211service.com
Rijden in een waterstof 'Eco-Luxe' auto
Vorige week maakte ik deel uit van een groep journalisten die als eersten de productieklare BMW Hydrogen 7-auto in Berlijn bestuurden. De dual-fuel auto, die met een druk op de knop kan schakelen tussen benzine- en waterstofverbranding, is ontegensprekelijk een opmerkelijke technische prestatie. En ja, het stoot voornamelijk waterdamp uit. Waren de dingen maar zo simpel; was waterstof maar praktisch als brandstof.
De grootste uitdaging voor BMW was het ontwerpen van een tank voor de opslag van vloeibare waterstof bij –253 °C. Tussen twee roestvrijstalen tanklagen zit een vacuüm en meerdere lagen aluminium en glasvezel. De afbeelding toont het mondstuk van een waterstoftankstation dat aan de tankpoort is bevestigd. (Tegoed: BMW)
BMW produceert al enkele jaren prototype-auto's op waterstof. Het bedrijf werkt ook aan waterstofbrandstofcellen voor elektrisch aangedreven auto's, maar het ontdekte dat het niet hetzelfde motorvermogen kon krijgen als mogelijk is wanneer de waterstof wordt verbrand. (Je krijgt een auto, maar het is geen BMW, snuift Thomas Melcher, hoofd aandrijflijntechniek voor BMW.)
Multimedia
DIASHOW: foto's van de auto bekijken
Nu prijst BMW een versie aan die rigoureuze productontwikkelingsstappen heeft doorlopen en in theorie in massaproductie zou kunnen worden genomen. In de praktijk zal het bedrijf echter slechts 100 van de auto's maken en ze volgend jaar gaan verhuren aan zorgvuldig geselecteerde en nog niet nader genoemde mensen in een massale wereldwijde publiciteitscampagne.
BMW noemt het eco-luxe: een auto die naar eigen zeggen milieuvriendelijk is maar veel pk's en alles erop en eraan heeft. BMW omschrijft de inspanning als een nobele, baanbrekende duw voor de adoptie van waterstoftechnologie. Het doet ook dienst als een groene marketinginspanning in een tijd van groeiende bezorgdheid over de opwarming van de aarde die wordt veroorzaakt door de verbranding van fossiele brandstoffen.
Terwijl ik met 200 kilometer per uur over de snelweg A-10 reed, drukte ik op een knop op het dashboard, waardoor de auto overschakelde van benzine naar waterstof. Het enige wat me opviel was het geluid: de motor bewoog naar een hoger gejank. Een rood H2-symbool gloeide. Zonder enige hapering verbrandde de auto nu waterstof in dezelfde cilinders die een moment eerder benzine hadden verbrand. Maar de enorme 12-cilinder, 6-liter motor produceert slechts 260 pk bij het verbranden van waterstof. Dus de BMW-ingenieurs hebben de benzineverbrandingsprestaties teruggeschroefd om de twee brandstoffen vergelijkbare prestaties te geven. (Normaal gesproken produceert de 12-cilinder zo'n 400 pk met benzine.)
Toch is het bedrijf verder gegaan dan enig ander in het reguleren van de verbranding van waterstof. Nog maar drie jaar geleden liep de motor enkele minuten en sloeg dan met een oerknal af, zegt Melcher. Boom. Wij houden van explosies! hij lacht. Het bleek dat er een klein beetje waterstof langs de zuigers lekte, zich vermengde met olie en explodeerde. Dat probleem werd opgelost door de zuigerveren aan te passen om lekkage te voorkomen. Motorregelsystemen moesten ook worden aangepast om de veel snellere verbranding van waterstof aan te kunnen - het verbrandt 100 keer sneller dan benzine - en om het zodanig te reguleren dat de uitstoot van verbrandingsbijproducten zoals stikstofoxiden tot op het niveau wordt beperkt.
Het besturen van de auto was leuk, maar vooral omdat het uit de BMW 7-serie kwam. Dat hij waterstof verbrandde, was vanuit rijtechnisch oogpunt onopvallend. Wat zich in de kofferbak bevond, was veel interessanter: door een vilten paneel te verwijderen, kwam een glanzende, stalen waterstofopslagtank tevoorschijn, die ongeveer zo groot was als een groot biervat en de helft van de kofferruimte in beslag nam.
Deze tank bracht de BMW-ingenieurs meer dan wat dan ook in verwarring. Ze wilden heel graag laten zien dat waterstof de volgende benzine kan zijn - gewoon een andere vloeistof die je in de tank kunt doen. Maar waterstof wil een gas zijn. Om het vloeibaar te maken, moet je het afkoelen tot -253 °C. Het is buitengewoon moeilijk om het gedurende een bepaalde periode zo koud te houden in een autotank.
