Wat wordt de motor van de toekomst?

Elektrische auto’s waren er een eeuw geleden al. Die werden niet populair vanwege de geringe actieradius. De loodaccu’s van toen waren te zwaar en konden te weinig energie opslaan. De lithium-accu’s van tegenwoordig hebben een veel hogere energiedichtheid. Bij auto’s is een actieradius van 400 km al normaal, bij motorfietsen zitten we rond de 175 km. Verder wordt de laadtijd wordt door velen als een probleem gezien. Snelladen verkort dat, maar het verkort ook de levensduur van de accu. Accufabrikanten zijn bezig met solid-state varianten, die tot 20 x meer capaciteit hebben. Dan zijn die problemen Fossiele brandstoffen zijn het probleem, niet de verbrandingsmotoropgelost, als het ze daadwerkelijk lukt. Maar er zijn nog wat andere problemen met lithium accu’s. Ze hebben de halve capaciteit als het koud is en bij te veel warmteontwikkeling dreigt een thermal runaway: dan kunnen ze in brand vliegen. Blussen kun je ze niet. Bovendien is zo’n lithium-brand zo heet, dat het beton kan beschadigen. Niet handig als dat op de onderste verdieping van een flatgebouw gebeurt. 

De “Grid”

Dan is er nog een heet hangijzer: het elektriciteitsnet of “de grid”. De laatste tijd merken we dat de grid “vol” zit, het kan de stroom van alle zonnepanelen en zonneparken niet aan. Wat gebeurt er als iedereen om zeven uur thuiskomt en zijn mobiliteitsmiddel aan de lader legt? Volgens sommigen roken de elektriciteitshuisjes er dan uit. Volgens anderen zijn deze rijdende accu’s nou net de oplossing. Ze staan gemiddeld meer dan 20 uur per dag stil, dus kunnen ze prima voor opslag “in de wijk” dienen en zo het net juist kunnen ontzien. Daarvoor moet je voertuig wel “bidirectioneel” kunnen laden, de lading moet er ook uit te halen zijn. Verder moet de grid dan “smart” worden. Je voertuig moet wel volgeladen zijn als jij lekker wilt gaan sturen en dat moet dus computergestuurd geregeld kunnen. Maar dat vereist visie van politici en daar schijnen ze in Den Haag nou net niet over te beschikken.

Waterstof

Energie kun je ook opslaan in zogenaamde E-fuels. Met behulp van elektriciteit kun je water ontleden in waterstof en zuurstof. Het rendement van dat elektrolyse-proces ligt volgens hieropgewekt.nl op 70%, als is dat wellicht wat optimistisch. Waterstof heeft als voordeel dat het een enorm hoge energiedichtheid heeft. Op een klein beetje kom je heel ver en dat is ontegenzeggelijk een groot voordeel ten opzichte van een BEV (Batterij Elektrisch Voertuig) Je kunt je op twee manieren gebruiken: je kunt het in een verbrandingsmotor verbranden, maar dat is een beetje zonde, want die heeft doorgaans ook maar een rendement van 35%, dus uiteindelijk heb je dan per kilometer wel heel veel energie nodig. Slimmer is om het in een brandstofcel om te zetten Waterstof lijkt het ei van Columbus, maar ook daar kleven nadelen aanin elektriciteit en elektrisch te rijden. Een brandstofcel is echter niet goed in lastwisselingen, dus heb je altijd een accu als buffer nodig. Feitelijk heb je dan nog steeds een BEV, maar dan met een brandstofcel als range extender. Dit concept heeft twee nadelen: er is nog geen infrastructuur voor waterstof zodat je bijna nergens kunt tanken. Het tweede nadeel is dat waterstof onder hoge druk (300 tot 600bar) moet worden opgeslagen. Dat doe je niet in een blikken tankje, maar in een behoorlijk dikwandige en zware gasfles. Dat is wellicht niet handig voor een motorfiets. De huidige waterstoftankstations halen hun waterstof trouwens uit aardgas. Daarbij ontstaat CO₂. Vrij nutteloos dus, behalve als overgangsvorm om de transitie tot een waterstofmaatschappij. 

E-fuel

Wellicht is het dan beter om het E-fuel idee nog een stapje verder door te voeren: je kunt CO₂ uit de lucht met elektriciteit afbreken tot koolstof en zuurstof en de koolstof aan waterstof binden. Dan krijg je koolwaterstoffen, van methaan tot aan benzine en diesel behoren tot de mogelijkheden. En dat kun je natuurlijk gewoon in je huidige verbrandingsmotor kiepen via de al bestaande infrastructuur. Al moet je dan wel vraagtekens zetten bij de rendementen en opboksen tegen het vastgeroeste idee dat verbrandingsmotoren CO₂ produceren. Dat doen ze alleen als ze op fossiele brandstoffen rijden. Op E-fuels zijn ze CO₂-neutraal. De KLM heeft overigens al vluchten op E-fuel uitgevoerd en ook de Formule 1 wil op termijn op E-fuels gaan rijden. Audi heeft al uitgevogeld hoe we (nagenoeg) CO2 neutrale e-diesel kunnen makenHet is erg belangrijk dat overheden gaan inzetten op E-fuels, want zelfs als er na 2030 geen verbrandingsmotor meer verkocht zou mogen, dan rijden de tot dan verkochte verbrandingsmotoren nog minimaal 20 jaar rond. Dat kunnen ze dan beter op E-fuel doen dan op fossiele brandstof. Maar ja, visie hè.

