Is waterstof de toekomst voor auto’s?

Laten we beginnen met wat Elon Musk vijf jaar geleden hierover vertelde. (kijk vanaf 10:00 minuten)

“Fuel cell is fools cell”

We zijn inmiddels vijf jaar verder en als het verhaal van Elon niet zou kloppen, dan zouden we nu wel regelmatig waterstofauto’s op de weg tegenkomen.
Maar ook nu nog zijn er in Nederland niet meer dan een 250 waterstofauto’s en er is een handvol tankstations.
(ter vergelijking, er zijn bijna 120.000 (BEV) batterij elektrische auto’s en bijna 100.000 (PHEV) hybride autos.)

Gesprekken over elektrisch rijden worden wel eens afgekapt met de opmerking dat het allemaal tijdelijk is en dat waterstof de toekomst is.
“Laten we daar dan maar op wachten”  (en dus voorlopig maar in brandstofauto’s blijven rijden).

Wat zit hier achter?

Zonder er al te diep op in te willen gaan wijzen we erop dat elektrisch rijden voor bepaalde industrieën en bedrijfstakken een bedreiging oplevert.
Denk aan de olie industrie in al haar facetten, vanaf het zoeken naar olie tot en met het op een tankstation vullen van de tank en aan de gassector die graag hun bedrijven op de oude voet willen voortzetten. Waterstof is voor deze bedrijven een welkome oplossing, een strohalm.
Hoe langer de transitie naar elektrisch vervoer kan worden tegengehouden, hoe langer de oude businessmodellen geld blijven opleveren

Maar laten we het inhoudelijk bekijken.

Wat zijn de argumenten en in hoeverre kloppen die?

Hoe efficiënt is een waterstofauto?

Wil een waterstofauto kunnen zeggen dat hij schoon rijdt zal er groene waterstof getankt moeten worden.
Groene waterstof maak je uit groene stroom. Hoeveel is daarvan nodig?
Dan kun je goed vergelijken.

Waterstof reken je in kilo’s, elektriciteit in kWh.

Op een tank waterstof (5 kilo) kan een waterstofauto, zoals de Toyota Mirai, maximaal 500 km rijden.
Om een kilo waterstof te maken en op de benodigde druk van 700 bar te brengen zijn 65 kWh elektriciteit nodig.
Met die kilo rijdt de waterstofauto dus max. 100 km.

Je kunt die 65 kWh ook rechtstreeks in de batterij van een elektrische auto stoppen.
Model 3 rijdt op één kWh rond 6 km, afhankelijk van wat factoren als temperatuur, net als bij een waterstofauto.

Met de energie die nodig is om een waterstofauto 100 km te laten rijden
kun je een batterijauto bijna 400 km laten rijden.

Conclusie: een batterijauto is bijna vier maal efficiënter

Hieronder één van de vele schema’s, die allemaal op hetzelfde neer komen.

Een klassiek argument is dat een waterstofauto op een tank waterstof meer kilometers kan rijden dan een elektrische auto op een volle batterij.

Tot voor kort was dit een valide argument.

Elektrische auto’s hadden een bereik van 100, misschien 150, km terwijl een waterstofauto wel 500 km ver kan komen.
Ja, in die situatie was de waterstofauto beslist in het voordeel.

Maar de ontwikkelingen aan de kant van de batterijauto’s hebben niet stilgestaan. Als je het huidige aanbod ziet dan is er eigenlijk nauwelijks verschil meer. Neem als voorbeeld de Toyota Mirai, een waterstofauto. Deze kan vijf kilo waterstof tanken en kom daar op papier 500 km ver mee. Maar een auto als de Tesla Model 3, die in 2019 beschikbaar is gekomen en waarvan er in Nederland inmiddels een dikke 30.000 rondrijden heeft effectief een bereik van rond 500 km. In de zomer wat meer, in de winter wat minder. Net zoals de waterstofauto.

Model S Long Range 610 km

Bestel je een Tesla Model S in de Long Range versie dan heb je op papier een bereik van 610 km en een praktisch bereik van meer dan 500 km.

