Elektrische auto komt er, het wachten is op de accu

In de Verenigde Staten wordt hard gewerkt aan de elektrische auto - niet omdat de autofabrikanten er zoveel in zien, maar omdat de overheid een Zero Emission Car wil. Maar sommige technici zijn echt enthousiast.

In december maakten de drie grote autofabrikanten van de Verenigde Staten - Chrysler, Ford en General Motors - bekend dat zij gezamenlijk een Nulemissie Auto (Zero Emission Vehicle) zullen ontwikkelen. Vanaf 1998 zal twee procent van alle in de staat Californië verkochte auto's geen uitlaatgassen meer mogen produceren; in het jaar 2003 zal dat percentage zelfs al tien procent moeten bedragen.

De aankondiging kwam enkele maanden nadat de fabrikanten met president Clinton hadden afgesproken om de Auto van de Toekomst te ontwikkelen. Het is niet duidelijk wat deze auto precies moet worden. Een zuinige of een nulemissie auto? De autofabrikanten weten het zelf nog niet. Tot op heden hebben zij nog niet de liefde willen verklaren aan de elektrische auto. Alternatieven zijn de waterstofauto en - niet helemaal emissieloos - de hybride auto, die naast een elektrische motor ook een verbrandingsmotor heeft.

Ook wordt er overal hard gewerkt aan brandstofcellen, waarbij brandstof rechtstreeks, dus zonder een verbrandingsmotor en een dynamo, in elektriciteit wordt omgezet.

Voor de nieuwe milieu-eisen in sommige Amerikaanse staten komen de brandstofcel en de waterstofauto evenwel te laat. Daarmee blijft alleen de elektrische auto als alternatief over.

Stimuleringsmaatregelen zoals die in Californië van kracht zullen worden zijn voor de auto-industrie onvoldoende. Een markt van 200.000 elektrische auto's in het jaar 2003 is voor de grote autofabrikanten voorlopig niet interessant genoeg.

Toch investeren de grote autofabrikanten fors in de ontwikkeling van elektrische auto's. Chrysler werkt in het kader van Project Destiny al enige tijd aan een elektrisch bestelbusje met een actieradius van 480 kilometer. Al eerder was er de zogenaamde TE-van, een bestelauto met een nikkel-ijzer-accu die een topsnelheid haalt van 105 kilometer per uur.

Ook General Motors heeft een elektrische bestelauto ontwikkeld, de G-van, met loodaccu's en een 43 kW gelijkstroommotor. De topsnelheid van deze bus, die al enige tijd op de markt is, bedraagt echter 85 kilometer per uur. Diezelfde bus is sinds kort ook als "hybride voertuig' beschikbaar - naast de elektro-motor is een kleine benzinemotor geïnstalleerd die de accu's bijlaadt.

General Motors en Ford hebben ook elektrische personenauto's ontwikkeld. In 1990 lanceerde GM de Impact. Deze sportwagen kan in minder dan acht seconden accelereren tot 100 km per uur. De twee 43 kW wisselstroom inductiemotoren die ieder een voorwiel aandrijven lopen op loodaccu's van Delco Remy, een dochter van GM. De topsnelheid van deze auto bedraagt 165 km/uur, de actieradius 190 kilometer. Ford's antwoord op de Impact is de Ecostar, een sportwagen die gebruik maakt van een driefasen 56 kW wisselstroommotor en natrium-zwavel accu's (hierover straks).

Hybride auto

Wil de elektrische auto echt met de benzine-auto concurreren dan zullen de accu's aanmerkelijk moeten worden verbeterd. Tenzij men kiest voor de hybride auto, een auto met twee motoren. Bij een parallelle opstelling kunnen de elektromotor en de verbrandingsmotor de wielen gelijktijdig aandrijven. Als de accu's vol zijn, kan voor de elektromotor worden gekozen - liefst in de stad waar geringe emissies belangrijk zijn en de snelheid laag is - terwijl bij buiten de stad de benzinemotor wordt gebruikt.

Bij opstelling in serie drijft de tweede motor een generator aan die elektriciteit levert aan de elektromotor of de accu's. De stad Los Angeles wil bestelauto's ontwikkelen die op dit principe zijn gebaseerd. Een joint venture van drie Zweedse bedrijven - ABB, Vattenfall en Volvo - werkt sinds kort ook aan dergelijke auto's. Echt schoon is deze oplossing natuurlijk niet.

De elektrische motoren zelf kunnen ook nog verbeterd worden. Wisselstroommotoren met een toerental van 15.000 omwentelingen per minuut zijn efficiënter dan gelijkstroommotoren van 4000 rpm. Verder kan de remenergie in de vorm van elektriciteit in de accu worden opgeslagen. Dit geeft al een besparing van 5 tot 10 procent.

