De commercialisering van brandstofcellen neemt wereldwijd toe. Denemarken en Duitsland spelen daarbij een voortrekkersrol. Zelfs het gebruik van het dure platina kan danig verminderd worden, wat het gebruik van elektrisch aangedreven wagens steeds reëler maakt.
De vraag naar brandstofcellen, zowel voor stationaire als draagbare toepassingen, bereikt nieuwe hoogtes. Voor vervoer, transport en ruimtevaartdoeleinden alleen bedroeg het aantal 2.700 eenheden. Vorig jaar kondigde Hyundai de serieproductie van duizend Ix35 voertuigen aan, in voorbereiding op een mogelijke productie van tienduizend voertuigen per jaar, naargelang de vraag. Deze cijfers kunnen alleen maar stijgen als de zogeheten waterstofcyclus stapsgewijs in voege zou kunnen treden.
Chemische reactie
Brandstofcellen zijn niets anders dan batterijen die spanning opwekken, met een negatieve elektrode (anode) aan de ene en een positieve elektrode (kathode) aan de andere kant. De brandstof, waterstofgas of methanol bijvoorbeeld, wordt niet verbrand maar ondergaat een elektrochemische reactie op een katalysatoroppervlakte – een edelmetaal als platina. De op deze manier geproduceerde elektriciteit heeft enkel water als afvalproduct.
De Heilige Graal
Volgens het jaarlijks verslag van FuelCellToday, een marktonderzoeksspecialist op het gebied van brandstofceltechnologie, werden het afgelopen jaar zevenentwintig nieuwe waterstoftankstations ingewijd. Deze vergen dezelfde infrastructuur als gewone tankstations, wat de eventuele overgang naar een op waterstof gebaseerde economie vlotter kan doen verlopen.
Toch kan men tegenwoordig al waterstof ter plaatste produceren, namelijk door kleine elektrolyse- en steam-reforming eenheden in te schakelen. Steam-reforming installaties, waarbij aardgas wordt verhit met stoom om waterstofgas en koolstofoxides te verkrijgen, bestonden tot nu toe uitsluitend op industriële schaal.
Het omzetten van aardgas (methaan) naar waterstofgas gaat weliswaar gepaard met verbrandingsemissies ten gevolge van stoomproductie en CO2, maar heeft als voordeel dat het zowel de vervoerkosten van waterstofgas naar de eindverbruiker als de verwachte vervoersemissies van tankwagens bespaart. Met de opkomst van biogas als brandstof voor het steam-reforming proces, zal men het geproduceerde waterstofgas als zuiver kunnen beschouwen. De productie van biogas wordt op haar beurt verwezenlijkt door een vergistingsproces onder zuurstofloze omstandigheden, waarbij bacteriën het organische materiaal afbreken en omzetten tot gas. Ook op dat gebied zijn onlangs nieuwe ontdekkingen gedaan.
Het elektrolyseproces garandeert zuiver waterstof, afkomstig van de afsplitsing van watermoleculen in waterstof en zuurstof, op voorwaarde dat de elektriciteit, vereist om deze reactie te laten plaatsvinden, van hernieuwbare bronnen komt. Dit is reeds mogelijk, zowel op grote als op kleine schaal.
In Duitsland zijn al verschillende stroom-naar-gas faciliteiten actief die voor de eerste keer de opslag van opgewekte elektriciteit mogelijk maken in de vorm van het energetische waterstofgas. Deze energie kan dan rechtstreeks gebruikt worden in brandstofcellen om voertuigen aan te drijven of als reservevoeding voor installaties en gebouwen. Het enige afvalproduct van een waterstofbrandstofcel is water, dat in principe opnieuw geëlektrolyseerd kan worden. Deze cyclus heet 'de waterstofcyclus', de heilige graal van duurzame mobiliteit.
Platina
De verdere commercialisering van brandstofceltechnologie voor transportdoeleinden is afhankelijk van platina. Dit dure edelmetaal is onontbeerlijk om de reactie in een brandstofcel te laten plaatsvinden. De hoeveelheid platina in een brandstofcel kan echter gereduceerd worden tot het actuele niveau in uitlaatgaskatalysatoren van dieselvoertuigen, namelijk vier keer minder. Hoewel een grootschalige commercialisering een verdere daling van 61 procent in kostprijs vereist, is het uitzicht helemaal niet somber.
Toyota kondigde onlangs aan dat de totale hoeveelheid platina in haar brandstofcelvoertuigen 30g bedraagt, wat 1.500 dollar of 3 procent van de geschatte 50.000 dollar kostprijs van het voertuig is.
Het Britse bedrijf ACAL Energy maakte in juni dan weer bekend dat haar brandstofcel met vloeibare katalysator, zonder platina, de prestaties en het weerstandvermogen van een lichtgewicht dieselmotor evenaarde. Deze technologie doet de kostprijs van een brandstofcel aanzienlijk dalen en brengt het in gebruik nemen van een elektrisch voertuig door een groot publiek weer een stapje dichterbij.
© 2013 - StampMedia - Daniel Choukroun
Dit artikel werd gepubliceerd door Engineeringnet.be op 28/11/2013
