Energie- & milieu-informatiesysteem voor het Vlaams Gewest

MVV - Brandstofcelaandrijving

Benzinemotor  | Dieselmotor  | LPG  | Aardgas  | Waterstof  | Bio  | Elektrisch  | Brandstofcel | Hybride

 

Brandstofcellen zijn elektrochemische apparaten die de chemische energie van een reactie direct omzetten in elektrische energie. In een brandstofcel wordt de brandstof (H₂) continu aan de anode toegevoerd en een oxydant (zuurstof of lucht) aan de kathode. Aan de elektroden vinden elektro-chemische reacties plaats en wordt een elektrische stroom geproduceerd. . In onderstaande figuur wordt de werking van verschillende types schematisch weergegeven.

Alle brandstofcellen gebruiken waterstof. Deze waterstof kan rechtstreeks aan boord opgeslagen worden of wordt in het voertuig geproduceerd uit onder andere benzine, methanol of aardgas.

 

Een aandrijfsysteem met een brandstofcel bestaat uit vier componenten: een opslagtank voor de brandstof, een brandstofcel, een elektromotor en al dan niet een batterij. Als een andere brandstof dan waterstof wordt gebruikt, is daarnaast een ‘reformer’ noodzakelijk waarin de brandstof wordt omgezet in waterstof. De batterij kan worden ingezet voor de opstart en dient verder voor de terugwinning van remenergie. Belangrijkste voordelen van voertuigen met brandstofcel zijn: hoge efficiëntie, lage voertuigemissies en lage geluidsproductie. Nadelen zijn het hoge gewicht en de hoge kosten. Een ander belangrijk nadeel is dat het niet mogelijk is een brandstofcel te starten bij vriesweer.

Waterstof lijkt de meest ideale brandstof voor brandstofcellen omdat de emissies het laagst zijn. Nadelen van waterstof zijn de opslag in het voertuig en het ontbreken van een infrastructuur. Brandstoffen als benzine en methanol zijn eenvoudiger hanteerbaar maar hebben als nadeel dat de omzetter het systeem aan boord ingewikkelder maakt.

Milieu

Het rendement van een brandstofcel is twee tot drie zo hoog als van een conventionele verbrandingsmotor. Het rendement van de brandstofcel bedraagt gemiddeld 45%, dat van de aandrijving 75%, de brandstofreforming en opslag van 50-80%, voor het volledig systeem maakt dit een rendement van ongeveer 30% Het gewicht van een brandstofcel voertuig is echter wel hoger dan van een voertuig met een conventionele verbrandingsmotor.

Een voertuig met een brandstofcel op waterstof, emitteert in principe alleen water. In praktijk worden echter ook zeer kleine hoeveelheden van andere emissiecomponenten uitgestoten. Voor een globale vergelijking moet bij gebruik van waterstof ook de waterstofproductie ingerekend worden. Op dit moment wordt waterstof meest economisch geproduceerd uit aardgas. Elektrolyse uit water is ook mogelijk, maar nog zeer duur.

Indien de brandstofcel gecombineerd is met een reformer aan boord (bv. uit methanol, benzine of een andere koolwaterstofverbinding) is het nog steeds een relatief zuiver alternatief. Naast water, bestaat de emissie van dit type voertuigen ook uit CO₂, verdampingsemissies en kleine hoeveelheden emissies van de reformer.

Marktsituatie

De kosten van brandstofcelsystemen zijn erg hoog. Momenteel zijn alleen prototypes in gebruik, waardoor het niet mogelijk is een schatting van de kosten te geven bij commerciële exploitatie (schaalvergroting). Verwacht wordt dat nog een lange ontwikkelingstijd nodig is alvorens de brandstofcel tegen aanvaardbare kosten kan worden toegepast. Doordat alleen nog maar prototypes worden getest, is de duurzaamheid van de brandstofcel nog niet bewezen. In tegenstelling tot bijvoorbeeld een chemische batterij produceert een brandstofcel geen enkel bijproduct en gaat een cel bovendien ongeveer twintig jaar mee waarna deze volledig recycleerbaar is.