Waterstofauto: hoe werkt het?

Wat is waterstof, hoe werkt een waterstofauto en is het de 'brandstof' van de toekomst?

Lang niet iedereen is ervan overtuigd dat de elektrische auto de toekomst heeft, sommigen zien meer heil in waterstof. Dat kun je namelijk net zo snel tanken als benzine of diesel, terwijl uit de uitlaat alleen maar water komt. Maar wat ís waterstof eigenlijk en hoe werkt zo’n waterstofauto? En zijn er wel genoeg tankstations waar je waterstof kunt tanken?

Om maar meteen met de deur in huis te vallen: een waterstofauto ís een volledig elektrische auto. De wielen worden aangedreven door een of meerdere elektromotoren. Het grote verschil tussen een waterstofauto en een ‘batterij-elektrische auto’ is de manier waarop de energie wordt opgeslagen. De elektrische auto zoals we die kennen slaat de elektriciteit op in een groot accupakket. Een waterstofauto haalt zijn energie uit waterstof. Niet door het te verbranden, maar door een chemische reactie waarbij energie in de vorm van elektriciteit vrijkomt. Met die elektriciteit kunnen vervolgens de elektromotoren gevoed worden.

Om te kunnen begrijpen hoe een waterstofauto werkt, is het goed om te weten wat waterstof eigenlijk is. Het is een zeer vluchtig gas, dat van nature niet op aarde voorkomt. Je zult het dus moeten produceren. Dat kan bijvoorbeeld door water (H2O) te splitsen in zuurstof (O2) en waterstofgas (H2). Dat proces kost zeer veel energie, meer energie dan je uiteindelijk uit het waterstof kunt halen.

Onder de motorkap van een elektrische auto ligt een zogenaamde brandstofcel. Deze laat waterstof uit de opslagtanks onder de auto gecontroleerd reageren met zuurstof uit de buitenlucht. Er vindt dan een omgekeerd proces plaats: de zuurstof en het waterstof vormen weer water. Bij dat proces komt ook energie vrij in de vorm van elektriciteit. Waterstof kun je dus zien als energiedrager: het kost energie om het te maken, maar die energie kun je er voor een deel weer uit halen.

Bovenstaand een Mercedes-Benz GLC F-Cell, maar de indeling van de techniek is bij vrijwel alle waterstofauto's grofweg hetzelfde. Onder de motorkap ligt de brandstofcell die ongeveer even groot is als een verbrandingsmotor, de twee waterstoftanks liggen onder het passagierscompartiment, terwijl  onder de bodem van de kofferbak een klein accupakket ligt dat als buffer dient. 

Voor- en nadelen van waterstofauto's

De voordelen van waterstof als energiedrager zitten hem vooral in het tanken. Een waterstofauto kun je in enkele minuten voltanken, zoals een benzine- of dieselauto. Je kunt een waterstofauto dus op dezelfde manier gebruiken als een brandstofauto. Ook de actieradius van een waterstofauto ligt vaak dicht bij die van een benzineauto en daarmee hoger dan die van de gemiddelde elektrische auto. Omdat een waterstofauto een veel kleinere accu heeft dan een batterij-elektrische auto (de accu dient enkel als buffer), is de productie van een waterstofauto minder belastend voor het milieu.

Nadelen zijn er ook. Zo is er veel meer energie nodig om waterstof te maken dan dat er vrijkomt wanneer de waterstof in de auto weer wordt omgezet in elektriciteit. Om dezelfde afstand te kunnen rijden met een waterstofauto als met een batterij-elektrische auto, heb je onder aan de streep simpelweg veel meer elektriciteit nodig. Daarnaast ontbreekt het nog aan de benodigde infrastructuur. In ons land zijn er slechts een handvol stations waar je waterstof kunt tanken. Ook zijn er maar een handjevol waterstofauto’s commercieel beschikbaar, die ook nog eens zeer kostbaar zijn. Zowel de Hyundai Nexo als de Toyota Mirai zijn bijvoorbeeld ongeveer tweemaal zo duur als een vergelijkbare auto met verbrandingsmotor en ook fors duurder dan vergelijkbare elektrische auto’s.

Waterstof, het nieuwe goud?

We zitten momenteel in een energietransitie. Dat wil zeggen: we stappen over van fossiele naar duurzame energiebronnen, zoals zonne- en windenergie. Waterstof komt ook steeds vaker ter sprake en lijkt het ei van Columbus. Is de elektrische waterstofauto de betere optie ten opzichte van de elektrische auto met batterij?

Wat is waterstof?

Water is met stroom om te zetten naar waterstof en zuurstof. Dit proces heet elektrolyse. Waterstof (H₂) is een brandbaar gas, dat je kunt opslaan en distribueren, net zoals we dat met aardgas gewend zijn. Zo zou je zelfs een woning of complete energiecentrale op waterstof kunnen stoken, maar in een ideale wereld doen we dat alleen met groene stroom. Waterstofgas is iets totaal anders, dat is slechts een element van waterstof.

Brandstofcel met waterstof in plaats van batterij

Er wordt vaak gesproken over de auto op waterstof. Het gaat dan eigenlijk om een auto met elektromotor die in plaats van een accu een eigen energiecentrale aan boord heeft: een brandstofcel. In die brandstofcel wordt waterstof met zuurstof verbonden en daarbij komt energie vrij. Waterstof tanken duurt minder lang dan een accubatterij opladen en daarna kun je weer honderden kilometers vooruit.

Grijze waterstof en groene waterstof

Praat je over waterstof in combinatie met duurzaamheid, dan is groene waterstof eigenlijk de enige optie. Die wordt geproduceerd met stroom van windmolens of zonneparken, waarbij geen CO₂ vrijkomt. Bovendien kan op die manier overtollige stroom worden omgezet in de productie van waterstof, zodat er sprake is van energieopslag. Grijze waterstof wordt gemaakt met olie, gas of steenkool en geniet zeker niet de voorkeur.

Is er toekomst voor de waterstofmotor?

De autofabrikanten zijn al decennialang bezig met het zoeken naar alternatieve brandstoffen voor de verbrandingsmotor. Diesel, lpg en aardgas zijn bekend, maar er is ook volop geëxperimenteerd met waterstof als brandstof. Een verbrandingsmotor kan daar in principe prima op draaien, maar afgezet tegen het veel hogere rendement van een elektromotor lijkt er geen toekomst te zijn voor waterstof als brandstof voor een verbrandingsmotor.

Waterstof tanken

Ten opzichte van de elektrische auto met batterij heeft de waterstofauto een belangrijk nadeel: een laadpunt of stopcontact tref je overal, een tankstation voor waterstof vrijwel nergens. Nederland telt momenteel vijftien waterstoftankstations die voor het publiek geopend zijn. Het tanken van waterstof duurt niet langer dan het tanken van diesel of benzine.

Voor- en nadelen van de waterstofauto

Het belangrijkste voordeel van een waterstof-elektrische auto is het feit dat tanken veel sneller gaat dan het opladen van een batterij-elektrische auto. Nadelen zijn de hoge aanschafprijs (die gaat al snel naar € 70.000) en het geringe aantal waterstoftankstations.