Hoe staat het met de alternatieven voor diesel? | Technisch Weekblad
Achtergrond

Hoe staat het met de alternatieven voor diesel?

Waar de elektrische auto een stevige voet aan de grond begint te krijgen, is de mogelijkheid voor vrachtauto’s om te rijden zonder CO2 uit te stoten nog beperkt. Zwaar transport kan vooralsnog niet zonder de vervuilende diesel. Of wel? We zetten de mogelijkheden op een rij.

Wat: Waterstof
Wie: Joep Coenen
Bedrijf: Hystream, een in Woerden gevestigd bedrijf dat zich bezighoudt met de productie, opslag en distributie van groene waterstof.

Productie

Het lastigste aan waterstof is de productie. ‘Deze vindt klassiek plaats via Stoom Methaan Reforming (SMR) op basis van aardgas of methaan’, zegt Coenen. ‘Stoom wordt toegevoegd aan methaan (CH4), waarna dit grotendeels wordt omgezet in waterstof (H2) en koolstofdioxide (CO2) met restanten koolmonoxide (CO) en methaan, omdat de conversie nooit helemaal 100% is. Door middel van Pressure Swing Adsorption, met drukwisselingen, wordt het waterstof verder gezuiverd van andere ongewenste gassen.’

SMR is behoorlijk efficiënt met een rendement van ca. 75% en goedkoop. Daardoor is het veruit de meest gebruikte methode. Meer dan 95% van alle waterstof in de wereld wordt op deze manier geproduceerd. Maar met CO2 als restproduct en aardgas als invoer is dit productieproces niet duurzaam te noemen.

Het groene alternatief is elektrolyse, op basis van groene elektriciteit. ‘Het basisprincipe is overal hetzelfde. Een elektrische stroom splits water in waterstof aan de ene pool en zuurstof aan de andere pool. De materialen die je gebruikt kunnen verschillen; Alkaline is een relatief goedkope elektrolyser en geschikt voor een continue productie van waterstof. Polymer Electrolyte Membrane (PEM) elektrolyse is duurder, maar iets efficiënter en beter om dynamisch op en af schalen. De efficiency varieert tussen de 70% (Alkaline) en 80% (PEM).’ De toepassing van elektrolyse gebeurt echter nog slechts mondjesmaat, ca. 4%.

Opslag & transport

Waterstof kan worden opgeslagen en getransporteerd als gecomprimeerd gas onder druk of als vloeistof door waterstof af te koelen tot -259°C. Naast deze gangbare vormen wordt ook gekeken naar andere opslagvormen door waterstof te converteren naar vloeistoffen zoals methanol of mierenzuur of door waterstof te binden aan andere organische vloeistoffen die drukloos en op omgevingstemperatuur vervoerd kunnen worden. Transport van waterstof kan plaatsvinden net als aardgas; door pijpleidingen, in afgekoelde vloeibare vorm net als LNG of als geconverteerde/gebonden vloeistof in schepen.

Gebruik

Vrijwel alle geproduceerde waterstof wordt in de industrie gebruikt. De inzet van waterstof voor mobiliteit gebeurt meestal in een brandstofcel waar waterstof en zuurstof (uit de lucht) worden omgezet in water en elektriciteit, die zorgt voor de aandrijving van het voertuig. Het rendement van een brandstofcel is ongeveer 50-60%. Naast een brandstofcel kan waterstof ook direct worden ingezet in verbrandingsmotoren.

Net zoals bij elektrolyse is het principe van alle brandstofcellen gelijk, maar gebruiken ze verschillende elektrolyten, het medium tussen de twee polen in een brandstofcel. Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) met vast polymeer als elektrolyt en platina-74 als katalysator is een veel gebruikte techniek in auto’s.

Praktijk

In 2017 reden er wereldwijd 4.000 waterstofauto’s, de ambitie van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu is dat er voor het eind van dit decennium 100.000 tot 200.000 auto’s en 1.000 tot 2.000 OV-bussen op waterstof rijden, die tanken bij ca. 50 tot 200 tankstations.

