De benzine voorbij; ELEKTRISCH RIJDEN WAS VAAK BETROUWBAARDER EN WINSTGEVENDER

Of een auto met een gecombineerde verbrandingsmotor en een generator, of een auto met brandstofcel. In de overgang naar de elektro-auto blijft de heersende autocultuur grotendeels intact.

ZOLANG DE AUTO bestaat zijn er mensen die een auto-met-verbrandingsmotor een mislukking vinden. Het wachten was op de elektro-auto, zonder zware accu's maar met een flinke actieradius en dito acceleratievermogen. Het idee dat zo'n auto bestaat werd kortgeleden nieuw leven ingeblazen door de marktintroductie van de EV-1, de elektrisch aangedreven superbolide van General Motors. De EV-1 was gemaakt voor de Californische markt, de grootste automarkt ter wereld. De Californische overheid wilde met ingang van volgend jaar autofabrikanten die auto's in Californie wilden verkopen wettelijk verplichten om 2% Zero Emission Vehicles (ZEV's) af te zetten. In 2003 zou 10% van de afzet uit nul-emissievoertuigen moeten bestaan. Het uiteindelijke doel, zo valt uit de commentaren van de California Air Resources Board (CARB) op te maken was een verbanning van de verbrandingsmotor uit een van de sterkst vervuilde staten van de VS.

De wet is er niet gekomen. De Californische autoriteiten zijn gezwicht voor het argument van Ford Chrysler en General Motors dat de accutechnologie nog niet rijp is voor de 2%-ZEV-regel. Dat is een vreemd argument. De elektrische auto in particulier bezit heeft voor de Eerste Wereldoorlog een korte en heftige bloeiperiode gekend. Daarvoor en daarna is de elektro-auto vooral bedrijfsmatig ingezet in zo groot mogelijke, stedelijke vloten (taxi's brandweerauto's, postauto`s) met door specialisten uitgevoerd onderhoud en een centraal uitgevoerde laadprocedure. Tussen 1909 en 1926 kon de Amsterdamse Atax een vloot van zo'n tachtig elektrische taxi's (met loodaccu`s) tot de meest winstgevende pijler van het bedrijf kon maken. In veel van deze historische voorbeelden was het elektrische alternatief ontegenzeggelijk betrouwbaarder en winstgevender.

De Californische overheid onderhandelt nu over een niet-bindend convenant met de auto-industrie. De discussie gaat daarbij over de vraag wat een ZEV precies is. Een van de voorstellen is om ook hybride auto's als ZEV aan te merken. Hybrides hebben een verbrandingsmotor voor de voortstuwing in schoon landelijk gebied en een elektromotor die rustiger aandrijft in vervuilde stedelijke omgeving.

Zo verandert de definitie van het nulemissie-voertuig. Illustratief is het onlangs in Brussel gehouden wereldcongres van de elektro-auto (EVS-15), waar vooral veel werd gesproken over de hybride-auto en de superaccu. Beide oplossingen zouden de elektrische aandrijving kunnen redden uit de kluisters van de niche-markt van de stadsauto. De superaccu moet de actieradius (tegenwoordig ongeveer 100 kilometer) vergroten. De ultieme superaccu is waarschijnlijk niet eens een accu maar de brandstofcel voor in de auto die Mercedes, Toyota en andere grote merken omstreeks 2004 op de markt willen brengen.

REACTIEPARTNERS

De brandstofcel heeft wel wat weg van de accu. Het is ook een elektrochemische energie-omzetter. Het verschil is dat de reactiepartners aan beide polen continu worden verbruikt en in de cel niet regenereerbaar zijn. De reactiepartners in een brandstofcel zijn zuurstof en waterstof, die over een katalysator tot water reageren en daarbij rechtstreeks elektrische stroom doen ontstaan wanneer uitwendig een belasting (een lamp, of een motor) wordt aangesloten. Het water dat vrijkomt is zo zuiver, dat astronauten in de Space Shuttle het kunnen gebruiken als drinkwater, als ze er tenminste een mineraalhoudend pilletje in gooien.

De auto haalt de zuurstof voor de cel uit de lucht.

Waterstof kan ofwel in een tank worden meegevoerd, of met een reformer worden gewonnen uit een wat gangbaarder brandstof, zoals alcohol of benzine. Nadeel van deze laatste omweg is dat de auto zelf dan ook het broeikasgas koolfdioxide uitstoot en dat de constructie gecompliceerder wordt. Voorlopig komt bij de centrale productie van waterstof uit fossiele grondstoffen dit broeikasgas ook vrij. Het rendement van een brandstofcel haalt echter makkelijk het dubbele van dat van de verbrandingsmotor.

Er zijn twee typen brandstofcellen in de race: de SPFC (solid polymer fuel cell) en de AFC (de alkalische cel). Het Canadese bedrijf Ballard, dat aan een SPFC werkt sloeg vorig jaar publicitair een grote slag door de aankondiging van een joint-venture, waarin Daimler-Benz en Ballard gezamenlijk 400 miljoen Duitse mark investeren. De samenwerking begon al in 1993 en leverde in 1994 het eerste prototype auto met brandstofcel op, de Necar I. In 1996 voegde Ford zich bij het consortium en vlak daarna ook Mazda. Onlangs heeft ook Shell zich bij dit machtige clubje aangesloten.

