Elektrische voertuigen zijn veel energiezuiniger dan waterstof. Krediet: Shutterstock
Waterstof is aangeprezen als de brandstof van de toekomst, en de technologie speelt een prominente rol in het plan van de regering van Morrison om tegen 2050 een netto-nuluitstoot te bereiken.
Eerder deze maand onthulde de regering haar “toekomstige brandstoffen“-strategie om de uitstoot in de transportsector te verminderen, waarbij 250 miljoen dollar wordt vastgelegd voor elektrische voertuigen op batterijen en waterstofinfrastructuur. En in september, het beloofde bijna A $ 500 miljoen voor het Clean Hydrogen Industrial Hubs-programma.
Het koolstofvrij maken van transport is cruciaal in de strijd om de opwarming van de aarde deze eeuw te beperken tot 1,5°C. We schatten dat de sector ongeveer 20% bijdraagt aan de wereldwijde uitstoot, zoals het verbranden van twee olympische zwembaden gevuld met fossiele brandstoffen per minuut, elke minuut van het jaar.
Maar als onafhankelijke onderzoekers op het gebied van transportemissies en energie vinden wij de focus op waterstof in het wegvervoer misplaatst.
Projecties tonen als de emissiereductiedoelstellingen van alle landen voor 2030 worden gehaald, zal de planeet op schema liggen om met een catastrofale 2,4 te verwarmen. In deze dringende noodzaak om de wereldwijde uitstoot vóór 2030 snel te verminderen, zal de ontwikkeling van waterstof voor emissiearm wegvervoer niet snel genoeg gebeuren en vormt het geen levensvatbaar alternatief voor elektrische voertuigen.
Waterstof in een notendop
Waterstof is al een belangrijk onderdeel van de wereldeconomie, onder meer voor de productie van meststoffen en bij de olieraffinage. De federale regering heeft vastgesteld waterstof als prioritaire lage-emissietechnologie om verder te ontwikkelen, met een focus op waterstoftankinfrastructuur voor belangrijke vrachtroutes en passagierswegcorridors.
Bijna alle waterstof wordt tegenwoordig geproduceerd met fossiele brandstoffen (aardgas en steenkool), en dit is goed voor ongeveer 2% van de wereldwijde uitstoot. Waterstof is alleen schoon en klimaatvriendelijk als het wordt geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen, zoals zon, wind en waterkracht. Dit proces maakt gebruik van elektrolyse om water om te zetten in waterstof en wordt toepasselijk ‘groene waterstof’ genoemd.
Al meer dan 20 jaar voorstanders van waterstof zijn veelbelovend geweest een toekomst van schone energie. Maar terwijl het tempo van nieuwe groene waterstofprojecten versnelt, bevinden de meeste zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium. Slechts 14 grote projecten wereldwijd zijn in 2020 met de bouw begonnen, terwijl 34 zich in een studie- of memorandum van overeenstemming bevinden.
Het ontwikkelen van waterstoftechnologie is inderdaad belangrijk buiten de wegtransportsector, met veelbelovende opties zoals: groen staal die de uitstoot zal verminderen en nieuwe Australische banen zal opleveren.
Maar we gokken niet op waterstof voor het wegvervoer
Wereldwijde verkoopgegevens voor auto’s en lichte bedrijfsvoertuigen, samen met uitspraken van bedrijfsleiders, suggereren dat veel voertuigfabrikanten waterstof niet serieus beschouwen als een levensvatbare en lucratieve transportbrandstof.
De Honda Clarity waterstofbrandstofcelauto, bijvoorbeeld, gestaakt productie in augustus 2021 om “slecht presterende modellen uit de line-up te halen”. Sommige fabrikanten lobbyen zelfs voor een snellere overgang naar elektrische auto’s.
Waterstof speelt mogelijk een grotere rol in de markt voor langeafstandsvrachtwagens, omdat de genoemde voordelen een groot rijbereik en korte tanktijden omvatten, die belangrijk zijn voor deze sector.
Maar waterstof concurreert met een dynamische en snel bewegende markt voor elektrische vrachtwagens:, die aanzienlijke en voortdurende jaarlijkse verbeteringen in de energiedichtheid en prijzen van batterijen laat zien. Bovendien hebben vrachtwagenfabrikanten, zoals Daimler, MAN, Renault, Scania en Volvo,hebben aangegeven ze zien een volledig elektrische toekomst.
De vaak genoemde voordelen van waterstof verdwijnen in vergelijking met alternatieve elektrische vrachtwagentechnologie. Dit bevat batterij wisselen, wat het mogelijk maakt korte tanktijden, en de ontwikkeling van e-highways (wegen die automatisch voertuigen opladen als ze er langs rijden).