Het argument dat een waterstofauto per definitie verder komt dan een batterijauto is dus volledig achterhaald, zeker als we bedenken dat er auto’s als de Tesla Roadster aankomen die een bereik van rond 1.000 km halen.
Zelfs de Tesla semi, een volledig elektrische 40-tons vrachtwagen met oplegger, krijgt een bereik van meer dan 800 kilometer.

Die Tesla Roadster is dan nog een exotische (peperdure) sportwagen die we natuurlijk niet in grote aantallen op de weg gaan tegenkomen maar we kunnen erop rekenen dat ook de huidige batterijen nog sterk zullen verbeteren en over enkele jaren een range van 800 km en meer te verkrijgen zal zijn. Op batteryday medio 2020 kunnen we zeker spectaculair nieuws verwachten.

Het blijft natuurlijk de vraag of men echt zo’n grote range zal willen omdat het een stuk duurder zal zijn (immers, de batterij is het duurste onderdeel van de auto) maar wie het echt nodig heeft kan die range met een batterijauto gaan halen.

Natuurlijk zal ook het bereik van een waterstofauto door het gebruik van een grotere tank kunnen toenemen maar dat brengt technisch nogal wat met zich mee.

Conclusie: De batterijauto is wat bereik betreft superieur aan de waterstofauto.

Door de voorstanders van de waterstofauto wordt de korte “tanktijd” van een waterstofauto geprezen.

Op zich is dat terecht. Als een waterstofauto bij een waterstofstation is aangekoppeld dan kan hij binnen enkele minuten volgetankt zijn en zijn reis vervolgen. Een gemiddelde batterijauto daarentegen staat misschien wel een half uur te laden aan een snellader. Maar ook hier gaan de ontwikkelingen met batterijauto’s snel. De nieuwe goedkopere versies zoals bijv. de Tesla Model 3 laden aan de nieuwste SuperChargers met een snelheid van meer dan 1.500 km per uur. Na een kwartier laden zit er al weer 350 km lading in de accu.

Los van deze wat theoretisch ogende cijfers is het interssant om te kijken hoe nu de praktijk eruit ziet.

Een batterijauto kan overal tanken

We zien dan meteen het eerste grote verschil en daardoor ook grootste voordeel van de batterijauto. Deze kan namelijk overal waar een stopcontact is, of welke elektrische aansluiting dan ook, opladen. Waar een waterstofauto elke te rijden kilometer moet “inkopen” bij een waterstofstation en daar voor elke tankbeurt heen moet rijden, kan een batterijauto in beginsel alle momenten dat hij stil staat gebruiken om de batterij bij te laden.

Dat kan, als daar ruimte voor is, om te beginnen gewoon thuis. Na een dag met veel kilometers wordt de auto thuis aangekoppeld en laadt bij terwijl de bestuurder slaapt zodat beiden de volgende dag weer opgeladen kunnen beginnen. Vaak, en daarvoor komen steeds meer voorzieningen omdat het verplicht gesteld gaat worden, kan men bij het bedrijf waar men werkt laden. Of bij een winkelcentrum, de sportschool, een pretpark (zo heeft de Efteling 52 laadpunten voor elektrische auto’s), een vakantiebestemming, parkeergarage of gewoon langs de stoep bij een laadpaal. In al deze situaties hoeft de bestuurder er niet bij te blijven staan.

Pas bij een lange rit, waarbij hij niet uitkomt met de range van de auto (wat steeds minder voor zal komen naarmate de range groter wordt) zal hij aangewezen zijn op een snellaadstation onderweg.
Maar, laten we eerlijk zijn, dan heeft hij er al wat uurtjes opzitten en wel een pauze verdiend. Naar de WC, een bakje koffie, kleine snack.

Dat geldt ook voor de bestuurder van de waterstofauto. Alleen, hij moet bij de auto blijven totdat hij vol is, dan de auto gaan parkeren en kan dan pas beginnen aan zijn pauze. Bij elkaar is hij nagenoeg net zoveel tijd kwijt als de bestuurder van de elektrische auto, die direct na het koppelen van zijn auto aan de snellader aan zijn pauze kan beginnen. En dat snelladen zal ook steeds sneller gaan, niet alleen met Tesla’s maar ook voor alle andere merken.