Accu

Verbeteringen van de elektrische auto zullen vooral verbeteringen zijn van de accu. De accu die op dit moment het meest wordt gebruikt is de loodaccu. Loodaccu's hebben een lage energiedichtheid, een lange oplaadtijd en een groot gewicht. Een verbetering zijn accu's waarvan de elektroden zijn gemaakt van met lood bedekte gevlochten glasvezels. Deze accu's hebben een energiedichtheid van 41 tot 55 Wattuur per kg, in tegenstelling tot de 35 Wattuur/kg voor normale loodaccu's.

Ondanks de vele nadelen maken loodaccu's vooralsnog de beste kans, omdat ze betrouwbaar en goedkoop zijn. De meeste andere accu's zullen waarschijnlijk pas tegen de eeuwwisseling verkrijgbaar zijn.

Natriumzwavel accu's, zoals die worden ontwikkeld door ABB, zijn licht en goedkoop en hebben een hoge energiedichtheid: 85 tot 90 Wattuur/kg - tweemaal de capaciteit van een loodaccu. Maar de accu werkt alleen bij 300 graden Celsius.

Nikkel-ijzer accu's zijn duurzaam en hebben een hoge energiedichtheid, maar moeten telkens van water worden voorzien. Zink-lucht batterijen met een energiedichtheid van 100 Wattuur/kg worden reeds gebruikt in race-auto's, maar hebben een relatief korte levensduur.

Voor snelle acceleratie komen voorlopig alleen nikkelcadmium accu's in aanmerking. Opvallend is hun korte oplaadtijd: vijftien minuten. Nissan is lyrisch over deze accu's, en ze worden al gebruikt in de experimentele Peugeot 106 en de nieuwe Citroën-AX, maar de accu's zijn zwaar, de actieradius bedraagt slechts 100 km en cadmium is zeer giftig.

Lithiumaccu's

Een heel nieuwe categorie zijn lithiumaccu's. Deze accu's bestaan voor het grootste deel uit polymeren, een soort kartonplaten die in elke gewenste vorm kunnen worden gebogen, zodat ze weinig ruimte in beslag nemen. Het aantal combinaties is eindeloos: men kent lithium-aluminium-ijzersulfide, lithium-polymeer, lithium-ijzerdisulfide en lithium-aluminium-polymeer. Bellcore voegde daar onlangs nog de lithium-mangaan-oxide accu aan toe.

De drie grote autofabrikanten in de Verenigde Staten en het Amerikaanse Ministerie van Energie hebben al veel geld geïnvesteerd in de ontwikkeling van de lithium-aluminium-ijzersulfide accu. Deze accu's zijn ongeveer de helft lichter en kleiner dan loodaccu's en leveren veel vermogen voor snelle acceleratie. Auto's met dergelijke accu's hebben een actieradius van 500 km. Wel zullen er nog oplossingen moeten worden gevonden voor de warmte-afvoer, het explosiegevaar en de ingewikkelde produktie van de lagen polymeer. Vermoedelijk zullen deze accu's dan ook pas tegen het eind van deze eeuw commercieel geleverd kunnen worden.

Voorlopig zal dus naar alternatieven moeten worden gekeken. Een goede kans maakt de nikkel-metaalhydride accu. Die gebruikt een mengsel van tien metalen om vaste waterstof op te slaan. De accu heeft een geschatte levensduur van 20.000 kilometer en kan - wanneer men maar over voldoende vermogen beschikt - in slechts twintig minuten worden geladen. Auto's met nikkel-metaalhydride accu's accelereren in 15 seconden tot 160 km/uur. Vooralsnog zijn deze accu's duur: de kosten van een 1.2 volt accu bedragen 200 dollar per kilowattuur, voor de huidige accu's is dat 150 dollar.

John Ross is adviseur van Energy Conversion Devices, een bedrijf uit Michigan, dat claimt een van de beste accu's voor elektronische motoren ontwikkeld te hebben. Ross zegt dat die kosten wel omlaag zullen gaan naarmate er meer van worden verkocht. "Onze accu gaat tien jaar mee. Zelfs loodaccu's hebben niet zo'n lange levensduur. Als je onze accu weggooit heb je ook nog eens 3000 dollar aan materialen die kunnen worden hergebruikt.'

Honda, Varta en de Koreaanse bedrijven Samsung en Hyundai hebben de technologie inmiddels in licentie genomen. Het Japanse Hitachi Maxell maakt al nikkelmetaal-hydride consumentenbatterijen. "Ze zijn ideaal voor schootcomputers,' verzekert Ross.

Hoewel de grote autofabrikanten het onderzoek naar de accu grotendeels hebben gefinancierd, denken zij voorlopig nog niet aan commercialisatie ervan. Ross: "Ford heeft jarenlang geëxperimenteerd met natriumzwavelaccu's en dat is mislukt. Ze zijn kopschuw geworden. De autofabrikanten houden er niet van om onder druk gezet te worden. Ze hebben zich ook verzet tegen de regels zoals die nu in Californië worden geïntroduceerd. Maar ze moeten zich nu maar eens realiseren dat er geen weg meer terug is.'