De Ballard-cel werkt met een duur, maar duurzaam teflonmembraan als elektrolyt (de stof tussen beide elektroden die wel ionen maar geen elektronen doorlaat, waardoor de elektronen worden gedwongen uitwendig door de belasting te stromen, waar ze vervolgens licht- of bewegingsenergie leveren). De Ballard-cel wordt ook wel PEM-cel (Proton Exchange Membrane) genoemd. Om deze een redelijk vermogen te laten halen moet er nu nog lucht door worden geblazen onder een overdruk van zo'n 3 bar. De compressor die daarvoor nodig is verbruikt energie en verlaagt het rendement enigszins. Het ontwikkelteam streeft naar lagere drukken (in de orde van 1,5 bar, en het liefst zelfs atmosferische druk).

Echt opzien baarde Mercedes vorig jaar op de autoshow in Frankfurt toen het derde prototype, de Necar III, gebaseerd bleek op de A-klasse (de baby-Benz). De brandstofcel paste met gemak in die kleine personenauto.

Toyota heeft een eigen PEM-cel in ontwikkeling, net als de aan Toyota gelieerde toeleverancier Aisin. Beide gebruiken een reformer voor methanol als brandstof. De reformers van Toyota en Daimler-Benz zijn op dit ogenblik de meest efficiente oplossing. Bij zo'n 250 graden Celsius maken zij uit stoom (H2O) en methanol en onder aanwezigheid van een katalysator waterstof en koolstofdioxide (en een beetje CO). Een andere route verloopt via het gedeeltelijk verbranden van koolwaterstoffen. Daarbij worden methanol, benzine of diesel-brandstof bij een luchttekort verbrand, zodat H2 en CO ontstaan. Deze reactie verloopt bij een veel hogere temperatuur, zelfs tot boven 1000 graad Celsius en wordt partiele oxidatie genoemd. Shell, die dit procede oorspronkelijk ontwikkelde voor grootschalige toepassing in raffinaderijen, heeft deze tweede route nu ook voor autotoepassingen in onderzoek. Als derde mogelijkheid wordt een combinatie van beide processen onderzocht. ECN, de katalysatorfabrikant Johnson Matthey en Volkswagen werken aan zo'n gecombineerd systeem, maar dan voor methanol als brandstof. Chrysler, dat vorig jaar al een vergelijkbaar procede voorstelde, laat de partiele oxidatie zonder katalysator verlopen. Johnson Matthey, Aisin en Shell gebruiken een katalysator.

ALKALISCHE CEL

Een geheel andere brandstofcel, de AFC, wordt door het Belgische ZEVCO ontwikkeld. Technisch directeur Eddy de Geeter roemt ruimhartig de compactheid van de PEM-concurrent, maar wijst op de afwezigheid van de overdrukcompressor als voordeel van de alkalische brandstofcel.

Hij wijst ook op het gebruik van het alkalische proces in de Space Shuttle een toepassing die bij uitstek voor dit brandstofceltype geschikt lijkt omdat daar zuivere zuurstof aanwezig is. Het koolstofdioxide, dat op aarde een belangrijk bestanddeel van de lucht uitmaakt, leidt namelijk tot een acute stilstand van het omzettingsproces en moet dus eerst uit de lucht worden gezuiverd.

Het teflonmembraan van de AFC, ondergebracht in een goedkoop, gespuitgiet kunststofframe, is door Elenco in samenwerking met het Nederlandse DSM ontwikkeld. In dit systeem vormt kaliumhydroxide (KOH) de elektrolyt die voor de koeling van het systeem wordt rondgepompt en tevens voor de verwijdering van het geproduceerde water zorgdraagt.

Kleinschalige ontwikkelingen, zoals die van ZEVCO, dreigen onder druk van het geweld van Mercedes en Ford naar de marge van het autotoneel te worden gedrukt. Daarom zoeken zowel ZEVCO als ECN naar nieuwe markten ook buiten de wegtransportsector. Daarbij kan men denken aan decentrale energie-opwekking in woningen of aan vloten van platformwagens op vliegvelden en schepen.

De achterliggende gedachte bij deze ontwikkelingen is onmiskenbaar: bij de overgang naar `elektrisch rijden' blijft niet alleen de bestaande brandstof-infrastructuur, maar ook de heersende autocultuur grotendeels intact. Daardoor wordt, voor de zoveelste maal in de autogeschiedenis, de wel degelijk mogelijke onmiddellijke invoering van bijvoorbeeld een stedelijke elektro-autovloot voor het goederenvervoer verwaarloosd. Daarom is het door de Rotterdamse wethouder Kuijpers op het EVS-congres in Brussel aangekondigde project zo interessant. Dat beoogt namelijk de invoering van juist zo'n vloot.

Het gaat om een proefproject van negen elektrische bestelauto's, gesteund met Europese subsidies en steun van Novem.

Soms lijkt het najagen van high-tech de invoering van een nuttige technologie in de weg te staan. Dat is jammer. Volgens de titel van het actieprogramma van de Novem gaat het om `stiller, zuiniger, schoner'. Of dat met elektrische of verbrandingsmotoraandrijving gebeurt, is secundair.