Waterstof? Niet voor personenauto's!

In het vorige blog spraken we met Ad van Wijk van de TU Delft over de toekomst van de waterstofauto. Hij schetste een zonnig toekomstbeeld voor deze manier van aandrijving. Maarten Steinbuch, Hoogleraar Systems & Control aan de TU Eindhoven, denkt daar anders over. We vragen hem naar zijn visie op de toekomst van onze mobiliteitsbehoefte en de plek van waterstof in deze energietransitie.


De foto van Maarten Steinbuch in de 'frunk' van zijn eerste Tesla Model S is gemaakt door fotograaf Bart van Overbeeke.

Bij de ontwikkeling en het op de markt brengen van de waterstofauto zijn inmiddels veel partijen betrokken, waaronder autofabrikanten en oliemaatschappijen. Toch is Steinbuch er sceptisch over. In het Financieel Dagblad schreef hij onlangs een artikel, gebaseerd op wetenschappelijk onderbouwde data, waarin hij stelt dat waterstof voor het personenvervoer geen geschikte optie is. “Wat ik heb geprobeerd te doen in mijn artikel is gewoon de feiten op een rijtje te zetten,” zegt Steinbuch. Het meest opvallende feit volgens hem? Dat het ten opzichte van batterij-elektrisch rijden ongeveer drie keer zoveel energie kost om 100 kilometer te rijden op waterstof, 75 kWh tegenover 25 kWh. “Bij een waterstofauto vervang je tweederde van het batterijpakket van de batterij-elektrische auto door een brandstoftank en een brandstofcel. Die brandstofcel produceert elektrische energie, die stop je in de kleine batterij en daarmee drijf je de elektromotor aan. Hoe vul je die brandstoftank? Met waterstof. Hoe maak je die waterstof? Door elektrolyse uit duurzame energie. Het gehele productieproces van de waterstof kost drie keer zoveel energie dan wanneer je batterij-elektrisch rijdt en gewoon direct uit het net je elektriciteit ‘tankt’.”

Het grootste voordeel van het rijden op waterstof ten opzichte van batterij-elektrisch rijden, namelijk de geschiktheid voor het gebruik op lange afstanden, wordt door Maarten Steinbuch eveneens weerlegd: “Het veelgehoorde argument van ‘het tanken in drie minuten’ is een argument wat vanuit een klassiek standpunt geredeneerd is en wat voorbij gaat aan het feit dat er in heel Europa snelladers worden neergezet met 350 kW aan vermogen, dat is drie keer de kracht van de superchargers van Tesla. Elke 150 km in heel Europa staan deze superchargers. Ik ga al vijf jaar lang op vakantie naar Zuid-Frankrijk via dit netwerk. Als je eenmaal gewend bent om daar met je elektrische auto langs te rijden, dan weet je gewoon: dit is de toekomst. Want je rijdt 2,5 of 3 uur, dan gooi je die auto aan de stekker en moet je dus 20 minuten wachten. In die tijd ga je even lekker koffie drinken of naar het toilet, waarna je weer verder kunt. Als dat proces straks drie keer zo snel gaat, dan kan ik dus drie uur rijden en vervolgens binnen tien minuten de auto opladen.” Het tijdsverschil tussen traditioneel tanken en het opladen van de elektrische auto zal dus kleiner worden, zeker als je in acht neemt dat de werkelijke tijd die je nu al kwijt bent aan de pomp langer is dan enkel de tijd die je doorbrengt met de tankslang in je hand. “Het hoofdmotief om te tanken zoals benzine wordt dus minder relevant. Dan praat ik alleen nog over de lange afstanden, want wat blijkt uit de kilometers die Tesla wereldwijd bijhoudt, is dat 80% van de kilometers thuis of op het werk geladen worden. Slechts 20% wordt geladen op langere afstanden. Over die 20% heb je het dan en als je nadenkt over 350 kW-laders, dan is de laadtijd op die lange afstanden eigenlijk geen issue meer”, aldus de hoogleraar. We gaan onze auto’s op termijn dus op een andere manier gebruiken dan nu het geval is.

