Nederland ligt eruit. Dat is het teleurstellende resultaat van de tweede race in Formula Zero, ’s werelds eerste racekampioenschap voor karts op waterstof dat deze maand in Engeland, Nederland, België en Spanje wordt gereden. Het team van de TU Delft kreeg hun kart niet meer op tijd aan de praat voor de race in het thuisland. Jammer, maar niet geheel ondenkbaar dat het zou gebeuren. De kart barst namelijk van de splinternieuwe technologie.

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 Formula Zero rijden de karts op elektromotoren, aangedreven door een brandstofcel. Dat is een behoorlijke stap in de andere richting ten opzichte van gewone (race)auto’s. Daarin zit een verbrandingsmotor op benzine of diesel. De brandstofcellen van de Formula Zero wagentjes daarentegen werken niet op benzine maar op duurzaam geproduceerde waterstof. Stukken schoner, want het enige dat uit de uitlaat komt is zuiver water.

Probleemgevallen

De racewereld is zo enthousiast over Formula Zero dat de internationale racefederatie FIA op het punt staat om het kampioenschap hun keurmerk ‘FIA approved’ te geven. “Als dat gebeurt”, zegt Formula Zero oprichter en organisator Eelco Rietveld, “dan zijn we een erkende competitie. We gaan de karts opschalen naar auto’s van 500 kilo, dan naar de Renault klasse van 750 kilo. Uiteindelijk moet Formula Zero dan met echte racewagens op waterstof groter worden dan Formule 1.”

Maar dat is makkelijker gezegd dan gedaan. Auto’s met brandstofcellen op waterstof zijn dan wel schoner en efficiënter in hun brandstofverbruik, autofabrikanten krabben zich nog steeds achter de oren hoe ze zo’n auto economisch haalbaar gaan maken. De grote probleemgevallen zijn de brandstofcellen en de waterstoftanks.

Gigantische gastanks

Een brandstofcel zet in een katalysereactie waterstof en zuurstof om in elektriciteit voor de elektromotor, met als enige restproduct water. Goedkope brandstoffen, want waterstof haal je uit water en zuurstof zit gewoon in de lucht. Maar deze katalyse werkt niet zonder kostbare katalysatoren als platina in de brandstofcel. Tel daarbij op dat je de huidige cellen vaak moet vervangen en je krijgt een auto met torenhoge onderhoudskosten.

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

Zelfs als fabrikanten uiteindelijk een cel vinden die lang mee gaat met een betaalbaar alternatief voor de platina katalysator, dan zitten fabrikanten nog met de opslag van het waterstof. Want het kleinste element laat zich niet zo makkelijk vangen. Waterstof komt bij kamertemperatuur alleen voor in gasvorm en wordt pas vloeibaar bij -250 ˚C. Omdat je gewone auto’s niet kunt uitrusten met gigantische gastanks of vriezers die koelen tot min 250 zoeken wetenschappers naar alternatieven.

Bijvoorbeeld in Eindhoven, waar onderzoeker Paul Vermeulen in april nog promoveerde op een nieuwe metaallegering die waterstof adsorbeert. Bij adsorptie bindt waterstofgas als een laagje aan het oppervlak van metaal. Zo neemt de ruimte die het waterstof inneemt drastisch af. Helaas past er nog te weinig waterstof op zo’n metaal, waardoor de tank al gauw te zwaar wordt voor de auto.

De waterstofauto is ondanks alle bezwaren niet onmogelijk. Zo rijden de Citaro-bussen in Amsterdam-Noord al jaren op brandstofcellen met waterstof.

Wikimedia Commons, Bart, CC BY 2.0

Wikimedia Commons, Bart, CC BY 2.0

Dealer

Gaat de waterstofauto ondanks deze problemen ooit doorbreken? De overheid hoopt van wel. Zo stelt het ministerie van VROM bezitters van een brandstofcelauto bijvoorbeeld vrij van aanschafbelasting (BPM) en motorrijtuigenbelasting. Toch pakt deze investering voorlopig duur uit voor de automobilist, want er zijn in Nederland nog maar een paar tankstations waar waterstof getankt wordt.

De wetenschap is optimistisch over de waterstofauto. De Zwitserse materiaalwetenschapper Louis Schlapbach, deskundige op het gebied van waterstofopslag, ziet zichzelf al rijden in zo’n wagen: “Er rijden al jaren bussen rond op waterstof en er zijn al zo’n 50 prototypes van personenauto’s getest. Het zou me niks verbazen als we over vijf jaar elektrische auto’s kunnen kopen die geheel door een brandstofcel op waterstof worden aangedreven.” Wie weet – misschien viert Barrichello zijn overwinningen dan niet met een fles champagne, maar met een glaasje water uit zijn eigen uitlaat.

Lees meer op Kennislink:

• “Brandstofcel pas na 2030 in auto’s”
• Lichtgewicht waterstoftank
• Queeste naar de ideale katalysator
• Op zoek naar de heilige graal
• Een einde aan olie

Lees meer over auto’s op waterstof:

• De commerciële toepassing op Yourenergy.net
• Het NRC rijdt een rondje in BMW’s waterstofauto
• Nu.nl: “Bussen op waterstof doorstaan proef in Amsterdam”