Drie belangrijke vragen over elektrische auto’s beantwoord

Dat de elektrische auto moet gaan doorbreken is inmiddels wel voor iedereen duidelijk. Maar niet alle auto’s die op stroom rijden maken gebruik van de zelfde technologie. Daarom zetten we hier de belangrijkste vragen over elektrische auto’s op een rijtje en beantwoorden deze met een overzicht van feiten en resultaten van onderzoeken.

1 Welke e-auto technieken zijn er en welke gaat doorbreken?

Alle alternatieve energiebronnen die op dit moment ontwikkeld zijn of worden, leiden uiteindelijk tot een auto op stroom. Na een trage start rond 1900 en in de jaren 70 met respectievelijk een ijzerbatterij en een loodaccu zijn er nu drie varianten werkend: waterstof, batterijen en flow-cell. De afgelopen twee jaar zijn er verschillende onderzoeken gedaan naar dit onderwerp. Ook zijn er talloze blogs over geschreven. Allemaal kwamen ze tot dezelfde conclusie: batterijen zijn op dit moment het beste alternatief. Maar de techniek ontwikkelt zich zo snel dat dit over een jaar al anders kan zijn.

Waterstof auto’s maken gebruik van een brandstofcel die waterstof in contact brengt met zuurstof. Die reactie levert stroom die wordt opgeslagen in een batterij en waar de auto vervolgens op kan rijden. Waterstofauto’s maken is volgens Elon Musk (topman van Tesla) verschrikkelijk dom. Om waterstof te produceren is veel stroom nodig (die natuurlijk duurzaam moet worden opgewekt), vervolgens is stroom nodig om de waterstof samen te persen voor vervoer, er is stroom (of benzine) nodig om de waterstof naar een tankstation te brengen, om het onder hoge druk te bewaren en bij iedere stap verlies je een deel van de energetische capaciteit. Vervoer van waterstof is gevaarlijk door de explosieve eigenschappen. Al met al bereik je bij waterstof een rendement van 25% van de energie die je er oorspronkelijk instopte.

Maar je krijgt wel een actieradius van ca. 500 kilometer en je kunt gebruik maken van de bestaande infrastructuur van tankstations. Dus als de waterstof duurzaam wordt geproduceerd dan kan de waterstofauto een goede vervanger zijn voor bestaande auto’s.

Bij auto’s op batterijen moet de stroom eerst elders worden opgewekt en vervoerd naar de batterij. Ook dit levert het nodige conversieverlies maar is wel vele malen efficiënter dan bij waterstof. Ook is bij batterijen de mate van duurzaamheid afhankelijk van de bron van de stroom. Bij winning van grondstoffen voor en de productie van de batterijen ontstaat een behoorlijke CO2 belasting.

Batterijen gaan volgens onderzoek tot wel 20 jaar mee afhankelijk van de temperaturen waaraan de accu wordt blootgesteld. Boven de 30 graden ondervindt de accu schade. Afhankelijk van hoeveel batterijen er worden gebruikt is het bereik van de auto groter of kleiner. Maar hoe meer batterijen in een auto worden gestopt, hoe zwaarder deze wordt en dat heeft weer invloed op de afstand die deze kan afleggen.

In een blog van Treehugger werd deze analyse ook gemaakt om tot dezelfde conclusie te komen. Zij verwijzen naar twee onderzoekers die de verschillende eigenschappen van batterij- en waterstof auto’s in een helder overzicht hebben geplaatst. Hieruit kan geconcludeerd worden dat batterijen een grotere kans hebben om door te breken. In Azië heeft Japan overigens voor waterstof gekozen en Korea voor batterijen. Dus het betekent niet dat waterstof auto’s niet op de markt komen.

Flow-cell auto’s zijn weer een heel ander verhaal en staan eigenlijk nog in de kinderschoenen. Maar omdat de auto en de techniek zo fantastisch zijn én bewezen werken toch even wat aandacht hiervoor. De flow techniek maakt  gebruik van zout water in twee aparte tanks. Via een flow-cell membraan worden de twee vloeistoffen met elkaar in contact gebracht waarbij de uitwisseling van ionen energie oplevert. Alleen Nano Flowcell AG, het bedrijf achter de verschillende Quant modellen, heeft deze techniek in een auto gestopt.

De flow-cell moet een grotere actieradius, tot meer dan 1000 kilometer, opleveren. Voor de vloeistoffen kan gebruik worden gemaakt van de bestaande infrastructuur. Een groot voordeel is dat er geen schadelijke uitstoot en geen schadelijke brandstof nodig is. Het zoute water zou bij wijze van spreken gewoon in de sloot kunnen worden gegooid. Er zijn nu drie modellen geproduceerd en deze zullen eind 2016 in een beperkte oplage op de markt komen. Doordat deze techniek geen brandstof-infrastructuur heeft is de kans op een doorbraak erg klein.