De conclusie kan niet anders zijn dan dat de bestuurder van de batterijauto zelfs veel minder tijd kwijt is aan het laden van zijn auto dan de bestuurder van de waterstofauto aan het tanken. Immers, deze kan alleen maar tanken aan het waterstofstation en niet, zoals de batterijauto, op bijna elke plaats waar hij geparkeerd staat.

Er speelt nog iets, dat is de beschikbaarheid van het waterstofstation. Wat heb je aan 2 minuten tanktijd als je er flink voor moet omrijden, als het tegenzit dan ook nog op je beurt moet wachten of wachten tot het tankstation weer “op druk” is.
(dit komt nog uitgebreid aan de orde bij het bespreken van de laadinfrastructuur)
Maar eerlijk is eerlijk, mocht het een keer zo zijn dat je echt haast hebt en direct weer verder moet en zelfs geen tijd hebt voor een kleine pauze, dan kun je met een waterstofauto in het voordeel zijn.
Je moet met je waterstofauto dan niet als derde of vierde auto in de rij voor het waterstofstation staan want je moet dan een half uur wachten tot de waterstofbuffertank weer tot 700 bar is gecomprimeerd.

Conclusie: Een waterstofauto kan sneller tanken maar met een batterijauto ben je minder tijd kwijt.

Zoals benzine-en dieselauto’s van tijd tot moeten tanken om te kunnen blijven rijden, zo moeten waterstofauto’s en batterij-auto’s er ook voor zorgen dat ze aan hun eigen “brandstof” komen. Anders is het snel “einde verhaal”.

Benzine en dieselauto’s (ter vergelijking)

In de afgelopen dik 100 jaar, zolang kennen we al de benzine- en dieselauto’s, is er een fijnmazig net van tankstations ontstaan. We hebben in Nederland meer dan 4.000 tankstations. Deze tankstations vinden we overal, langs de snelwegen, langs provinciale wegen, in dorpen en steden, ook binnen woonkernen tot zelfs af en toe binnen in een parkeergarage. Deze stations moeten natuurlijk bevoorraad worden met benzine/diesel/autogas en daarvoor is een hele industrie ontstaan.

De brandstof moet worden gemaakt uit olie, en met tankwagens bij deze tankstations worden bezorgd. Dat werkt best goed. Er moet heel wat gebeuren wil daar iets mis gaan. Pas als er een schaarste is, die dan meestal is veroorzaakt door politieke omstandigheden of stakingen, gaat men er iets van merken.

Waterstofauto’s

Voor waterstofauto’s geldt ook dat, om te kunnen (blijven) rijden, een bezoek moet worden gebracht aan een waterstofstation.
Op dit moment hebben we in Nederland 8 waterstofstations.
Dat is natuurlijk veel te weinig want, tenzij je bij toeval heel dichtbij één van deze stations woont, om te gaan tanken heb je al een flink deel van je brandstof opgebruikt, nog even los van de tijd die daarmee gemoeid is.

Uiteraard is er, zoals de waterstoflobby stelt, sprake van de bekende “kip en het ei” situatie en worden we gerustgesteld met de aankondiging dat het aantal stations uitgebreid gaat worden.
Daarmee is men ook concreet. Het is de bedoeling dat er in 2020 een aantal van 20 waterstofstations operationeel zou zijn.
De overheid (vraagt iemand zich wel eens af waarom deze toezeggingen van de overheid komen? Hoe zit het met de markt?) heeft als streven gesteld dat er in 2025 een aantal van 50 waterstofstations zal zijn.
Daarmee zal het aantal waterstofauto’s vanzelf gaan toenemen. Op dit moment zijn er in heel Nederland rond 100 waterstofauto’s, grotendeels in gebruik bij lokale overheden en bedrijven die actief zijn in de waterstofbranche (en daar uiteraard belang bij hebben).
Deze auto’s worden ook lokaal ingezet, als ze al rijden.

