Dit is het slot van een driedelige serie over de mobiliteit van de toekomst: worden het batterijen of toch waterstof? Lees hier de hele serie
In het derde en laatste deel van onze kleine serie over elektrische auto’s met batterij- of waterstofaandrijving vergelijken we opnieuw de aandrijvingsconcepten, bekijken we de respectievelijke gevaren en trekken we een conclusie over welke variant de grootste kansen heeft voor de toekomst.
Brandstofcellen worden goedkoper
Audi werkt samen met Hyundai aan de ontwikkeling van serievoertuigen met brandstofcellen (voor waterstof). “Tegen 2025 zullen we meer dan 20 elektrische modellen in ons aanbod hebben: Plug-in hybrides, elektrische auto’s en een eerste model met brandstofcellen in kleine series”, aldus Audi-baas Bram Schot vorig jaar. “Met het doel om halverwege het volgende decennium het leidende premiummerk voor elektrische auto’s te worden en 800.000 elektrische auto’s per jaar te verkopen.” Dr. Nikolai Ardey, hoofd van Powertrain Development in Ingolstadt, ging nog een stap verder en zei dat de momenteel nog steeds zeer hoge kosten voor een auto met een brandstofcel aanzienlijk kunnen worden verlaagd.
“Als we na 2025 zo’n 100.000 eenheden per jaar bereiken, wat voor een bedrijf als Volkswagen een haalbare omvang is, kun je er nu al van uitgaan dat de prijs van een brandstofcel tot ongeveer een derde of zelfs een kwart kan worden verlaagd”, aldus Arday in een interview met Springer Professional.
Volgens de tarieflijsten kost de Toyota Mirai momenteel iets minder dan 80.000 euro, een Hyundai Nexo ongeveer 10.000 euro minder. Een grote kostenfactor is de brandstofcel, omdat er onder andere het zeldzame en dus extreem dure platina voor wordt gebruikt. Volgens professor Christian Mohrdiek, directeur van Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH en verantwoordelijk voor de ontwikkeling van brandstofcellen binnen de Daimler Groep, is platina echter “niet langer de grootste kostenfactor bij de ontwikkeling van de brandstofcel”.
Volkswagen brengt in dit opzicht ook positief nieuws, omdat het bedrijf in samenwerking met Stanford University een nieuw proces heeft ontwikkeld waarmee platina-atomen zeer dun op een koolstofoppervlak kunnen worden gedistribueerd. Dankzij dit nieuwe proces kan de hoeveelheid platina worden gereduceerd tot een fractie, wat logischerwijs de kosten aanzienlijk verlaagt.
Batterijen: hoe meer bereik, des te duurder
Een koper van een elektrische auto moet dieper in zijn zak graven dan een koper van een auto met een verbrandingsmotor. De belangrijkste reden hiervoor is de batterij of liever: de capaciteit ervan. Hoe meer kilowattuur, des te groter het bereik en des te hoger ook de prijs. Daarom kost de accu van een Tesla met een bereik tot 600 kilometer – zoals vermeld in het eerste deel van deze serie – 20.000 euro, terwijl die voor een auto met een halve actieradius maar half zo duur is.
Er zijn ook grote verschillen in de geschatte levensduur: van 100.000 tot 800.000 kilometer. Hoewel de lithium-ion-accu’s zelfs bij veelvuldig laden nauwelijks capaciteitsverlies hebben, raakt de accu van een auto in de loop van zijn levensduur evenveel laadcapaciteit kwijt als de accu van een mobiele telefoon. Hoe snel deze capaciteitsvermindering plaatsvindt, hangt niet alleen af van het aantal laadcycli, maar ook van de manier waarop de accu wordt opgeladen, via snel opladen of op normale snelheid. Ook factoren als buitentemperatuur en rijstijl spelen een rol. Na ongeveer acht tot tien jaar zijn de accu’s nog steeds functioneel, maar na verloop van tijd neemt de laadcapaciteit af tot 70 à 80 procent.