2 Kan ons elektriciteitsnetwerk de vraag van elektrische auto’s wel aan?

In de Volkskrant stond onlangs een opiniestuk over de haalbaarheid van een volledige omwenteling van alle transport naar elektrisch. Het artikel lokte een interessante discussie uit op de site van de Volkskrant en daar buiten. De schrijver van het artikel, Jaap van Driel, stelde dat er voor de omschakeling naar volledig elektrisch 60 miljard kWh stroom nodig was. Vervolgens berekende hij het aantal benodigde zonnepanelen (400 miljoen) en windmolens (10.000). Interessant aan het artikel was de tijdsfactor. Om over twintig jaar in staat te zijn emissievrij te rijden moeten de komende twintig jaar er iedere dag 50.000 zonnepanelen worden geplaatst .

Uit de reacties op het artikel bleek dat er van alles op de berekeningen af te dingen was. Maar vooral dit punt was inzet van het artikel in de Volkskrant. Van Driel plaatste dan ook vraagtekens bij de haalbaarheid. Maar de meeste reacties herhaalden de berekeningen en kwamen op alle vlakken lager uit, zowel voor de energiebehoefte van elektrisch vervoer als voor de benodigde opwekkingscapaciteit.

Jasper Vis en Henri Bontebal hadden op twitter een discussie over het item waarna Henri op de achterkant van een bierviltje een berekening maakte die Jasper in een blog verwerkte. Zij gaan, na enige discussie uit van een royale 0,25kWh per kilometer (Henri kwam bij de BMWi3 op 0,15kWh/km). Met de berekening komen zij op serieus lagere aantallen voor benodigde opwek. 1200 windmolens of zonnepanelen op de helft van de beschikbare daken in Nederland. Met deze aantallen wordt de opwek een haalbare en niet onmogelijke zaak. De tijdsfactor is in dit blog niet vermeld en blijft belangrijk.

Een ander punt wat zowel in de reacties als in de blog van Jasper Vis wordt vermeld is de stand der techniek. Harry Romijn vergelijkt onze huidige positie op vervoer met die van datageheugen 30 jaar geleden. Met de kennis van 30 jaar geleden zou er voor het vervoer van 3 terabyte aan data 450 kilometer aan floppydisks nodig zijn. Nu kan deze hoeveelheid op een schijfje dat in je broekzak past. We mogen verwachten dat de technologie zich snel zal blijven ontwikkelen en dat elektrische auto’s binnenkort verder kunnen rijden op minder energie en daar kleinere accu’s voor nodig hebben die langer meegaan.

3  Zijn elektrische auto’s zuiniger dan auto’s op fossiel?

De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) heeft aan TNO gevraagd om uit te zoeken hoe het nu zit. TNO leverde recent een rapport af waarbij de productie van fossiele en elektrische auto’s van ‘well to wheel’ is onderzocht. Van winning van grondstoffen tot kilometers op de weg. In Amerika is in 2015 een zgn. cradle to grave onderzoek uitgevoerd door de Union of Concerned Scientists.

Uit beide onderzoeken blijkt dat elektrische auto’s op groene stroom een aanzienlijk lagere uitstoot hebben over de hele levenscyclus. In het rapport van TNO staat een duidelijk staafdiagram (zie hiernaast, klik er op voor een grotere versie) waarin het verschil zichtbaar is gemaakt.

De productie van de batterij, inclusief winning van grondstoffen, vormt volgens de onderzoeken de grootste CO2 belasting. Maar dat gaat veranderen. Tesla werkt in Europa samen met Umicore aan recycling en bereikt een scheidingspercentage van 90%. Hier vind je een overzicht van het scheidingsproces. Door scheiding kan een CO2 uitstootsbesparing tot wel 70% plaatsvinden. De verwachting van Tesla is dat de productie van batterijen verder geoptimaliseerd kan worden en grotendeels met gerecycled materiaal kan plaatsvinden. Lithium is goed te scheiden en opnieuw te gebruiken. Ook andere belangrijke grondstoffen zoals kobalt zijn door Umicore goed te scheiden voor hergebruik. Behalve CO2 winst is er ook sprake van economische winst.

Wat brengt de toekomst? Veel wijst in de richting van accu’s mits de doorontwikkeling voldoende vooruitgang boekt. Maar het is niet ondenkbaar dat er verschillende systemen naast elkaar gaan ontstaan, ook afhankelijk van het gebied waar een auto wordt gebruikt. Zo zou waterstof toch in het voordeel kunnen zijn in uitgestrekte en dunbevolkte gebieden. We houden de vinger aan de laadpaal.

Sjoerd Kaarsemaker