Wijsheid

Wat is wijsheid? Elektrisch rijden, waterstof, E-fuel, het is allemaal CO₂-neutraal. De vraag is welk concept het meest efficiënt is, met welk concept we de meeste kilometers kunnen maken op de beschikbare hernieuwbare elektriciteit. Dat blijkt een kwestie van schaalgrootte te zijn. Op een congres over de toekomst van verbrandingsmotoren stelde Ford, dat BEV de beste oplossing is voor kleine auto’s die voor kleine afstanden worden gebruikt. Lees stadsauto’s en dus ook motorfietsen. Voor grotere afstanden en grotere voertuigen wordt dat anders. Voor meer actieradius heb je meer accu’s nodig. Voor grotere voertuigen ook. En omdat je meer accu’s bij je hebt, heb je meer accu’s nodig om het gewicht van de extra accu’s te transporteren. Op een gegeven moment ben je voornamelijk energie aan het gebruiken om accu’s te transporteren. Voor een 40 tons vrachtwagen met 1000 km actieradius heb je 50 ton accu’s nodig. Er is overigens geopperd om vrachtwagens op de snelweg via een bovenleiding te voeden, net als de trein. Dan hebben ze alleen voor de “last mile” naar het industrieterrein een accu nodig, die kan kleiner kan uitvallen.

Hybride

Er komt dus een moment, dat het efficiënter wordt om met waterstof of een verbrandingsmotor op E-fuels te rijden. Volgens Ford ligt dat punt bij een middellang actieradius of een middelzware gezinsauto, hoewel dat weer kan veranderen als de solid-state accu daadwerkelijk zijn opwachting maakt. Het is in elk geval niet slim om de verbrandingsmotor af te danken. Want er speelt nog iets: er schijnt volgens recente onderzoeken weliswaar meer dan genoeg lithium te zijn om alle auto’s de komende 15 jaar elektrisch te maken, maar de beschikbaarheid van kobalt, dat ook in deze accu’s zit, zou een groter probleem zijn. Voor waterstofauto’s is maar een kleine accu nodig, dus dat zou een verstandig alternatief zijn. Maar ook de hybride is nog een belangrijke optie: Elektrische aandrijving met een kleine accu waarop ritjes tot 35 km kunnen worden gedaan, wat het grootste deel van alle verplaatsingen is. Dan een verbrandingsmotor op E-fuel voor de rest. De grote onbekende is momenteel nog steeds hoe lang een accupakket meegaat. Nissan ging in eerste instantie uit van 8 jaar, maar de Leaf is inmiddels al 10 jaar op de markt. Ook de BMW C-Evolution is al een tijdje op de markt, maar er schijnt nog nooit een accu vervangen te zijnAls dat nog mag, want op dit moment doet de politiek erg denken aan een Ku Klux Clan die zonder enig valide argument een heksenjacht tegen de verbrandingsmotor is begonnen. Het lijkt niet tot politici door te dringen dat het niet de verbrandingsmotor is, die voor de CO₂-uitstoot zorgt, maar de fossiele brandstof.

De markt

Voor de kans van slagen van een concept is niet alleen de zin of onzin belangrijk, maar ook de consument. Als die weigert elektrische auto’s en motorfietsen te kopen, staan de showrooms er straks vol mee en zijn de wegen bevolkt met auto’s en motoren met verbrandingsmotor. Er zijn een aantal belangrijke factoren die mensen ervan weerhouden een elektrisch voertuig te kopen. Dat zijn emotie, reikwijdte-angst en de prijs. En die verschilt nogal. Een BMW C400X met benzinemotor kost €8.150 euro, voor een elektrische CE04 leg je €12.650,- neer, dus ruim anderhalf keer zoveel. Bij auto’s, die grotere accupakketten hebben, moet je een factor twee rekenen. Maar, zo oreren de stofzuigerverkopers, de onderhouds- en energiekosten van elektrische voertuigen zijn veel lager. Wat ze er niet graag bij vertellen, is dat de afschrijving vele malen groter is. Want wie koopt er een vijf jaar oude elektrische motorfiets, terwijl de levensduur van de accu op acht jaar wordt geschat en de vervanging van de het accupakket onbetaalbaar is? Wat de werkelijke levensduur is, weet overigens niemand. Nissan ging bij de Leaf uit van acht jaar, maar die auto is nu 10 jaar op de markt en er schijnt nog geen accu te zijn vervangen. Daar staat tegenover dat de accu van de gemiddelde elektrische fiets de vijf jaar niet haalt. Wie het weet, mag het zeggen. 

Ducati VS Zero

Een jaar geleden testte ik voor Motorfreaks de Ducati Monster 1200S (€19.995,-) tegen de elektrische Zero SR/F (€21.140,-). Daar heb ik toen voor mezelf ook een exploitatieplaatje bij gemaakt, over 5 jaar met 5000 km per jaar en over 5 jaar met 20.000 km per jaar, inclusief onderhoudskosten, afschrijving en brandstofkosten. In het eerste geval – 5000 km – was de Ducati met 63 cent per km 2 cent goedkoper dan de Zero, maar dat was gerekend met een benzineprijs van € 1,65. Inmiddels ligt de prijs op plaatsen al dik boven de 2 euro per liter, waarmee de kosten gelijk zijn aan de Zero. Bij 20.000 km was de Zero met 25 cent per km maar liefst 9 cent goedkoper dan de Ducati (11 cent bij de huidige benzineprijs). Waarbij in aanmerking moet worden genomen dat de aanschafprijzen dicht bij elkaar lagen. Een vergelijking tussen de twee BMW-scooters zal dus eerder in het voordeel van de benzine-variant uitpakken.