Een technologische innovatie uit 1966 begint, meer dan 50 jaar later, steeds meer aandacht te krijgen. Brandstofcelvoertuigen , beter bekend als FCV's of FCEV's, zijn voertuigen op waterstof die een alternatief vormen voor voertuigen met een verbrandingsmotor en aanzienlijke milieuvoordelen bieden ten opzichte van fossiele brandstoffen.
FCEV's kunnen verwarrend zijn om te begrijpen. Zijn ze volledig elektrisch? Verbranden ze waterstof zoals een ICE-motor gas verbrandt? En wat zijn de voor- en nadelen van brandstofcelvoertuigen? Dit is wat je moet weten.
Aangedreven door elektromotoren
Net als de elektrische auto's waarover tegenwoordig zo vaak wordt gesproken, hebben FCEV's elektrische motoren die de auto voortbewegen. Elke autofabrikant heeft zijn eigen ontwerp voor de locatie van de elektromotor, en net als elektrische voertuigen op batterijen bestaat de mogelijkheid om één elektrische tractiemotor bij elk aandrijfwiel uit te rusten, of het nu gaat om voorwielaandrijving, achterwielaandrijving of alle aandrijfwielen. -bediening met wielaandrijving.
Momenteel is het merendeel van de weinige brandstofcelvoertuigen (FCEV's) die zich in de productie-, ontwikkelings- en conceptfase bevinden, primair gericht op efficiëntie in plaats van hoog vermogen. Met een relatief kleine hoeveelheid waterstof aan boord kunnen personen-FCEV's een actieradius van maximaal 845 mijl halen [JU2] , hoewel de gemiddelde actieradius tussen de 300 en 400 mijl ligt. Vrachtwagens voor lange afstanden kunnen een grotere afstand afleggen – tot ongeveer 900 mijl.
Creëert zijn eigen elektriciteit
Het grote verschil tussen BEV’s en FCEV’s is de manier waarop de elektromotoren worden aangedreven. Bij BEV’s wordt een grote, zware batterij opgeladen door verbinding te maken met het elektriciteitsnet. Terwijl u rijdt, raakt de batterij leeg en moet deze op een elektriciteitsbron worden aangesloten om te 'bijtanken'. Een van de uitdagingen van een BEV is de hoeveelheid energie die nodig is om het extra gewicht van het batterijpakket te overwinnen, en in sommige gevallen kan dit bijna 3,000 pond bedragen.
Een FCEV drijft de elektromotoren op een andere manier aan. Een brandstofcelstapel wekt op verzoek zijn eigen elektriciteit op om het voertuig via de elektromotoren aan te drijven. Het maakt gebruik van een combinatie van waterstof en zuurstof in de lucht om elektriciteit op te wekken. Het proces is vrij eenvoudig:
- Tanks met een hoge capaciteit slaan gecomprimeerde waterstof aan boord op, net zoals een brandstoftank benzine of diesel zou opslaan.
- In de brandstofstapel zijn waterstofprotonen klein genoeg om door het brandstofcelmembraan te filteren, waardoor ze worden gescheiden van de negatief geladen elektronen.
- De protonen combineren met zuurstof om zuiver water te creëren dat wordt uitgestoten.
- De elektronen blijven een elektrische stroom genereren.
- De elektriciteit drijft de elektromotor aan, evenals de systemen aan boord die nodig zijn om het voertuig te besturen.
Er is een zeer kleine hoeveelheid waterstof nodig om een continue elektrische stroom op te wekken die de auto kan laten werken, wat betekent dat de 'brandstof' die hij moet vervoeren slechts een fractie is van de massa van het accupakket van een elektrische auto.
Is er elektriciteit opgeslagen in een FCEV?
Is er, aangezien een brandstofcelvoertuig op verzoek de energie opwekt die het nodig heeft, een batterij nodig om energie op te slaan zoals een elektrische auto dat doet? Het hangt af van de fabrikant. Hoewel bepaalde FCV's uitsluitend werken met elektriciteit op aanvraag, hebben de meeste andere een aanvullend batterijpakket in situaties met een grote vraag of als reservevermogen als de brandstofcellen zonder waterstof komen te zitten.
Uiteraard is het accupakket bij een FCV veel kleiner, omdat dit niet de belangrijkste energiebron is. Je kunt verwachten dat deze ongeveer 5 tot 10% van de capaciteit en het gewicht van een typische EV-batterij zal bedragen, en dat deze veel minder ruimte in beslag neemt in het chassis.
Samen met het accupakket bedient een afzonderlijke accu van 12 volt een groot deel van de carrosserie- en veiligheidssystemen van de auto, wat het ontwerp van een elektrische auto weerspiegelt. Een DC-DC-converter houdt de 12 volt-accu volledig opgeladen. Naast het voeden van accessoiresystemen wordt de 12-volt batterij gebruikt om de auto te starten, waardoor het proces van de brandstofcelstapel wordt geïnitieerd.
Zijn waterstofauto’s de toekomst van autorijden?
Als brandstofceltechnologie voor elektrische voertuigen al sinds de jaren zestig bestaat, waarom heeft het dan zo lang geduurd voordat het algemeen geaccepteerd werd? Zou het echt de toekomst van de auto-industrie kunnen zijn? Houd er rekening mee dat elektrische auto's al vóór de 19e eeuw bestonden , en pas in het afgelopen decennium zijn ze echt breed geaccepteerd. Maar of brandstofcelvoertuigen ooit dezelfde mate van acceptatie zullen bereiken, is nog maar de vraag. Er zijn uitdagingen die zowel de ontwikkeling als de publieke perceptie van waterstoftechnologie belemmeren.
Ten eerste is er een veiligheidsprobleem. Bij elke nieuwe technologie bestaat er scepsis over hoe veilig waterstof is in voertuigen die ruim boven de 60 kilometer per uur kunnen rijden. Vooral bij waterstof kan de ramp met de Hindenburg in de hoofden van sommige mensen binnensluipen. Ondanks de ontvlambaarheid van waterstof is het echter 16 keer lichter dan lucht, dus als de brandstoftanks ooit lek zouden raken, zou het gas vrijwel onmiddellijk in de lucht verdwijnen.
De andere hindernis die moet worden overwonnen is de distributie. Momenteel zijn er landelijk minder dan vijf dozijn waterstoftankstations, vergeleken met ruim 6,600 DC-snellaadstations voor elektrische auto's en nog veel meer voor fossiele brandstoffen. Om waterstofenergie levensvatbaar te maken, moet een distributienetwerk worden ontwikkeld.
De derde uitdaging is het produceren van waterstof als brandstof. Het is duur om waterstofbrandstof te produceren, hoewel onderzoekers voortdurend op zoek zijn naar manieren om het gemakkelijker te maken. Er zijn doorbraken geweest bij het splitsen van waterstof uit zuurstofmoleculen in water, maar het opschalen ervan om voldoende te produceren voor een nationaal of internationaal netwerk zal tijd en middelen vergen.
Conclusie
Brandstofcelvoertuigen op waterstof zijn elektrische voertuigen die hun eigen elektrische stroom produceren in plaats van enorme hoeveelheden energie op te slaan in een batterijpakket. Ze zijn innovatief, efficiënt en schoon, maar er zijn uitdagingen bij de adoptie. Of ze een steunpilaar zullen worden in de auto- en transportindustrie valt nog te bezien, maar het zou een aantal van de problemen kunnen oplossen die BEV's met zich meebrengen, zoals tekorten aan materialen en het energieverbruik om batterijen te produceren.