Run on Less with Hydrogen Fuel Cells – RMI

Run on Less with Hydrogen Fuel Cells

Originally posted on ACT news.

Hoewel brandstofcelvoertuigen op waterstof (FCEV’s) al bestaan sinds de jaren zestig, zijn ze onlangs naar voren gekomen als een potentiële oplossing om zwaar transport koolstofvrij te maken. Nikola Motors heeft net aangekondigd dat het $ 1 miljard aan financiering heeft opgehaald voor zijn waterstofvoertuigtechnologie, met toevoeging van een aantal belangrijke nieuwe partners, waaronder CNHI en Bosch. Eerder dit jaar lanceerde het bedrijf ook een gedurfde routekaart voor 700 tankstations in het hele land en verzekerde het zich van een partnerschap van 800 voertuigen met Anheuser-Busch om zijn vrachtvloot koolstofvrij te maken. Waarom zijn FCEV’s een goede keuze om zwaar transport koolstofvrij te maken? Laten we eens kijken naar de overeenkomsten, voordelen en uitdagingen van FCEV’s in vergelijking met conventionele vrachtwagens met verbrandingsmotor.

Het is hetzelfde, maar dan beter

Een van de voordelen van FCEV’s is dat waterstof een brandstofinfrastructuur gebruikt die vergelijkbaar is met die van conventionele vrachtwagens. Dit betekent dat FCEV’s kunnen worden bijgetankt bij bestaande truckstops in het hele land en dat de tankervaring vergelijkbaar zou zijn. Een vrachtwagen kan in minder dan 15 minuten met waterstof worden gevuld en het proces van het tanken van een FCEV is vergelijkbaar met het tanken van een dieselvrachtwagen; waterstofgas wordt in de tank van het voertuig gepompt met behulp van een gaspomp en een mondstuk die vergelijkbaar is met een traditionele dieselpomp.

Een ander voordeel is de energiedichtheid van waterstof. Diesel heeft een energiedichtheid van 45,5 megajoule per kilogram (MJ/kg), iets lager dan benzine, die een energiedichtheid van 45,8 MJ/kg heeft. Waterstof daarentegen heeft een energiedichtheid van ongeveer 120 MJ/kg, bijna drie keer meer dan diesel of benzine. In elektrische termen is de energiedichtheid van waterstof gelijk aan 33,6 kWh bruikbare energie per kg, tegenover diesel die slechts ongeveer 12-14 kWh per kg bevat. Wat dit betekent is dat 1 kg waterstof, gebruikt in een brandstofcel om een elektrische motor aan te drijven, ongeveer dezelfde energie bevat als een gallon diesel. Hiermee rekening houdend, beweert Nikola dat zijn voertuigen tussen 12 en 15 mpg equivalent kunnen halen, ruim boven het nationale gemiddelde voor een dieselvrachtwagen, dat rond 6,4 mpg ligt.

Elektrische aandrijvingen zijn ook efficiënter dan verbrandingsmotoren. Met een verbrandingsmotor, ongeveer 50% van de opgewekte energie wordt omgezet in warmte, maar elektrische aandrijflijnen slechts 10% van hun energie te verliezen aan warmte. Dit verschil in efficiëntie toont aan hoeveel de consument verliest met minder efficiënte verbrandingsmotoren.

De prijs is een andere aantrekkelijke eigenschap van waterstof. De dieselprijzen schommelen momenteel rond de $3,00 per gallon, en met de recente inperking van de Saudi-Arabische olieproductie is het redelijk om verdere prijsstijgingen voor diesel te verwachten. Maar op het waterstoffront suggereert een recente analyse van Bloomberg New Energy Finance dat de productieprijs per kilo waterstof in ongeveer tien jaar zo laag zou kunnen zijn als $ 1,40 per kilo.

Wanneer het aankomt op zwaar transport, is gewicht belangrijk. FCEV’s bieden hetzelfde hoge koppel als batterij-elektrische voertuigen, maar met een lager gewicht. Een voorbeeld is het geschatte gewichtsverschil tussen de batterij-elektrische Lion 8 en de waterstof-brandstofcel Nikola One; de Lion 8 heeft een 480-kWh batterijpakket met een bereik van 250 mijl, wat neerkomt op ongeveer 2-5 ton. Een Nikola One, met een bereik van ongeveer 500-750 mijl, heeft naar schatting een 250-kWh batterijpakket, dat waarschijnlijk ongeveer 2,5-3 ton zou wegen.

Wanneer deze factoren in overweging worden genomen, is er een duidelijk pad voor waterstof om een koolstofarme, goedkope, lichtgewicht alternatieve brandstof te zijn voor zware vrachtwagens. FCEV-vrachtwagens zijn echter niet zonder uitdagingen.

Het is niet gemakkelijk om groen te zijn

Zelfs al heeft waterstofgas geen kleur of geur, om de decarbonisatie van zwaar transport te ondersteunen zullen we groene waterstof nodig hebben en veel ervan. Groene waterstof, ook wel hernieuwbare waterstof genoemd, is waterstof die is gemaakt met behulp van uitsluitend hernieuwbare energie, meestal via het proces van elektrolyse. Bij elektrolyse van water wordt elektriciteit gebruikt om water te scheiden in gasvormig waterstof (H2) en zuurstof (O2), waarbij elektrische energie wordt omgezet in chemische energie. Het is nog maar de vraag hoe snel de productie van groene waterstof kan worden opgeschaald; de produktiecapaciteit voor elektrolyse-installaties begint nog maar net op gang te komen.