In feite heeft nog niemand het probleem volledig opgelost. Wat BMW deed, was een dubbelwandige roestvrijstalen tank ontwerpen van 129 kilogram. Tussen de twee stalen lagen bevinden zich een vacuüm en meerdere isolatielagen die zijn ontworpen om de warmte te reflecteren. BMW gaat er prat op dat als je een sneeuwbal in de tank doet, deze 13 jaar niet zou smelten. Helaas, doe vloeibare waterstof in de tank en het zal binnen enkele uren beginnen te koken.
Naarmate de waterstof gasvormig wordt, stijgt de druk in de tank. Op een gegeven moment gaat er een overdrukventiel open. Een klein beetje waterstofgas ontsnapt (ongeveer 10 tot 12 gram per uur), gaat door een katalysator om het in water te veranderen en verlaat de auto via een speciale pijp in de achterbumper. Als u niet met de auto rijdt, duurt het slechts 17 uur voordat deze ontluchting begint. Een halfvolle tank zal in negen dagen bijna volledig verdampen.
Als de tank op de een of andere manier beschadigd is en het verdampen veel sneller gebeurt, gaat een tweede klep open en wordt ruwe waterstof naar een poort in het dak geleid. Aangezien deze waterstofontsnappingsprocessen nog in ontwikkeling zijn en mogelijke veiligheidsrisico's met zich meebrengen, dringt BMW erop aan dat gebruikers de auto niet in een afgesloten garage parkeren. Het bedrijf werkt aan tanks van de volgende generatie met lichtere materialen en houdt het materiaalwetenschappelijke veld in de gaten voor mogelijke nieuwe opslagmethoden, zoals het opslaan van waterstof in nano-engineered materialen.
Toch was het leuk om te parkeren bij een Total-tankstation buiten Berlijn - een van de weinige demonstratietankstations voor waterstofauto's in Europa, met verschillende andere verspreid over de hele wereld - en de slanke machine te vullen met vloeibare waterstof. Een tankbeurt duurt ongeveer acht minuten. De verkoopprijs was 8 euro (ongeveer $ 10,60) voor een kilogram waterstof, wat ongeveer de energie-inhoud heeft van één gallon benzine.
Klaus Draeger, een onderzoeksmanager van BMW, suggereert dat waterstof vandaag de dag is waar benzine 100 jaar geleden was. Wie had een eeuw geleden kunnen denken, zegt hij, dat er een wereldomvattend netwerk van tankstations zou zijn? Slechts een paar visionairs zouden zich dat voorstellen. Veel van de BMW-ingenieurs die boven de journalisten zweefden, merkten op dat radicale veranderingen in de infrastructuur geen grote uitdaging zijn. En ze hebben waarschijnlijk gelijk. Ik heb foto's gezien die laten zien hoe Berlijn er 60 jaar geleden uitzag. Het is moeilijk om het er niet mee eens te zijn dat infrastructuur in een kwestie van decennia volledig kan worden herbouwd.
Maar alleen als het zin heeft om dat te doen. In dit geval is de infrastructuur niet het grootste probleem. Waterstof is het grootste probleem. Je kunt het niet zomaar uit de grond graven en verbranden. Je moet het ofwel uit koolwaterstofbrandstoffen halen, wat het doel van schone energie verslaat, of het uit watermoleculen halen door elektriciteit toe te passen - wat betekent dat je de fossiele brandstof terug verbrandt in de elektriciteitscentrale of de broodnodige hernieuwbare elektriciteit weghaalt van het elektriciteitsnet.
Als je waterstof uit fossiele brandstoffen haalt, stoot je uiteindelijk meer koolstofdioxide uit. In feite resulteert het besturen van een auto waarvan de waterstof uit aardgas is gewonnen, in ongeveer het dubbele van de CO2-uitstoot die wordt geproduceerd door een auto te besturen die het aardgas gewoon rechtstreeks verbrandt. Wil de winning van waterstof uit fossiele brandstoffen vanuit milieuoogpunt ooit zinvol zijn, dan zou de afgescheiden koolstofdioxide ondergronds moeten worden opgeslagen.
En als je elektriciteit gebruikt om water te splitsen, moet je ervoor zorgen dat de elektriciteit zelf niet uit fossiele brandstoffen komt. De elektriciteit zou uit een hernieuwbare bron moeten komen, zoals wind of zon. Het is niet duidelijk of waterstofproductie de verstandigste manier is om hernieuwbare energie te gebruiken, behalve marginaal: het kan elektriciteit absorberen op zeer winderige of zeer zonnige dagen, wanneer hernieuwbare energiecentrales een overaanbod produceren.
BMW stelt dat als we eenmaal doorbraken hebben in de voorziening van hernieuwbare energie en waterstofopslag, auto's op basis van Hydrogen 7-technologie elke oprit kunnen vullen - en misschien zelfs elke garage. Ik wil dat het bedrijf gelijk heeft. Het idee van een high-performance auto die in wezen alleen waterdamp uitstraalt, is zeer aantrekkelijk. Maar voor nu lijkt de Hydrogen 7 een opmerkelijke technische prestatie voor een toekomst die misschien nooit komt.