukcompensatie-element en een innovatief hitteschild. Dit voorkomt dat een enkele defecte cel een volledige batterijmodule oververhit raakt.

Siemens

Freudenberg zal ook lithium-ionbatterijen tentoonstellen, waaronder gasdiffusielagen en afdichtingen voor brandstofcellen, platte pakkingen en tweecomponenten plug & afdichtingen. In elektrische voertuigen zorgen deze onder andere voor een vermindering van het systeemgewicht en maken complexe afdichtingsgeometrieën mogelijk, evenals een chemische combinatie van de harde en zachte materialen van de component om lekkages te voorkomen.

Een ander hoogtepunt van de tentoonstelling is een met keramiek geïmpregneerde afscheider met een frame van ultradunne polyestervliesstof van Freudenberg Performance Materials. In tegenstelling tot conventionele membranen zoals polyolefinefolies blijft de Safety Separator ook bij extreem hoge temperaturen tot enkele honderden graden Celsius stabiel en krimpt niet. De keramische impregnering zorgt ervoor dat de porositeit van de separator bij hoge temperaturen behouden blijft. Bovendien is het aanzienlijk minder gevoelig voor mechanische belasting in accutoepassingen dan conventionele producten.

Waterstof en brandstofcellen

Voor brandstofcellen is de situatie is nog erger dan bij de infrastructuur voor elektromobiliteit – althans in Europa. De ontwikkeling hiervan is heel anders in Azië, waar de Japanners en Zuid-Koreanen al veel verder zijn. Daarnaast stagneert het onderzoek in Europa omdat de focus steeds meer op elektrische mobiliteit komt te liggen. Dr. Nikolai Ardey van Audi ziet echter ook een toekomst voor deze techniek. “De concepten zijn beschikbaar en we laten ons leiden door hoe de infrastructuur zich ontwikkelt. We steken veel energie in het doel om de infrastructuur zelf vooruit te helpen. En we zijn van plan om de eerste auto in de eerste helft van het volgende decennium in een kleine serie te lanceren,” zegt Arday.

 width=

© Forschungszentrum Jülich

Ook voor de waterstofmotor is Arday behoorlijk pessimistisch. “Het rendement is gewoon lager dan bij de brandstofcel. Dit is echter van groot belang voor een brandstofcelvoertuig, omdat de actieradius van een vrachtwagen met een waterstoftank van 700 bar al een beperkende factor is,” legt hij uit. Bovendien draait een waterstofmotor het mengsel bij zeer hoge temperaturen, “ruim boven het punt van Zeldovich, waar veel NOX wordt geproduceerd. Dat betekent dat je een zeer uitgebreide NOX nabehandeling moet doen, wat de aantrekkelijkheid natuurlijk weer vermindert.”

Het valt nog te bezien welke vormen uiteindelijk de overhand zullen krijgen. Scharrer, Gutzmer en Wagner gaan ervan uit dat het waarschijnlijk van alles wat zal zijn.