Waterstofauto of elektrische auto

Waterstofauto’s en elektrische auto’s zijn de afgelopen tijd regelmatig in het nieuws. Beide voertuigen worden genoemd als goede en duurzame vervanger voor de huidige brandstofauto’s die lopen op fossiele brandstoffen zoals lpg, diesel en benzine. De beeldvorming van elektrische auto’s is duidelijk maar over waterstof is nog veel onduidelijkheid. Waterstof is bij het grote publiek nog niet echt bekend als duurzame brandstof. Daarom wordt in dit artikel informatie over waterstof en worden waterstofauto’s vergeleken met elektrische auto’s op het gebied van duurzaamheid.\

Waterstof en energietransitie
Waterstof wordt in het kader van de energietransitie genoemd als brandstof ter vervanging van aardgas. Op die manier zouden woningen in de toekomst kunnen worden verwarmd met waterstof dat wordt verbrand in een waterstofketel. Ook voor voertuigen zou waterstof een duurzaam alternatief zijn. Toch zijn er vraagtekens bij waterstof. Deze vraagtekens hebben te maken met de effectiviteit van waterstof als duurzame brandstof in de voertuigentechniek. Als men waterstof daadwerkelijk wil gaan gebruiken als brandstof voor auto’s dan moet deze brandstof wel aantoonbaar duurzamer en milieuvriendelijker zijn dan de huidige brandstoffen die worden gebruikt in de voertuigen met verbrandingsmotoren.

Productie van waterstof
Waterstof is een in tegenstelling tot aardgas een product dat niet in de aardbodem aanwezig is. Het is een brandstof die men kan produceren. De productie van waterstof gebeurd doormiddel van elektrolyse of men moet waterstof gaan produceren uit aardgas of steenkool. Als men waterstof uit deze fossiele brandstoffen gaat produceren heeft men echter geen duurzaam alternatief voor de huidige fossiele brandstoffen die in auto’s met verbrandingsmotoren worden verstookt. Bij de productie van waterstof uit fossiele brandstoffen komt namelijk ook CO2 vrij waardoor men waterstof dat op deze manier is geproduceerd ook wel ‘grijze waterstof’ noemt. Als men tijdens dit proces CO2 gaat afvangen spreekt men over zogenaamde ‘blauwe waterstof’. Tijdens de productie van ‘blauwe waterstof’ wordt CO2 afgevangen en opgeslagen. Dit is echter niet geheel duurzaam. Men kan echter ook waterstof produceren vanuit groene energie als men het productieproces elektrolyse hanteert. Daarover gaat de volgende alinea.

Productie van groene waterstof
Het produceren van ‘groene waterstof’ is in feite de beste en meest duurzame oplossing. Tenminste als men voldoende duurzame energiebronnen heeft om voldoende elektriciteit op te wekken om de elektrolyse tot stand te brengen. voor de productie van een kilo waterstof heeft men ongeveer 75 kWh aan elektrische stroom nodig. Dit is een enorme hoeveelheid elektrische energie. Als men waterstof ook gaat gebruiken als oplossing voor het verwarmen van woningen dan zou men een grote hoeveelheid windmolens moeten bijbouwen om voldoende waterstof te maken voor zowel de waterstofauto’s als wel de verwarming van woningen die uitgerust zijn met een waterstofketel.

Is waterstof wel effectief?
Universiteitshoogleraar Maarten Steinbuch heeft in het financieel dagblad aangegeven dat een kilo waterstof voldoende is om een auto ongeveer honderd kilometer te laten rijden. Eerder werd al aangegeven dat er ongeveer 75 kWh nodig is om een kilo waterstof te produceren. Als men deze elektrische energie rechtstreeks in een elektrische auto zou stoppen zou men daar maar liefst 300 kilometer mee kunnen rijden. Dat maakt duidelijk dat er tijdens de productie van waterstof veel elektrische energie verloren gaat.