Hoewel het waar is dat deze systemen nog steeds worden getest in bijvoorbeeld Europa en de VS, hebben ze een veelbelovende vooruitzichten. Bijvoorbeeld, in juli de Britse regering kondigde £ 2 miljoen (A $ 3,66 miljoen) aan om bovengrondse laadkabels te ontwerpen die elektrische vrachtwagens op een snelweg zouden aandrijven.
Hetzelfde, het batterijwisselnetwerk in China doet het waterstoftanknetwerk al in de schaduw, hoewel het systeem nog in de kinderschoenen staat.
Lage energie-efficiëntie
Een over het hoofd gezien maar fundamenteel probleem bij het gebruik van waterstof in transport is de lage energie-efficiëntie. Waterstof is geen energiebron, het is een energiedrager. Dit betekent dat het moet worden gegenereerd, gecomprimeerd of vloeibaar gemaakt, getransporteerd en weer moet worden omgezet in bruikbare energie – en elke stap van het proces brengt een aanzienlijk energieverlies met zich mee.
In feite hebben waterstofvoertuigen en voertuigen die op benzine of diesel rijden een vergelijkbare lage energieprestatie: slechts 15-30% van de beschikbare energie in de brandstoffen wordt gebruikt voor het daadwerkelijke rijden. Vergelijk dit met batterij elektrische voertuigen, welk gebruik? 70-90% van de beschikbare energie.
Met andere woorden, de hoeveelheid hernieuwbare energie die nodig is om een groene waterstofauto één kilometer te laten rijden, is dezelfde als die voor drie elektrische voertuigen om dezelfde afstand af te leggen.
Dit is een zeer belangrijke kwestie. Hoe meer energie er nodig is voor vervoer, hoe meer hernieuwbare energie moet worden opgewekt, hoe hoger de kosten en hoe moeilijker het wordt om de economie snel en op grote schaal koolstofarm te maken.
Er zijn drie andere, misschien minder bekende, problemen met waterstof die volgens ons serieus moeten worden overwogen.
Ten eerste, het potentieel voor aanzienlijke lekkage van waterstof tijdens productie, transport en gebruik. Waterstof is een krachtiger broeikasgas dan koolstofdioxide, en elk verlies van waterstof vermindert de algehele energie-efficiëntie.
Ten tweede kunnen waterstofemissies door lekkage bijdragen aan: lokale en regionale luchtvervuiling, en kan zelfs de ozonlaag in de stratosfeer aantasten, maar verder onderzoek is nodig in deze ruimte.
En tot slot heeft waterstof schoon zoet water nodig, en veel. Een enkele waterstof-brandstofcelauto vereist ongeveer 9 liter schoon, gedemineraliseerd water voor elke 100 km gereden. Voor een grote vrachtwagen zou dat meer dan 50 liter per kilometer zijn.
Als er zeewater en ontziltingsinstallaties zouden worden gebruikt om het water te produceren, zou er nog een energieverlies aan het productieproces worden toegevoegd, waardoor de algehele energie-efficiëntie nog verder zou worden aangetast.
Focus op elektrische voertuigen
Het koolstofarm maken van het wegvervoer moet snel en op grote schaal worden ingezet en vereist een holistische strategie die verschuivingen in het dagelijkse reisgedrag bevordert. Wedden op de toekomstige grootschalige beschikbaarheid van waterstof voor deze sector zal dit niet snel genoeg gebeuren. Het dreigt ook vast te komen te zitten aan de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de extra uitstoot van broeikasgassen, als de opschaling van schone waterstof niet aan de verwachtingen voldoet.
We moeten de vraag naar energie tot een minimum beperken en de energie-efficiëntie in het vervoer zo veel mogelijk en zo snel mogelijk verbeteren. De beschikbaar bewijs suggereert dat batterij-elektrische voertuigen de enige haalbare technologie zijn die dit in de nabije toekomst kan bereiken.
Voor een snelle vermindering van de uitstoot van broeikasgassen moeten we het vervoer elektrificeren waar dat kan, en andere opties gebruiken, zoals groene waterstof waar dat echt niet kan, zoals de langeafstandsscheepvaart en de luchtvaart. En afhankelijk van hoe de inspanningen voor de elektrificatie van vrachtwagens zich ontwikkelen, kan waterstof nog steeds een rol spelen in het langeafstandsvervoer, maar het zal veel extra hernieuwbare energie verbruiken.
Een logische eerste stap is om de huidige wereldwijde productie van waterstof op basis van fossiele brandstoffen om te zetten naar groene waterstof. Maar de focus moet liggen op het uitrollen van elektrische voertuigen in heel Australië en, inderdaad, de wereld.
Geleverd door The Conversation