Ook de capaciteit van de batterij speelt volgens Steinbuch inmiddels een minder beperkende rol bij het gebruik van een batterij-elektrische auto op lange afstanden. “Ik heb nu de allernieuwste Tesla, daar zit 100 kWh aan accucapaciteit in. Als ik ’s morgens wegga en ik heb hem helemaal volgeladen, dan heb ik een actieradius van ruim 500 km. In Nederland hoef ik überhaupt niet meer ergens te stoppen om te laden en als ik naar Zuid-Frankrijk ga, moet ik twee of drie keer stoppen. Ik ben blij als ik na drie of vier uur rijden even kan stoppen. In Duitsland hebben we wel een dingetje, want ze willen daar 200 km/h karren. Dat bereik van 500 km, daar kan je dan denk ik effectief 300 km mee halen. Dus ik kan me voorstellen dat mensen voor dit topsegment van de markt denken dat waterstofauto’s op korte termijn de betere oplossing zijn. Het topsegment in Duitsland, waar je dus constant 200 km/h wil kunnen karren en het liefst 4 uur achter elkaar wil kunnen rijden, is een heel klein percentage van de markt. Bovendien kan ik me heel goed voorstellen dat juist binnen dat percentage in de markt mensen bereid zijn om nog grotere batterijen in hun elektrische auto’s te laten leggen. De batterijontwikkeling gaat ook heel snel, dus het is goed mogelijk dat we over een aantal jaar een batterijpakket hebben waar we 700 km mee kunnen halen. Ik bedoel, nu kun je al een auto kopen voor 100.000 euro met 500 km range, dus over een paar jaar kun je een auto kopen voor dat bedrag met 7- of 800 km range. Dan is het helemaal een no-brainer.”

Wat uit de argumentatie van Steinbuch vooral blijkt, is dat de waterstofauto eigenlijk te laat komt. “In de waterstofauto heb je nog steeds een stukje batterij nodig voor de hoge piekvermogens, want zo’n brandstofcel kan niet heel snel een hoog vermogen leveren. Dus die heeft een soort basisvermogen. Je hebt hiervoor 10% tot 30% van de batterijen nodig die je normaal zou hebben in een batterij-elektrische auto. Als die brandstofcel en die brandstoftank dramatisch goedkoper zijn dan het deel van het batterijpack dat je bespaart, dan wordt de aanschafprijs lager. Wat je echter ziet is dat die batterijprijs heel snel aan het zakken is, mede doordat er wereldwijd ontzettend veel batterij-elektrische auto’s worden geproduceerd. Dan zie je gewoon dat die brandstofceltechnologie te laat is. Inherent blijft het een duurder systeem omdat je een aandrijflijn hebt waarin je én een stuk batterij hebt, én een brandstofcel, én een brandstoftank; dat is gewoon complexer dan één batterijpakket maken. Dus, als die batterijprijs blijft dalen zoals we denken dat deze zal dalen, dan wordt die waterstofauto nooit goedkoper.”

Eigenlijk lijkt er volgens Maarten Steinbuch dus geen markt meer te zijn voor de waterstofauto. Het productieproces is duurder en complexer dan dat van de batterij-elektrische auto’s en het kost drie keer zoveel duurzame energie om de waterstof te produceren. Daardoor is het rijden dus ook duurder. Doordat de voordelen van het rijden op waterstof gering zijn, stelt Steinbuch dat de markt vanzelf de kant van batterij-elektrisch rijden op beweegt. Met 75 kWh kun je namelijk ofwel 1 kg waterstof produceren en er 100 km mee rijden, of je kunt de elektriciteit direct laden en met die 75 kWh 300 km rijden. Wanneer je dit gegeven combineert met het feit dat de batterij-elektrische auto goedkoper is in de aanschaf, het onderhoud en ook het gebruik, ligt de conclusie voor de hand dat de markt vanzelf kiest voor het rijden op batterijen.