Maar laten we even kijken naar 2020. Nederland is ruim 43.000 km2 groot. Zouden er 20 stations zijn dan is er eentje per, gemiddeld genomen, ruim 2.000 km2. Dus het blijft nog steeds een flinke trip naar zo’n station. Zelfs met 50 stations is de dichtheid erg beperkt, zeker als je het naast de ruim 4.000 tankstations voor benzine/diesel legt.

Batterijauto’s

Deze hebben een aantal voordelen meegekregen. Zo is de brandstof dezelfde als waarop onze televisie, de koelkast, de stofzuiger, ofwel ons hele huishouden draait. De elektrische auto kan daar gewoon bij worden ingeplugd, in een gewoon stopcontact. Om te laden is het al voldoende als men kan laden met een stroomafname die niet veel meer is dan die van een elektrisch kacheltje.

Een aantal van de elektrische auto’s heeft dit als standaard, we spreken dan van éénfase laden.

Veel huizen hebben (of zijn voorbereid op) een driefasen aansluiting. Met een tamelijk eenvoudige lader kan men dan sneller laden waardoor een auto in enkele uren kan worden bijgeladen. Komt men in de avond thuis en stelt men hem in dat hij om half twee in de nacht start met laden dan kan men om half negen wegrijden met een kleine 400 bijgeladen kilometers. Sommige auto’s laten thuis zelfs een nog hogere laadsnelheid toe waarmee, afhankelijk van het aantal ampères per fase, de laadsnelheid zelfs verdubbeld kan worden. De snelste thuisladers, prijs rond 500 euro, kunnen in drie uur 400 km bereik bijladen met de juiste stroomsterkte (3 x 32A) en uiteraard een auto die die 22 kW aan kan).

Daarnaast kan men de eigen stroom opwekken met zonnepanelen.

We zien hier gelijk het grote voordeel van een elektrische auto. Deze kan overal laden, want overal is er wel een stopcontact. Maar de thuissituatie, we kunnen dit ook doortrekken naar het bedrijf waar men werkt, is slechts het begin.

Er is in de afgelopen jaren een uitgebreid laadnetwerk van openbare laadpunten ontstaan. Deze leveren nagenoeg allemaal de laadsnelheid waarmee rond 50 tot 100 km per uur kan worden bijgeladen. Het gaat te ver om te zeggen dat ze op elke straathoek te vinden zijn maar je hoeft niet lang te zoeken.

Bedrijven zien ook het nut in van een goede laadinfrastructuur en zorgen voor laadaansluitingen voor hun klanten zodat deze naar hun bedrijf gelokt worden. De meeste winkelcentra hebben een aantal laadpaaltjes staan zodat je tijdens het winkelen kunt laden.

In de meeste gevallen is dat voldoende, zeker als je elke ochtend met een 400 km aan boord op pad kunt gaan. Maar soms is dat niet snel genoeg. Stel dat je op reis gaat, zoals naar bijvoorbeeld de Alpen, of als je een werkdag hebt met een groot aantal kilometers, dan is het niet handig om vele uren lang door te brengen bij een laadpaal. En dat is waar de snellader in beeld komt. Met de snellader kun je aanzienlijk sneller laden.

Natuurlijk is het dan wel belangrijk dat er een net van snelladers is gebouwd waarmee men de meest gebruikelijke routes kan rijden. Daar wordt hard aan gewerkt. Zo heeft Tesla haar netwerk van Superchargers (ruim 400 stations) waarmee je door heel Europa kunt rijden en waar bijvoorbeeld de Tesla Model 3, die we nu op de weg zien, het laden begint met een laadsnelheid van ruim 1500 km per uur (met de Supercharger versie 3) . Een korte pauze, met een kop koffie, wat mails wegwerken is voldoende om snel weer verder te kunnen.

Naast Tesla kennen we het netwerk van Fastned dat zich ook snel uitbreidt en diverse andere aanbieders. In Europa wordt door een conglomeraat van autofabrikanten het zogenaamde Ionity laadnetwerk gebouwd.

