In Duitsland moet waterstof dé nieuwe brandstof worden

De groene revolutie: aflevering 4

Duitsland zet hard in op de waterstofeconomie, met volgend jaar al honderd tankstations met schone waterstof. Moet Nederland volgen? Aflevering 4 van de Groene Revolutie: comeback van de waterstofeconomie.

Het eerste vierpersoonsvliegtuig op waterstof ter wereld, ontwikkeld door de Duitse lucht- en ruimtevaartorganisatie DLR, in juni in Stuttgart. Ernaast staat de Toyota Mirai. Foto Marlena Waldthausen

Het kan dus gewoon. Op waterstof dwars door Duitsland rijden; van Hamburg in het noorden naar het zuidelijke Stuttgart. Na decennialang een mooie belofte te zijn geweest, is hij er ineens: de waterstofauto. Het opmerkelijkste: al na een paar kilometer lijkt het de gewoonste zaak van de wereld. Deze Toyota Mirai is een ruime, stille, elektrische zakenauto zoals er inmiddels wel meer rondrijden. De enige aanwijzing dat er een technologisch hoogstandje onder de motorkap (eigenlijk door de hele auto) verstopt zit, is het waterneveltje dat oplicht in de ochtendzon als de bestuurder gas geeft.

Groene revolutie maar hoe dan?

De overgang naar een duurzame economie in Nederland is nu echt ingezet. We volgen het vallen en opstaan van pioniers en andere aanjagers op de voet.

volkskrant.nl/groenerevolutie

Water is alles wat er uit de uitlaat komt. Geen klimaatveranderend CO2, geen verstikkende stikstofoxiden. En als de tank leeg is, gooi je hem in een paar minuten vol met waterstof voor de volgende vierhonderd kilometer.

De waterstofeconomie lijkt in Duitsland eindelijk begonnen en gek genoeg spelen Japanners er een hoofdrol (daarover straks meer). Zonder fanfare en trompetgeschal, beschroomd bijna, vanwege de achterstand die de brandstofcelauto, zoals hij officieel heet, het afgelopen decennium heeft opgelopen ten opzichte van zijn accuconcurrent.

Toyota heeft een aantal journalisten uitgenodigd om tijdens een Duitse 'road trip' te laten zien dat de waterstofeconomie ontluikt. In het kleine Nederland is zo'n trip een stuk ingewikkelder, omdat hier geen tankstations zijn. Nou ja, twee, bij Rotterdam en Helmond.

In 2020 moeten het er twintig zijn, zegt het ministerie van Infrastructuur en Milieu, dat initiatieven op waterstofgebied ondersteunt. Maar deze belofte wordt vermoedelijk niet ingelost, zegt autovereniging RAI. Plannen waren er genoeg, maar onder meer door gestuntel met Europese subsidies en een overheid die meer lijkt te zien in accutechnologie, stagneert de boel. Sterker: tien jaar geleden waren er drie tankstations voor waterstof, zegt Huub Dubbelman van Daimler Nederland. Daimler was ooit voorloper op het gebied van brandstofceltechnologie, maar lijkt de handdoek nu min of meer in de ring te hebben gegooid. Dubbelman: 'Je kunt het best een persoonlijke frustratie noemen dat we tien jaar achterstand hebben opgelopen.'

Dan Duitsland. Het land telt dertig tankstations, voornamelijk langs de snelwegen, voor driehonderd brandstofcelauto's. Hierdoor kan met enig planwerk het land worden doorkruist op 'de brandstof van de toekomst'. Elke maand komen er stations bij; volgend jaar zullen het er al honderd zijn en in 2023 moet de teller op vierhonderd staan. De Duitse overheid financiert 48 procent van elk station. Door te beginnen met de aanleg van tankstations nemen de oosterburen een belangrijke hindernis weg voor de opkomst van de brandstofcelauto: doordat er geen tankstations zijn, kopen mensen ze niet, en doordat er niemand komt tanken, wordt er niet geïnvesteerd in tankinstallaties die al snel 1,5 miljoen euro per stuk kosten.

Om dit kip-eiprobleem op te lossen heeft in Duitsland een consortium van energiebedrijven, onderzoekinstituten, waterstofproducenten, autofabrikanten en de overheid de handen ineengeslagen. Overal in het land zijn proefprojecten begonnen. De passerende reiziger herkent ze aan de stralend witte waterstoftanks die tientallen meters de lucht in rijzen, waar ze als moderne zuilen van Trajanus het glorieuze tijdperk van de waterstofeconomie verkondigen. Met een hoofdrol voor de waterstofauto.