Probleem met het recyclen van de batterij
Accu’s die niet meer in auto’s worden gebruikt, hebben nog altijd hun waarde. Ze kunnen bijvoorbeeld dienen als tussenopslag voor elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen om het overschot van bijvoorbeeld windenergiecentrales op te slaan, en deze op een later tijdstip terug te voeren naar het net. Op een gegeven moment rijst echter de vraag wat te doen met gebruikte lithium-ionbatterijen. Op dit moment wordt slechts de helft van de accu’s gerecycled en gaan we gewoon door met het winnen van lithium – tegen hoge kosten.
Er worden echter al pogingen ondernomen om dit probleem op lange termijn op te lossen. Het Amerikaanse bedrijf EnZinc ontwikkelt een speciale nikkel-zinkbatterij als alternatief voor de lithium-ion batterij. De 3D zinken sponsstructuur van de batterij maakt het mogelijk om meer dan drie keer de energie van loodzuuraccu’s te leveren met twee tot drie keer de levensduur, terwijl de kosten ongeveer gelijk blijven. Vergeleken met lithium-ionbatterijen biedt het dezelfde energie en levensduur tegen ongeveer de helft van de kosten. Volgens het Californische bedrijf is de batterij volledig recyclebaar en veel veiliger in gebruik dan lood- of lithiumbatterijen.
Gevaar van explosie?
Een paar weken geleden stond een Tesla Model S blijkbaar voor de tweede keer in relatief korte tijd in brand en dat leidde ineens tot een discussie over de veiligheid van elektrische auto’s. De Tesla Model S is een van de meest opvallende voorbeelden van de manier waarop de veiligheid van elektrische auto’s in de praktijk wordt gebracht. Een ander groot onderwerp is de vraag wat er gebeurt bij een ongeval. Wat is het risico op brand? Volgens een rapport van ADAC, “relatief laag, omdat elektrische auto’s bij een ongeval even veilig zijn als conventionele auto’s en het hoogspanningssysteem normaal gesproken na een ongeval wordt uitgeschakeld wanneer de airbag wordt geactiveerd”.
De Automobile Club had een crashtest uitgevoerd van de elektrisch aangedreven Volkswagen e-up! samen met de normale VW en heeft beide auto’s uiteindelijk 5 sterren toegekend. De elektrische uitschakeling van het hoogspanningssysteem in de e-up! reageerde binnen enkele milliseconden op het ongeval en heeft de verbindingskabel tussen de accu en de hoogspanningskabels via een relais naar de elektrische aandrijving losgekoppeld. “De batterij ontstak niet, er was geen risico op brand.”
Consumenten maken zich ook zorgen over de veiligheid van waterstofauto’s, vooral na de explosie van een waterstoftankstation in Noorwegen ongeveer een maand geleden. Fabrikanten beweren bij hoog en laag dat auto’s met brandstofcellen niet gevaarlijker zijn dan conventionele diesel- of benzinevoertuigen. Integendeel. “Zelfs als waterstof licht ontvlambaar is, is er geen verhoogd risico in het geval van een ongeval. Voertuigen op waterstof zijn veiliger dan conventionele benzinevoertuigen”, benadrukt Toyota op zijn website. Zoals een test van de Universiteit van Miami heeft aangetoond, explodeert waterstof niet.
“Nadat de wetenschappers een benzinetank en een watertank hadden laten lekken, staken ze de voertuigen in brand. Hoewel er een vlammenstraal op de waterstoftank werd gecreëerd, deflastreerde deze volledig naar boven en ging zeer snel naar buiten,” leggen de Japanners uit. “Het grootste deel van de auto bleef onbeschadigd. Waterstof verdampt snel en de voertuigcabine is ook beschermd tegen waterstoflekkage. De benzinemotor daarentegen is volledig uitgebrand”. Een lek in de waterstoftank, dat tot brand kan leiden, is ook zeer onwaarschijnlijk. En zelfs áls er een lek zou ontstaan, zouden de sensoren de ontsnappende waterstof detecteren en zou het voertuig automatisch uitschakelen.