De snelheid waarmee geladen wordt neemt ook toe bij elke technische verbetering. Het zal niet zo lang duren voordat men nauwelijks meer tijd nodig heeft om te laden dan een benzine auto om te tanken, zeker omdat na een paar uur rijden elke bestuurder wel behoefte heeft aan een korte pauze.

Conclusie

Als we dit allemaal zo overzien is het duidelijk dat, door het dichte netwerk, de benzineauto goed uit de voeten kan en dat de elektrische auto door het voordeel van het “overal” kunnen laden dicht in de buurt komt (als je thuis kunt laden hoef je zelfs niet meer langs een “pomp” wat de meest ideale situatie is).

Wat de waterstofauto betreft kunnen we alleen maar vaststellen dat deze eigenlijk alle voordelen mist. Alleen hierom al is het begrijpelijk dat de waterstofauto niet aanslaat.
Eén station per 2.000 km2 is immers niet realistisch.

Stelling: Waterstofauto’s zijn lichter omdat ze geen grote batterij nodig hebben.

Klopt dit?

Is een elektrische auto zwaarder dan een waterstofauto?
Dat wordt namelijk vaak beweerd en dan heeft men het altijd over de batterij als ‘boosdoener’.

De cijfers spreken voor zich:

Waterstofauto’s

Hyundai Nexo weegt 1789kg

Een Toyota Mirai weegt 1925 kg.

Batterij auto

De Tesla Model 3, de zwaarste versie, weegt 1847 kg

Conclusie: een waterstofauto is niet lichter dan een batterij auto en naarmate de batterij verder wordt ontwikkeld zal het gewicht afnemen.

Kosten

Wat zijn de brandstofkosten van waterstof- en elektrisch rijden?

Benzine en diesel (ter vergelijking)

De brandstofkosten van het rijden op benzine zijn wel bekend.

Een liter benzine kost ruwweg € 1,60 en daarop rijdt men in de praktijk gemiddeld 12 km. Per kilometer zijn de brandstofkosten dan 13 tot 14 cent.

Elektrisch

Voor een elektrische auto is het antwoord niet zo eenduidig te geven. Wel kunnen we als uitgangspunt nemen dat een elektrische auto op een kWh (kilowatt uur, de eenheidsaanduiding bij elektriciteit) in de praktijk zo’n vijf tot zes kilometer kan rijden. De recente modellen, zoals de Tesla Model 3 en de Hyundai Kona, zijn zelfs nog iets zuiniger, maar laten we uitgaan van 5 km.

Het wordt wat lastig om “in zijn algemeenheid” een prijs per kilometer te noemen omdat dat afhangt van de prijs per kWh.

Nemen we het standaardtarief in een woonhuis dan zitten we rond de 20 cent per kWh. Dat brengt de stroomprijs op dik 4 cent per kilometer. Maar komt men door het gebruik van de auto in het grootverbruikerstarief dan is de energiebelasting een stuk lager en zakt de km prijs naar 2 tot 3 cent. Laadt men op het bedrijf dat een grote stroomafnemer is dan betaalt het bedrijf bijna geen energiebelasting en kost het rijden zelfs nog minder dan 2 cent per km. Het is duidelijk dat deze prijzen hoger worden wanneer men laadt op het openbare net. De meeste prijzen liggen ergens midden in de 30 cent per kWh. Bij snellaadstations ligt het nog wat hoger, afhankelijk van de aanbieder. Bijvoorbeeld Tesla rekent voor haar Superchargers 25 cent per kWh.

Waterstof

Met de waterstofauto is het weer een stuk eenvoudiger. Aan de pomp kost een kilo (we rekenen daar in kilo’s) op dit moment € 10,00. Daarmee rijdt een waterstofauto in de praktijk 80 tot 100 km. Dus de prijs per kilometer ligt op iets meer dan 12 cent, vergelijkbaar met de kosten van de benzine auto.

Uiteraard wordt beloofd dat deze prijs snel zal dalen en men heeft daar allerlei onderbouwingen voor maar zover is het nog lang niet. Op deze onderbouwingen gaan we overigens nader in bij de prijs van waterstof.