Elektrische auto of waterstofauto?
Als men een goede afweging wil maken tussen een elektrische auto en een waterstofauto dan komt men er al snel achter dat een elektrische auto veel meer voordelen heeft. Een elektrische auto heeft wel een grote hoeveelheid accu’s nodig maar een waterstofauto heeft weer een hele grote opslagtank nodig voor waterstof. Deze grote opslagtank is nodig omdat waterstofgas veel minder compact is als lpg. Daarnaast is waterstof gevaarlijk waardoor er kans bestaat op een explosie bij een aanrijding of andere gevaarlijke situatie waarbij de waterstoftank beschadigd raakt en het waterstof in contact kan komen met open vuur. Als men daarbij ook rekening houdt met het feit dat bij de productie van waterstof veel elektrische energie verloren gaat dan is een elektrische auto waarbij dit verlies niet optreed veel effectiever als duurzaam vervoersmiddel.

Wat is een waterstofauto?

Een waterstofauto is een elektrische auto die in plaats van een batterij gebruik maakt van waterstof als energiebron. In een brandstofcel wordt waterstof met zuurstof (O2) uit de lucht omgezet in water (H2O). Tijdens dit proces wordt elektriciteit geproduceerd. Deze elektriciteit wordt gebruikt voor de aandrijving van de elektromotor van de waterstofauto. De verwerking van waterstof tot water is een behoorlijk milieuvriendelijk en klimaatneutraal proces want er ontstaan geen uitlaatgassen met CO2 of fijnstof. In plaats daarvan ontstaat tijdens het proces dat plaatsvind in de brandstofcel van de waterstofauto alleen warmte en waterdamp als restproduct. Vanwege het feit dat een waterstofauto geen CO2 uitstoot wordt een waterstofauto ook wel een zero-emission voertuig genoemd. Er zijn andere waterstofauto’s die wel zijn uitgerust met een verbrandingsmotor waarin waterstof als brandstof wordt verstookt. Deze waterstofauto’s zijn minder milieuvriendelijk dan de waterstofauto die een elektromotor bevat.

Voordelen van een waterstofauto
Ten opzichte van benzineauto’s en dieselvoertuigen hebben waterstofauto’s grote voordelen met betrekking tot het milieu. Een waterstofauto stoot namelijk geen CO2 uit en is daardoor milieuvriendelijker en klimaatneutraal. Het is dan echter wel van belang dat de waterstof op een milieuvriendelijke manier is geproduceerd dus niet uit steenkool en aardgas maar uit water doormiddel van een proces dat men ook wel elektrolyse noemt. De enorme hoeveelheid elektriciteit die voor dit proces nodig is moet men uit duurzame, hernieuwbare energiebronnen halen wil men een waterstofauto echt volledig klimaatneutraal willen voortbewegen.

Omdat waterstof een brandstof is die men kan produceren is deze brandstof feitelijk onuitputtelijk. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen kan waterstof niet op raken. Daardoor zou waterstof de perfecte oplossing zijn voor een brandstoftekort. In de Tweede Wereldoorlog maakten de Duitsers vanwege de fossiele brandstoftekorten ook gebruik van waterstof.

Nadelen van waterstof
Het gebruik van waterstof als autobrandstof heeft niet alleen voordelen, er zijn ook nadelen. Waterstof heeft bijvoorbeeld een hele lage energiedichtheid. Dat betekent dat men voor het opslaan van waterstof grote opslagtanks nodig heeft. Dit is ook afhankelijk van de stand van de techniek. In 2011 kon men kleine auto’s niet effectief voorzien van een waterstoftank maar alleen grote voertuigen zoals een SUV. Deze technologie wijzigt echter voortdurend waardoor het niet ondenkbaar is dat men in de toekomst wel een mogelijkheid heeft om waterstof ook als effectieve brandstof te gebruiken voor kleinere voertuigen. Tankstations hebben overigens hetzelfde probleem en zullen ook enorme opslagtanks moeten ontwikkelen en bouwen voor de opslag van waterstof. Het vervoeren van waterstof is daarbij ook een aanverwant probleem waarvoor een effectieve oplossing gezocht moet worden.