Conclusie: Batterij of waterstof?
Hoe zit het met de kosten voor het tanken van batterijen en waterstof? De laatste kost momenteel 9,50 euro per kilogram. Het verbruik ligt rond de 1 kilo per 100 kilometer, wat betekent dat de H2-auto niet goedkoper is dan een conventionele verbrandingsmotor. De accu-aangedreven auto is anders. Volgens een ADAC-berekening is zo’n elektrische auto 30 euro per maand goedkoper als je uitgaat van een prijs van 1,30 euro per liter brandstof en 28 eurocent per kilowattuur. Een punt dus voor de accu-auto.
Het volgende punt gaat net zo duidelijk naar de accu-auto: de oplaadmogelijkheden. In Duitsland zijn er meer dan 15.000 oplaadpunten voor accu-auto’s en slechts 71 brandstofpompen voor waterstof. In Nederland is dat verschil nog vele malen groter, vooral vanwege de tienduizenden oplaadpunten.
De brandstofcelauto daarentegen wint tijd bij de brandstofpomp en kan net zo snel worden bijgetankt als een benzine- of dieselmotor: in zo’n drie tot vijf minuten. Het opladen van een accuauto is afhankelijk van de capaciteit van de accu en het type lading. Thuis duurt het tussen de 8 en 14 uur, bij een openbaar snellaadstation tussen de 30 en 60 minuten, als de auto geschikt is voor deze laadstations.
Qua actieradius komen de accuauto’s dichter in de buurt van de ongeveer 500 kilometer dan waterstofauto’s – of hebben ze deze al ingehaald. Met de huidige Tesla Model 3 kun je, afhankelijk van je rijstijl, ongeveer 560 kilometer rijden zonder dat je hoeft op te laden. Dus het is een gelijkspel. De Helmondse Lightyear One beweert trouwens onder gunstige omstandigheden zelfs tegen de 800 kilometer zonder stopcontact te kunnen rijden. Maar die auto is nog niet op de weg, althans niet voor consumenten.
Wat de milieuvriendelijkheid betreft, zijn beide aandrijvingsvormen in veel landen vrij gelijkaardig, aangezien de elektriciteitsproductie in beide gevallen even schadelijk is voor het milieu. Met de brandstofcelauto moet de waterstof echter naar de tankstations worden getransporteerd, wat een extra belasting voor het milieu betekent. Ook deze tankstations moeten eerst worden opgezet. De bouw ervan kost ongeveer 1 miljoen euro per stuk, terwijl de accu-auto’s alleen nog maar hoeven te worden opgeladen door extra oplaadpunten op te zetten. Weer een voordeel voor de batterij dus.
Tot slot is er het “gevaar” dat een overstap naar elektrische auto’s zou leiden tot een ineenstorting van de energienetwerken. Volgens berekeningen is er 100 kilowattuur energie nodig om tien liter brandstof te produceren, of het nu diesel of benzine betreft, van “put tot wiel”, d.w.z. van de bron tot de benzinepomp. Met deze tien liter kan een auto met een verbrandingsmotor gemiddeld 100 kilometer afleggen. Met dezelfde inspanning zou een Tesla vijf keer zo ver reizen, of vijf elektrische auto’s zouden elk 100 kilometer afleggen. En aangezien elektrische auto’s de voertuigen met interne verbrandingsmotoren zouden vervangen en niet aan het totale aanbod zouden worden toegevoegd, zou alle energie die niet langer nodig zou zijn om benzine of diesel te genereren, kunnen worden gebruikt voor het opladen.
Kortom: op dit moment ligt de accu-auto nog iets voor, maar misschien is Mercedes ook goed op weg met de GLC F-CELL, die brandstofcel- en accutechnologie combineert tot een plug-in hybride, en beide aandrijfconcepten hebben onmiskenbaar een toekomst.
