Je leest:

Elektrische racemonster(tjes)

Elektrische racemonster(tjes)

Auteur: | 17 augustus 2009

Milieuvriendelijke racewagens. Het lijkt een contradictie, maar er bestaan echt scheurmonsters die geen grote roetwolken uitstoten tijdens de rondjes over het circuit. ’s Werelds eerste duurzame racewagens zijn karts die rijden op milieuvriendelijk geproduceerd waterstof. En het mooiste is: met een maximale snelheid van 120 kilometer per uur doen ze niet onder voor oude dieselkarts.

De Greenchoice Forze kart van de TU Delft is één van de eerste waterstofkarts ter wereld. Hier rijdt de kart een race langs de Erasmusbrug in Rotterdam.

In augustus 2009 vindt Formula Zero plaats, ’s werelds eerste waterstofrace. Lees hier het nieuwsbericht op Kennislink. Eén van de deelnemers is het Greenchoice Forze team van de TU Delft. In 2008 ging het team met hun waterstofkart als eerste over de finishlijn. Helaas kreeg het Nederlandse team in 2009 hun kart na de eerste race niet meer aan de praat. Het wagentje barst namelijk van de splinternieuwe technologie, en die wil nog wel eens kapot gaan.

De wagen van het Delftse Forze team werkt, net als de andere wagens, op elektromotoren die worden aangedreven door een brandstofcel. Dat is een behoorlijke stap in de andere richting ten opzichte van gewone (race)auto’s. Daar zit een verbrandingsmotor in die werkt op benzine of diesel. In plaats daarvan werken de Formula Zero wagentjes op duurzaam geproduceerde waterstof. Schoner dan fossiele brandstoffen, want het enige dat uit de uitlaat komt is water.

In Formula Zero rijden de wagens met een Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Deze brandstofcel zet waterstof om in water. Hierbij komt elektriciteit vrij. De anode zet waterstofgas (H2) om in ionen (H+) en losse elektronen (e-). De elektronen gaan via een draadje naar de kathode, maar komen onderweg eerst langs de elektromotor (M). De stroom elektronen is de elektriciteit die de motor aandrijft. Ondertussen gaan de waterstofionen door de elektrolyt (een membraan) heen naar de kathode. Hier reageren ze met zuurstof (O2) en de elektronen tot zuiver water.
Wikimedia Commons

Allemaal leuk en aardig, maar gaat het ook een beetje snel? De PEMFC zit bijvoorbeeld ook in waterstofbussen, en die zijn nou niet bekend om hun snelheidrecords. Toch valt de snelheid van de waterstofkart niet tegen. De Delftse wagen haalt met een vermogen van 8 kW (11 pk) 120 kilometer per uur en trekt in vijf seconden op van 0 naar 100. De maximale snelheid is volgens technicus Teunis Schuurman van team Forze vooral te wijten aan het gewicht van de brandstofcel. “Ondanks nieuwe technologie weegt de cel 58 kilo. Dat betekent dat onze kart dik 100 kilo zwaarder is dan een gewone kart.”

Het extra gewicht zit hem in alle extra’s die nodig zijn om zo’n brandstofcel draaiende te houden. Schuurman: “We hebben meerdere cellen in serie, dit heet de stack. Meer cellen betekent meer vermogen. Daarnaast heb je van alles nodig om de stack te laten draaien. Denk aan luchttoevoer, een filter en een compressor voor de zuurstof. Thermisch management is ook belangrijk: zo’n chemisch proces werkt alleen in bepaald temperatuurgebied. Deze werkt optimaal tussen 65 en 75 graden. Dan zit je met watermanagement. Er komt water vrij in de reactie en je moet het elektrolyt vochtig houden. Als het membraan indroogt, vervoert het geen waterstofionen meer. Dit alles is een lastige balans om te vinden. De technologie is in ontwikkeling, maar de ideale oplossing is nog niet gevonden.”

De Greenchoice Forze kart. 1) Waterstoftank. 2) Twee elektromotoren die de achterwielen aandrijven. 3) PEMFC brandstofcel. 4) Supercondensator. 5) Chassis. 6) Lichaam van duurzame, lichtgewicht materialen.

In de bochten en aan de start kan de waterstofkart de gewone kart wel verslaan. Een elektromotor laat de wielas namelijk hard draaien bij een laag toerental. Die draaikracht heet de koppel. Een kart met een verbrandingsmotor heeft bij lage toerentallen juist een lage koppel. De gewone kart trekt dus langzamer op en komt trager uit de bochten dan een waterstofkart met elektromotor. Helaas werkt de elektromotor op hogere toerentallen zichzelf tegen. Dan daalt de koppel en is de gewone kart weer in het voordeel.

Elk deelnemend team krijgt dezelfde brandstofcel, dus moest het Delftse team een slim trucje bedenken om een voorsprong te krijgen in de race. Dat trucje heeft de vorm van een supercondensator die energie opslaat uit de brandstofcel. Wanneer de wagen uit een bocht komt, stuurt de condensator een extra 30 pk naar de achterwielen. Daarnaast worden de twee achterwielen apart aangedreven door twee elektromotoren, zodat de draaicirkel in de bochten kleiner is en de kart niet slipt.

De Spaanse waterstofkart EUPLATECH2. Deze kart won tijdens Formula Zero 2008 de sprintrace.

Volgens Schuurman heeft racen op waterstof zeker een toekomst. “De ontwikkelingen gaan heel snel in de brandstofceltechnologie. Nu past een cel nog net in een kart, maar over vijf jaar is de cel misschien drie tot vier keer kleiner. De autoindustrie begint langzaam te leren wat het beste werkt. De cel in onze kart is bijvoorbeeld nu al verouderd! Over tien tot twintig jaar racen we niet alleen op waterstof, maar rijden er ook overal elektrische personenauto’s met een brandstofcel rond.”

Of de gewone autobouwers zo snel de waterstoftechnologie zullen omarmen is nog onzeker, maar de organisatoren van de autoraces zijn in ieder geval enthousiast. De Fédération Internationale de l’Automobile, de internationale federatie van verschillende nationale auto-, motorsport- en motorclubs, overweegt om Formula Zero het keurmerk ‘FIA approved’ te geven. Mocht dat gebeuren, dan is het een kwestie van tijd voordat Formule 1 een overtreffende trap krijgt: de Formula Zero.

Lees meer op Kennislink:

Lees meer over Formula Zero:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 17 augustus 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.