Verder moet men rekening houden met de gevaren van waterstof. Als men waterstof mengt met zuurstof ontstaat een zeer explosief mengsel. Het feit dat waterstof een heel licht gas is zorgt er voor dat bijna nooit de explosiegrens bereikt wordt. Deze explosiegrens is het volumepercentage waarbij het mengsel ontbranden kan en wordt ook wel met Lower Explosion Limit of LEL-waarde aangeduid.
De lage energiewaarde zorgt er ook voor dat er veel waterstof nodig is en dat maakt een waterstofauto niet heel efficiënt. Waterstoftechnologie heeft een efficiency van ongeveer 30 procent in tegenstelling tot een volledig elektrische auto die een efficiency heeft van 70 procent.

Toekomst waterstofauto
Het is nog onduidelijk of de waterstofauto in de toekomst veel gebruikt gaat worden en een toonaangevende positie zal veroveren in de voertuigenbranche. Er zullen nog verschillende oplossingen moeten worden bedacht waarmee een waterstofauto een effectieve bijdrage kan leveren aan de automotive. Ten opzichte van een elektrische auto heeft een waterstofauto nog weinig bekendheid. Dat zorgt er voor dat niet veel consumenten bij duurzaam vervoer denken aan een waterstofauto maar veel meer aan een elektrische auto. Het elektrische rijden is nu eenmaal bekender dan het waterstofrijden. Daarin zal een verandering moeten worden aangebracht. Waterstof wordt overigens in andere sectoren ook als oplossing beschouwd. Denk hierbij aan de waterstofketel. Er zijn verschillende spelers op de installatiemarkt die de waterstofketel beschouwen als de ideale vervanger voor de aardgasgestookte cv-ketel.

Wat is nikkel en wat is vernikkelen?

Nikkel is een overgangsmetaal en is grijs/ zilverwit van kleur. Het is een scheikundig element dat wordt aangeduid met  symbool ‘Ni’. Nikkel wordt onder andere gebruikt in roestvaststaal. Ongeveer zeventig procent van de totale nikkelproductie wordt verwerkt in rvs. Daarnaast wordt nikkel gebruikt in verschillende metaallegeringen. Voorbeelden hiervan zijn inconel, incoloy en hastelloy. Nikkel behoort tot de non-ferro metaalgroep en roest niet. Deze eigenschap zorgt er voor dat nikkel toegepast kan worden om andere metaalsoorten te beschermen tegen roest. Een manier waarop nikkel als bescherming kan worden aangebracht is vernikkelen.

Wat is vernikkelen?
Vernikkelen is een proces dat kan worden toegepast om een metaal te beschermen tegen roestvorming en corrosie. Vernikkelen gebeurt door een laagje nikkel op een metaal aan te brengen. Meestal worden producten en profielen van staal vernikkeld. Staal heeft goede mechanische eigenschappen en is daarnaast goedkoop en makkelijk te verwerken. Het nadeel van staal is dat staal kan roesten. Nikkel heeft deze eigenschap niet. Door nikkel op staal aan te brengen versterken deze metalen elkaars eigenschappen. De laag nikkel moet goed verbonden zijn met de oppervlakte waarop het wordt aangebracht. Door een stevige hechting kan corrosievorming van het onderliggende staal worden tegengegaan.

Autokatalytisch of stroomloos vernikkelen
Er zijn twee verschillende manieren waarop men kan vernikkelen. De eerste methode is chemisch vernikkelen. Dit wordt ook wel autokatalytisch of stroomloos vernikkelen genoemd. Hierbij wordt geen gebruik gemaakt van elektrolyse. In plaats daarvan maakt men gebruik van een groot bad. Hierin wordt het voorwerp of onderdeel dat vernikkeld moet worden ondergedompeld. In het bad vinden autokatalytische chemische processen en reacties plaats. Deze reacties zorgen er voor dat er een laagje nikkel op het ondergedompelde object wordt aangebracht.

Galvanisch vernikkelen
Een andere methode is galvanisch vernikkelen. Dit wordt ook wel elektrolytisch vernikkelen genoemd. Dit proces valt onder galvanotechniek. Hierbij wordt ook gebruik gemaakt van een bad. In tegenstelling tot autokatalytisch vernikkelen wordt hierbij wel gebruik gemaakt van elektrolyse. Het object dat vernikkeld moet worden wordt in een groot bad gehangen. Doormiddel van elektrolyse wordt het object vernikkeld. Het object is hierbij de kathode waarop de nikkel hecht.