De belangrijkste uitdagingen met waterstof komen neer op vervoer en opslag. Waterstof wordt in gasvorm geproduceerd, en moet onder druk worden opgeslagen of direct vloeibaar worden gemaakt. Voor beide processen is extra energie nodig, die al dan niet uit hernieuwbare bronnen afkomstig kan zijn. Er zijn methoden in opkomst die gebruik maken van chemische bindingen (meestal aangeduid als vloeibare organische waterstofdragers ) of ammoniak om waterstof in een stabiele toestand te vervoeren. Deze methoden vereisen geen druk of cryogene vloeibaarmaking, en vergen dus minder energie om de waterstof te vervoeren en op te slaan. De technologie bevindt zich echter nog in een relatief vroeg ontwikkelingsstadium en is nog niet klaar voor grootschalige toepassing.

Een andere oplossing voor de uitdagingen op het gebied van vervoer en opslag is zich te richten op lokale productie. Nikola heeft samengewerkt met Nel en Bosch om een netwerk van lokale waterstofproductie stations die gebruik maken van hernieuwbare energiebronnen en elektrolyzers te leveren, waardoor het snijden van de logistieke keten van conventionele diesel en benzine levering. In de toekomst zouden we ook aardgasinfrastructuur kunnen gebruiken om waterstof te vervoeren, waardoor er minder grote infrastructuurwerken nodig zijn. Dit zou ook een manier kunnen bieden om waterstof te leveren vanuit centrale productiehubs in plaats van gelokaliseerde builds.

Een ander nadeel van waterstof is de actieradius. Volgens Nikola, het bereik van een brandstofcel truck is 500-750 mijl, afhankelijk van lading en terrein; Toyota Kenworth FCEV vrachtwagens hebben een bereik van ongeveer 300 mijl. Dit verbleekt in vergelijking met diesel vrachtwagens, die meer dan 1.000 mijl kunnen gaan zonder bij te tanken. Echter, met chauffeurs beperkt tot 500 mijl per dag, kan deze factor niet leiden tot een significante verstoring van de standaard praktijk.

How Soon is Now?

Ondanks dat er uitdagingen zijn, is de tijd voor waterstof nu, en hier is waarom:

We zien een toegenomen regelgevende druk en de vraag van de industrie. De Europese Unie heeft zich ertoe verbonden om benzine- en dieselvoertuigen tegen 2030 te laten verdwijnen. Tegelijkertijd creëren schone brandstofnormen en bijbehorende investeringen in Californië en Canada de beleidsbasis voor verandering. Hyundai plant de productie van tot 700.000 FCEV’s per jaar tegen 2030, en Japan mikt op 800.000 FCEV’s tegen 2030. En, met technologiekosten die naar verwachting op verschillende markten break-even zullen bereiken met dieselvrachtwagens, is er een aanzienlijk momentum en zijn er aanzienlijke investeringen in waterstof.

Hoe meer projecten in toenemende mate brandstofceltechnologieën gebruiken, hoe meer potentieel voor kostenverlaging en investeringen in de technologie. China’s toezegging om tegen 2030 1 miljoen brandstofcelvoertuigen op de weg te krijgen (waarbij $ 7,6 miljard wordt geïnvesteerd in zware vrachtwagens) biedt een enorm potentieel voor aanzienlijke vooruitgang in de efficiëntie en kostenpunten voor brandstofcelvoertuigen.

Waterstof heeft eerder valse dageraad gezien, maar dit koolstofarme alternatief wordt gepusht door enkele van de grootste bedrijven op de planeet in meerdere sectoren. Toyota Kenworth heeft een lange staat van dienst in het ontwikkelen van vrachtwagens met brandstofceltechnologie en in 2019 voegde het 10 T680’s toe die zullen worden gebruikt in de haven van Los Angeles en in heel Zuid-Californië. Shell heeft onlangs zwaar geïnvesteerd in grootschalige waterstofelektrolyzers, die een koolstofvrije optie voor waterstofproductie bieden. Eerder deze maand heeft Cummins voor 290 miljoen dollar een marktleidend elektrolyse- en brandstofcelproductiebedrijf, Hydrogenics, overgenomen. Dit zijn allemaal signalen van serieuze betrokkenheid van industrieleiders om zich in de waterstof- en brandstofcelruimte te bewegen.

Rocky Mountain Institute (RMI) werkt aan het identificeren van de mogelijkheden voor groene waterstof om de decarbonisatie te versnellen in sectoren die moeite hebben gehad om vooruitgang te boeken, en we beginnen nu pas de rol en positie te zien die deze technologie kan hebben bij het decarboniseren van de vrachtsector. We hopen dat u zich zult aansluiten bij RMI en de North American Council for Freight Efficiency (NACFE) voor een paneldiscussie over waterstof in het vrachtvervoer op 8 oktober.