‘De groeicurve is vergelijkbaar met elektrische auto’s nu. Er is markt, maar we moeten dat wel stimuleren door het aanbod te realiseren. Als de overheid investeert in waterstof tankstations komt de vraag vanzelf. Eenzelfde reductie van de waterstof productiekosten is mogelijk door ook aanbod te realiseren door elektrolysers neer te zetten in combinatie met alsmaar goedkoper wordende groene elektriciteit van zon- en windparken. De overheid moet ook dat stimuleren.’

Wat: Bio-LNG
Wie: Vincent Clarijs
Bedrijf: Rolande, een in Tilburg gevestigd bedrijf dat marktleider is op het gebied van (Bio-)LNG in Nederland.

Productie

LNG oftewel Liquefied Natural Gas is aardgas dat onder lage (+/- 3 bar) druk, maar cryogene temperaturen van circa -162°C, vloeibaar wordt. LNG neemt ongeveer 1/600e deel in van het volume van aardgas. Het bestaat voor 99,8% uit methaan (CH4).

‘Bio-LNG is ook methaan, maar wordt gewonnen uit organische reststoffen, onder andere rioolslib’, zegt Clarijs. ‘Rioolslib is een afvalstroom en bevat veel CH4. Door bacteriën vindt vergisting plaats en ontstaat er biogas, dat voor een groot deel bestaat uit methaan en daarnaast een aantal restgassen. Door het biogas te zuiveren, krijg je puur CH4. Door dit te koelen, krijg je vloeibaar Bio-LNG.’

‘Het grote voordeel van Bio-LNG is dat het een restafvalproduct is. Het zorgt voor een flinke CO2-reductie. Het probleem is dat de productiecapaciteit in Nederland nu nog te laag is en dat wat in Nederland wordt geproduceerd veelal aan het gasnet wordt toegevoegd.’ Rolande importeert daarom het Bio-LNG per schip vanuit Zweden. Wel wil het bedrijf lokaal eigen productiecapaciteit starten.

Opslag & transport

(Bio-)LNG wordt onder bijzonder lage temperaturen opgeslagen en getransporteerd in dubbelwandige, vacuümtank. Ook bij de tankstations worden de tanks en zelfs het leidingwerk voor (Bio-)LNG vacuüm geïsoleerd.

Gebruik

Gasmotoren van Iveco en Scania werken volgens het Otto-principe met bougies en volledige verbranding. Merken als Scania en Iveco spuiten de LNG als een gas in de motor. Volvo injecteert LNG als een vloeistof in de motor. Dat levert een hoger rendement op, maar zorgt ook voor extra complexiteit.

De motoren kunnen een vermogen leveren dat ongeveer hetzelfde is als vergelijkbare dieselmotoren tot 460 pk. Met een range bij volle tank van 1.600 km doet LNG ook niet onder voor diesel. Daar komen een aantal voordelen bij. Een truck die rijdt op (Bio-)LNG is ongeveer 50-75% stiller dan een dieseltruck. Ook verbrandt (Bio-)LNG schoner dan diesel. De uitstoot van PM10, NOx en CO2 is aanzienlijk lager.

Praktijk

De vraag naar (Bio-)LNG groeit harder dan het aanbod. Er zijn op dit moment 28 LNG-stations in Nederland en 45 stations in Duitsland. ‘Dat kan in een jaar zo maar verdubbeld zijn’, zegt Clarijs. ‘Het is onze ambitie om alleen al dit jaar tien stations bij te bouwen in Nederland, België en Duitsland.’

‘Als je ziet waar we nu staan, na acht jaar, maken we flinke stappen als leverancier van groene brandstof. Toen waren er nog vrijwel geen vrachtwagens op LNG, nu rijden er in Nederland meer dan 1.000 vrachtwagens mee. Door een stimuleringsregeling groeit het aantal LNG-vrachtwagens in Duitsland zelfs exponentieel.’

‘De transportmarkt is heel kostengedreven. Bio-LNG is kostenneutraal ten opzichte van diesel bij een jaar kilometrage van 100.000 km, maar de laatste is eenvoudiger; je kan het overal tanken. De stimulans komt daarom vooral van de samenleving en de verladers zoals, PostNL, Albert Heijn, die willen verduurzamen.’