Waterstofauto van Hyundai. Foto anp

Brandstof versus accu I

De technologie

Als de waterstofauto ter sprake komt, wordt vaak de vergelijking gemaakt met auto's die rijden op een accu, zoals Tesla's, de BMW i3 en de Nissan Leaf. Vaak wordt daarbij de analogie van een race gebruikt. De vraag welke van de twee gaat winnen levert een aantrekkelijk beeld op. Maar er is helemaal geen race. De accu-auto ligt mijlenver voor en het is de vraag of de waterstofauto snel langszij komt. Toyota, dat net als het eveneens Aziatische Hyundai stevig investeert in de technologie, denkt van wel. Maar niet van vandaag op morgen, zeggen de Japanners. Vergelijk het met hybride. Het duurde jaren voor deze technologie in trek raakte. Inmiddels heeft Toyota wereldwijd al tien miljoen hybrideauto's verkocht. Zo zal het ook met de brandstofcelauto gaan, denken de Japanners.


Brandstof versus accu II

Het rendement

Anderen zijn minder optimistisch over de kansen voor waterstof. Een van hen is Auke Hoekstra, onderzoeker aan de Technische Universiteit Eindhoven en pleitbezorger van de accu-auto. De brandstofcel die waterstof omzet in water en elektriciteit is nog zeer kostbaar, zegt hij. En het rendement nog niet erg hoog: van alle energie die in waterstof zit, gaat 40 procent verloren bij het omzettingsproces.

Hoewel een waterstofauto efficiënter met energie omgaat dan een conventioneel voertuig, presteert een accu-auto een stuk beter. 'Grofweg kun je zeggen dat voor een kilometer rijden op waterstof drie keer zo veel energie nodig is dan wanneer diezelfde kilometer wordt afgelegd in een accu-auto', zegt Hoekstra. Anders gezegd: je hebt dus drie keer zo veel windmolens nodig voor dezelfde duurzame kilometer. Ook zijn de 'brandstofkosten' hoger: een kilogram (waterstof wordt afgerekend in gewicht in plaats van volume) kost bij de pomp nu 10 euro en de Mirai rijdt daar ongeveer honderd kilometer op.

De Toyota Mirai. Foto epa

Maar, zeggen meereizende experts van Toyota, de prijs van waterstof is nu vastgesteld op een kunstmatig hoog niveau. Als straks aanbod en vraag groeien, wordt het goedkoper. En vergeet niet dat brandstofcellen steeds efficiënter worden, zeggen zij. Die van de Mirai heeft nu een efficiency van ongeveer 60 procent. 'De volgende zal aanmerkelijk beter zijn', stelt Taiyo Kawai, die bij Toyota de leiding heeft over de onderzoeksafdeling voor de brandstofcel. In theorie is een rendement van 83 procent haalbaar, al zal dat waarschijnlijk nooit worden bereikt.


Brandstof versus accu III

De prijs

Bij een accu-auto is de batterij het duurste onderdeel. Bij een waterstofauto de brandstofcel. Wat die kost, wil Toyota niet zeggen, maar het is een publiek geheim dat de autofabrikant op elke verkochte Mirai (die in Duitsland ongeveer 60 duizend euro kost) flink toelegt. Maar de prijs van de brandstofcel daalt snel. 'Die in de Mirai is al twintig keer goedkoper dan de cel van zijn voorganger uit 2008', zegt Kawai. 'In 2020 is de prijs nog eens gehalveerd en in 2025 opnieuw.' Het apparaat kost dan nog maar een kwart van de huidige en is dan concurrerend.

Lastig is dat accu's ook razendsnel goedkoper worden, waardoor het voor de brandstofcel moeilijk wordt het gat te dichten. Maar, zegt Kawai, de brandstofcelauto heeft een groot voordeel: als je de actieradius wilt vergroten, hoef je alleen maar een grotere tank te monteren. 'Dat is een relatief goedkoop en licht onderdeel. Als je een accu-auto verder wilt laten rijden, heb je een grotere accu nodig, die duur en zwaar is.'

Motor van een Toyota Mirai. Foto epa

Brandstof versus accu IV

De duurzaamheid

Nog een pluspunt: een brandstofcel lijkt minder snel te slijten dan een accu. Een van de Mirais heeft 220 duizend kilometer gereden en de brandstofcel levert nog 95 procent van zijn oorspronkelijke vermogen, zegt Toyota. Bovendien is het vervangen van de cel relatief eenvoudig en werkt het concern aan een technologie waarbij losse elementen gewisseld kunnen worden. Een nieuwe accu in een auto plaatsen is complexer. En vooral duurder.