Speelt waterstof dan helemaal geen rol in de toekomstvisie van Steinbuch? “Wij als samenleving kunnen niet anders dan op de lange termijn 100% duurzame energie gaan gebruiken. Er is geen andere oplossing. In Nederland hebben we geen waterkracht, dus het wordt vooral energie uit zon en wind. Als we alle daken van Nederland vol leggen met zonnepanelen, dan kunnen we daarmee aan onze elektriciteitsvraag voldoen. Wanneer we daar in voldoende mate windenergie bij zetten, dan kunnen we de winter en zomer redelijk goed afdekken met duurzame energie. Ware het niet dat als het heel hard waait op een zomerse dag, we dan ook wel eens last kunnen gaan krijgen -misschien wel elke dag- van een overschot aan energie. Dat betekent dat de elektriciteitsprijzen dramatisch zullen gaan dalen en dat ik op die zomerse dagen helemáál goedkoop elektrisch kan gaan rijden. In dit geval zul je automatisch gaan zien dat we onze auto gaan gebruiken als buffer. Ik ga overdag laden, want de elektriciteitsbedrijven gaan dan praktisch gratis energie weggeven omdat ze dat net moeten ontlasten. Dan kan ik voor 0 eurocent per kWh laden, misschien 0,1 cent. Als mijn auto ’s nachts bij mijn huis staat, kan ik de batterij van de auto gebruiken als buffer voor mijn huis. Voor de beeldvorming: de 100 kWh batterij van mijn huidige Tesla is genoeg om mijn huis tenminste één à twee weken van energie te voorzien. In de zomer zullen er dus heel veel dagen gaan komen waarop we te veel energie hebben. De elektriciteitsprijzen gaan dan omlaag, waardoor men dus nog goedkoper elektrisch gaat rijden en energie kan gebruiken. Stel dat we dan dus energie overhouden, en we kijken naar het totale systeem, dan zou het eigenlijk wel fijn zijn als we de energie die we eigenlijk weg zouden moeten gaan gooien, omzetten in iets anders wat we duurzaam kunnen bewaren. Dat kan dus waterstof zijn, die we dan in de winter weer kunnen omzetten in elektriciteit. Wat we ons goed moeten realiseren, is dat er bij elke omzetting sprake is van rendementsverlies, die keten gaat efficiëntie kosten. Maar ja, who cares: de elektriciteit is gratis in de zomer en in de winter levert het geld op. Als je je dan realiseert dat in Nederland een kwart van de energiebehoefte bestaat uit de vraag van de industrie, dan kan het niet anders dan dat de industrie ook elektrificeert, willen we volledig af van het gebruik van fossiele brandstoffen. Hoe gaan we die fabrieken duurzaam maken? Zij hebben het hele jaar door energie nodig, dus in de zomer kunnen ze gewoon direct tegen lage kosten energie aftappen uit het net. Maar in de winter kan ik me voorstellen dat het goedkoper is om dan de opgeslagen energie in waterstof te gebruiken en om te zetten in elektriciteit, zodanig dat zij weer hun productieprocessen daarmee kunnen voeden. Dus ik sluit niet uit dat het economisch zinvol is om wat we teveel hebben in de zomer op te slaan in vloeibare brandstoffen en dat te gebruiken in de winter. Maar laten we dan alsjeblieft die 25% behoefte van de industrie voeden met waterstof en niet de personenauto’s. Mensen willen niet twee keer of drie keer zoveel voor hun brandstof betalen in de winter, terwijl ze dan nog steeds goedkoop kunnen laden.”

Volgens Maarten Steinbuch moeten we waterstof in de toekomst dus verstandig gaan gebruiken, om overmatig rendementsverlies te voorkomen. Waar moeten we op de korte termijn de prioriteit aan geven? “Als we eerst de huishoudens en de zware industrie in Nederland koppelen aan de waterstofeconomie, dan doen we het al geweldig. Want afgelopen jaar hebben we misschien drie dagen gehad dat we teveel energie uit Duitsland goedkoop in konden kopen. We zijn nog ver af van de penetratie van duurzame energie zodanig dat het echt goedkoop wordt, daar moeten we nog vijf tot tien jaar aan werken. Dus als we ons richten op de transitie van de 25% aan vraag naar energie van de zware industrie, plus eventueel een deel van de huishoudens die niet meer op gas willen maar op waterstofgas, lijkt me dat een geweldige klus. Waterstof zal daar een enorm belangrijke rol in moeten spelen als buffermiddel, met name voor seizoensbuffering, maar niet voor de personenauto’s. Voor mij is het helemaal duidelijk.”