Accijnzen en belastingen

Voordat we tot een conclusie komen moeten we nog één aspect noemen. Een heel belangrijk aspect.

In de benzineprijs zit een groot deel accijns. Het vaste bedrag per liter op benzine bedroeg in 2018 78,6 cent, op diesel 49,8 cent en op LPG 19 cent. (Bron ANWB).

Bij elektriciteit wordt de prijs uiteindelijk bepaald door de energiebelasting. Deze ligt op afgerond 12 cent per kWh voor de eerste 10.000 kWh, daarboven op 6 cent. (Bron Gaslicht.com). Zoals we zien is deze belasting, uitgedrukt in procenten van de basis kWh uur, een fors deel van de prijs van elektriciteit. Een kWh stroom kost kaal rond 6 cent (Bron CBS).

De waterstofprijs is (nog) vrijgesteld van accijnzen. Dat betekent dat de overheid niets verdient op waterstof aan de pomp en we kunnen op onze vingers natellen dat dit zal veranderen. Dat maakt op waterstof rijden straks, als de subsidiebron opdroogt, veel duurder.

Tenslotte, dat wordt ook erkend, is de huidige waterstof afkomstig uit aardgas (grijze waterstof) en dus niet schoon. Voor het maken van groene waterstof is veel stroom nodig waardoor de prijs per kg fors gaat stijgen.

Zetten we de kosten onder elkaar, waarbij we de belastingen even wegdenken om een goede vergelijking te kunnen maken, dan zien we deze kosten per 100 gereden kilometers.

  • Waterstof (grijs): 1 kg/100km a 800 ct = €8,00
  • Benzine: 6 l/100km a 60 ct – €3,60
  • Diesel: 5 l/100km a 60 ct – €3,00
  • Stroom: 20 kWh/100km a 7 ct – €1,40

Schone waterstof?

Waterstof is pas schoon als deze wordt gemaakt uit groene stroom.

Het zal echter nog tot 2040 of nog later duren voordat we een relevant overschot aan groene stroom zullen hebben.

Tot dan zal waterstof ofwel uit aardgas gemaakt worden, de z.g. grijze waterstof, ofwel uit groene stroom die dan onttrokken wordt aan andere toepassingen, die daardoor weer moeten terugvallen op stroom uit gas- of kolencentrales.

Dat klinkt een beetje als “lood om oud ijzer” maar dat is schijn.

Nemen we de eenvoudige vergelijking tussen het rijden van 1 km op stroom uit een batterij en dezelfde kilometer op waterstof dan heeft waterstof drie maal zoveel (al dan niet groene) stroom nodig.

De route via waterstof kost 3 tot 4x zoveel duurzame energie als de rechtstreekse route via het laden van accu’s.

Je verliest al 30% in de electrolyser en nog eens 50% in de brandstofcel. Er blijft uiteindelijk maar 20% van de energie voor de voortstuwing over.

Wat als morgen….

Stel dat morgen alle personenauto’s in Nederland elektrisch rijden.  Volgens het CBS zijn er nu 8.4 miljoen personenauto’s in Nederland.

Daarvoor zijn dan 500 windmolens van 8 MW nodig.

Zouden diezelfde auto’s op waterstof rijden, dan zijn er meer dan 1.000 windmolens extra, dus in totaal 1.500 windmolens nodig.

Zo’n 8 MW windmolen kost 14.000.000 euro. Totaal zou er dus 14.000.000.000, ja echt 14 miljard euro, meer moeten worden uitgegeven om hetzelfde aantal kilometers met waterstof te rijden. En daar blijft het niet bij. Het ‘duurzaam’ maken van waterstof via elektrolyse kost 4 – 5x meer dan met de huidige steam reforming. Voor elke euro investering in een elektrolyser, reken op 1000 euro per te verwerken kWh, is 6x zoveel geld nodig om de benodigde windmolens te bouwen. Naast de 14 miljard euro voor de windmolens is er ook nog 2,33 miljard nodig voor de elektrolysers.

Conclusie: groene waterstof is geen realistisch scenario

Zie ook deze Tweets van Auke Hoekstra