'Waar ik echt slapeloze nachten van heb, is hoe we het productieproces van de brandstofcel kunnen opschalen', zegt Kawai. Nu zijn er wereldwijd 3.500 Mirais verkocht. In 2020 wil Toyota de productie hebben opgevoerd tot 30 duizend per jaar. Dat vereist een compleet ander productieproces. Het is, zegt Kawai, alsof een chef-kok van een toprestaurant moet overschakelen van het bereiden van een stuk vis in de oven naar het produceren van kant-en-klaarmaaltijden met dezelfde kwaliteit. Alle chemische productieprocessen zullen veel sneller moeten, zonder dat de eigenschappen van de brandstofcel veranderen. 'Hoe we dat gaan doen, kost me hoofdbrekens.'

De waterstofauto staat dus op veel fronten op een achterstand: de prijs van de brandstofcel, het rendement, de prijs van waterstof en de actieradius is ook niet veel groter dan die van een accu-auto. Zijn belangrijkste voorsprong is de korte tijd die het duurt om te tanken. Of dit voldoende is automobilisten over de streep te trekken, is onzeker.

En waar de overheid volop investeert in waterstof, lijkt de Duitse auto-industrie zijn geloof in de waterstofauto verloren. Volkswagen, Porsche, Audi, Mercedes-Benz kondigen het ene na de andere accumodel aan. Maar alleen Mercedes komt volgend jaar met een brandstofcelauto; een omgebouwde GLC in een zeer beperkte oplage. Hoeveel het er precies worden, wil Daimler niet zeggen. 'Meer dan honderd stuks', zegt Dubbelman van Daimler Nederland. Maar die gaan naar Duitsland, Japan en de Verenigde Staten. Niet naar Nederland. Audi, dat namens het reusachtige Volkswagenconcern de ontwikkeling van waterstof op zich genomen heeft, komt 'ergens begin volgend decennium' met 'een klein aantal' auto's met een brandstofcel.

De Mercedes-Benz GLC. Foto epa

Bij Toyota erkennen ze dat nog niet stormloopt met de waterstofauto. 'Maar we kijken niet naar morgen', zegt Guido Roozekrans van Toyota Nederland. Het gaat om de veel langere termijn. Pas rond 2025 begint het interessant te worden. Dan is de technologie commercieel goed toepasbaar en - belangrijker - beginnen flinke overschotten te ontstaan van duurzame elektriciteit afkomstig van enorme windparken. Waterstof kan worden gebruikt om het surplus aan stroom op te vangen, zoals onder anderen hoogleraar Ad van Wijk van de TU Delft bepleit.

Die waterstofeconomie komt er gewoon, zeggen ze bij Toyota. En als het zo ver is, hebben wij de technologie gereed. Een kwestie van lange adem.

Duitsland waterstofland

Hamburg - Waterstoftankstation

In het centrum van Hamburg staat een tankstation dat zelf waterstof produceert uit duurzame elektriciteit. Groot voordeel: het spul hoeft niet op kostbaar transport, maar ligt gewoon in de grote opslagtanks op het dak. Zes stadsbussen rijden erop, plus een handvol personenauto's, zegt Sybille Riepe van H2-Mobility, de organisatie achter de bouw van waterstoftankstations in Duitsland.

Keulen - Industrie als bron

Het Roergebied is nog altijd het industriële hart van Duitsland. De chemische industrie produceert er per dag 20 ton waterstof als bijproduct. Kunnen we dat niet gaan inzetten als brandstof voor bussen?, vroeg Albrecht Möllmann zich tien jaar geleden af. Dat kon. Inmiddels rijden twee stadsbussen dagelijks hun route. In 2020 moeten het er dertig zijn.

Mainz - Waterstof uit wind

Als het hard waait en de zon schijnt, ontstaat in Duitsland al snel een overschot aan duurzame stroom. Bij energiepark Mainz wordt die elektriciteit omgezet in waterstof dat je later kunt gebruiken. Boven op een groenglooiende heuvel in een teletubbielandschap liggen enorme witte opslagtanks te glanzen in de zon en produceren drie enorme elektrolyseapparaten jaarlijks 200 ton waterstof voor tankstations of om te worden bijgemengd in het gasnet van het naburige dorpje Ebersheim. Of je maakt er weer elektriciteit van als duurzame bronnen stil liggen.

Stuttgart - Vliegen op waterstof

Voor de luchtvaart zijn er nauwelijks alternatieven voor kerosine. Ook hier kan waterstof een rol spelen. De Duitse lucht- en ruimtevaartorganisatie DLR heeft daarom een waterstofvliegtuig ontwikkeld; een klein toestel met propellermotor dat vier personen kan vervoeren. Het toestel gaat langzaam en kan slechts 600 kilometer overbruggen, al ligt een verdubbeling in het verschiet. De Duitsers werken al aan een veertigzitter die over enkele jaren regionale vluchten moet gaan uitvoeren.