Wat: Elektriciteit
Wie: Menno Kleingeld, managing director Digital & IT bij VDL Groep en tevens elektrificatie-specialist
Bedrijf: VDL Groep

Productie

De batterijen die de bussen en trucks van VDL Groep hebben, zo zegt Kleingeld, worden vooral in China geproduceerd. ‘We lopen in Europa achter wat betreft batterijtechnologie. We hebben te lang gefocust op het optimaliseren van verbrandingsmotoren. Tegelijk zie je in Europa grote fabrieken van Chinese bedrijven opkomen, mede omdat er in Europa importheffingen op batterijen komen.’

Ook grijpen startups in Europa hun kans. Nu wordt veelal gebruik gemaakt van natte cel lithium-ion-batterijen, waarbij het natte staat voor de vloeibare elektrolyt die als medium dient voor het transport van ionen tussen de anode en kathode. De nieuwe bedrijven zoeken naar nieuwe materialen om in hetzelfde gewicht aan batterij meer kWh kwijt te kunnen. Een van de veelbelovende ontwikkelingen: solid state batterijen.

‘VDL wil in deze markt een rol te spelen vanuit een techniek die we ontwikkeld hebben: dunne film voor zonnepanelen middels ALD (Atomic Layer Deposition)-technologie. De dunne atoom-dikke materiaallaagjes kunnen uitstekend in batterijen worden gebruikt. Dit zijn we met TNO Holst Centre en andere partijen aan het doorontwikkelen.’

Opslag & transport

Ook een elektrische bus die wordt opgeladen, haalt zijn energie van het elektriciteitsnet. Alle bussen van VDL hebben een stekker, goed voor een laadvermogen tot 50 kW. Met een pantograaf – vergelijkbaar met de stroomafnemer op een trein – kan tot 600 kW worden geladen (ter vergelijking: de snellaadstations van Tesla bieden maximaal 120 kW).

Kan het net dat nog aan? ‘De capaciteit van het net begint steeds meer een heikel punt te worden. Toch gaat het met name om piekmomenten, in de ochtend als bedrijven opstarten en in de avond als we thuiskomen en de stadsverlichting aangaat. Stabilisering van het net met batterijen is een van de mogelijkheden. Wij helpen daarbij. Batterijen die uit bussen komen, plaatsen we in containers. Daarmee leveren we energie op momenten dat het net het nodig heeft en slaan we op gedurende moment van overproductie.’

Gebruik

‘We geloven in elektrische aandrijvingen voor de toekomst, of de energiedrager nu een accu of waterstof is, en hebben rond 2014 de omslag gemaakt van dieselvoertuigen naar de seriematige ontwikkeling van elektrische bussen. We hebben niet ingezet op een transitietechnologie en de stap met LNG overgeslagen. We gaan direct naar wat voor ons het eindpunt is: zero emissie.’

‘In eerste instantie mikten we op het OV, omdat die ritten tamelijk voorspelbaar zijn. We kijken voor de omvang van de accu’s naar welke ritten gereden moeten worden, of er laadmomenten in de dienstregeling zijn, het aantal laadpunten en de snelheid waarmee we kunnen laden. We werkten in eerste instantie met batterijen met een C-rate van 2 à 3 (de verhouding van het laden tot de capaciteit). Een accu van 200 kWh laden met 600 kW duurt dus 20 minuten.’

Praktijk

Er rijden op dit moment zo’n duizend elektrische bussen van VDL in Europa. Het bedrijf heeft in februari 2021 nog 102 e-bussen verkocht aan Oslo. Gezamenlijk hebben die 1.000 elektrische bussen bijna al 100 miljoen km reden. De nieuwe bussen kunnen inmiddels onder alle omstandigheden 300 km rijden. Rondom Schiphol, waar de bussen onderweg kunnen bijladen, rijden ze tot 450 km per dag.

‘We hebben in mei 2018 met DAF Trucks een elektrische truck gepresenteerd. Vervoerders zullen voor trucks anders moeten denken. Niet meer plannen op basis van een voertuig dat alles kan. De distributie naar de supermarkt, bovendien vaak in de binnenstad, kan prima elektrisch.’

‘Is elektrisch rijden ook geschikt voor lange-afstandstrucking van Rotterdam naar Milaan? Nee, op dit moment niet. Al heeft dat meer te maken met de voorspelbaarheid van de ritten, de mogelijkheid tot bijladen en het schema van de chauffeur. Dat bepaalt wat mogelijk is. De techniek is niet meer het probleem.’

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW