Hernieuwbare elektriciteit heeft opslag nodig – maar accu’s zijn vuil. Kan waterstof het alternatief zijn?

In de huidige debatten over klimaatbescherming is het onderwerp waterstof (H2) alomtegenwoordig. H2-gas heeft het potentieel om veel industriële processen koolstofvrij te maken – delen van de chemische industrie of zelfs de staalproductie. Ook vrachtwagens, schepen en kleinere vliegtuigen die op waterstof rijden, varen of vliegen, zijn in principe mogelijk als klimaatneutrale oplossingen. Maar er zijn grenzen die in acht moeten worden genomen. Gewoon doorgaan met het kapitalistische groeifeest met waterstof zal niet werken.

Laten we eerst eens naar de basis kijken. Wanneer water met behulp van elektriciteit in een elektrolyseproces wordt afgebroken, ontstaat waterstof. Het wordt ‘groen’ genoemd als er wind- en zonne-energie gebruikt wordt. Dit proces gaat echter gepaard met grote energieverliezen. Ongeveer 30 procent van de gebruikte elektriciteit gaat verloren.

Daarna moet het resulterende waterstofgas onder hoge druk worden samengeperst en vloeibaar gemaakt voor vervoer en distributie. Ook hier gaat ongeveer 20 procent van de energie verloren.

De grote energieverliezen vormen het grote probleem bij het gebruik van waterstof. Zonder fossiele brandstoffen beschikt de mensheid niet langer over een oneindige hoeveelheid energiedragers. In tegenstelling tot steenkool, olie of aardgas komen hernieuwbare energiebronnen niet voor in grote voorraden die gemakkelijk kunnen worden ontgonnen. In plaats daarvan moeten ze in kleine hoeveelheden en tegen hoge technische kosten worden ingezameld door zonne- en windenergiecentrales.

We moeten dus heel spaarzaam omgaan met energie, vooral met waterstof, dat alleen met een hoog verlies kan worden geproduceerd, en deze waterstof alleen gericht gebruiken. Dat is ook het standpunt van het Potsdam-Instituut voor onderzoek naar klimaateffecten (PIK). In een studie van het PIK merkt een van de auteurs op: ‘We moeten dus voorrang geven aan de waardevolle brandstoffen op basis van waterstof voor die toepassingen waarvoor ze onmisbaar zijn: lange-afstandsvluchten, delen van de chemische productie, staalproductie en eventueel sommige industriële processen bij hoge temperaturen’. Met andere woorden, voornamelijk sectoren die waarschijnlijk niet rechtstreeks zullen worden geëlektrificeerd.

Maar hoe zit het met het gebruik van waterstof in de sector personenauto’s? Slaat dat ergens op?

Waterstof is een energievreter

De belangrijkste technologie voor het gebruik van waterstof in de transportsector is de brandstofcel. Als je waterstof toevoert, kan de cel daarmee elektriciteit opwekken. De elektriciteit kan worden gebruikt om voertuigen met een elektrische motor aan te drijven.

Het proces heeft echter een kleine tekortkoming: zelfs met de brandstofcel zijn er opnieuw energieverliezen van ongeveer 30 procent. Bovendien zijn er omzettingsverliezen van de opgewekte elektriciteit. Samen met de verliezen die worden veroorzaakt door de voorafgaande elektrolyse en het vloeibaar maken van de waterstof, heeft een asysteem met brandstofcellen voor auto’s totale energieverliezen die kunnen oplopen tot 70 procent. Dit betekent dat aan het eind van het proces slechts iets meer dan 30 procent van de elektriciteit die aan de voorkant wordt ingevoerd, kan worden gebruikt.

Als we nu alle auto’s in Duitsland met brandstofcellen zouden aandrijven, zouden we 553 terawattuur (TWh) aan elektriciteit nodig hebben. Dat zou meer zijn dan alle in dit land opgewekte elektriciteit, die in 2019 519 TWh bedroeg. Ter vergelijking: als alle huidige auto’s op accu’s zouden rijden, zou hun energieverbruik voor hetzelfde aantal afgelegde kilometers ‘slechts’ 126 TWh bedragen. Dat zou nog steeds veel zijn, maar slechts 23 procent van wat een brandstofcelauto verbruikt.

​​​​​​​Ongeschikt voor auto’s

Tot dusver is bij deze berekening alleen rekening gehouden met het verbruik van de in gebruik zijnde auto’s, niet met de energie die nodig is voor de productie van de voertuigen, de accu’s en de brandstofcellen. Ook het verbruik van schaarse hulpbronnen (lithium, kobalt, koper, platina, zeldzame aardmetalen en halfgeleidermaterialen) is niet in de berekening opgenomen. Bovendien zijn elektrische accuvoertuigen ook afhankelijk van olie, omdat auto’s voor 15-20 gewichtsprocent uit kunststoffen bestaan (het gehele interieur en de banden). Aan het eind van de levensduur van een auto wordt alles verbrand en komen er broeikasgassen vrij.

Met een voorspelde toename van het aantal auto’s wereldwijd tot meer dan 3 miljard tegen 2050, kan dit niet langer worden genegeerd.

Als dit alles in aanmerking wordt genomen, kan de conclusie alleen maar zijn: we moeten onvermijdelijk af van het uitbundige individuele autoverkeer.

Zeker, auto’s zullen in de toekomst nog nodig zijn, maar hun aantal kan sterk worden verminderd in vergelijking met nu. We hebben ze bijvoorbeeld nodig als ambulances, kleine bestelwagens, ambachtelijke voertuigen of huurauto’s. Voor plattelandsgemeenschappen die van het openbaar vervoer zijn afgesneden, hebben we ook minibussen en auto’s nodig, zodat de mensen die daar wonen op een flexibele manier naar hun werk, naar winkels of naar een groter medisch centrum kunnen gaan.

Welk type auto moet hiervoor gebruikt worden? Om energieredenen, liever batterijvoertuigen dan auto’s met brandstofcellen.

​​​​​​​Goed voor vrachtwagens?

De situatie is anders met vrachtwagens of grote bussen. Het totale energieverbruik van een vrachtwagen per kilometer is ongeveer tien keer zo hoog als dat van een personenauto. Het gewicht van de accu van een dergelijk voertuig zou verscheidene tonnen bedragen. Een vrachtwagen van 40 ton bijvoorbeeld, zou batterijen nodig hebben die 4 tot 5 ton wegen. Je zou bijna een aanhangwagen aan het voertuig moeten koppelen alleen al om de accu’s te vervoeren.

Een brandstofcelmodule daarentegen neemt veel minder ruimte in en is veel lichter. Hij zou ongeveer een ton wegen voor een vrachtwagen van 40 ton. Dat is in de orde van grootte van de huidige verbrandingsmotoren.

Een ander voordeel is dat het tanken sneller zou gaan, misschien in 10 tot 15 minuten. Het opladen van een zeer grote lithium-ion-accu zou daarentegen niet alleen zeer veel tijd in beslag nemen, maar zou ook bijna een kleine elektriciteitscentrale naast het tankstation vereisen om de vereiste hoeveelheid elektriciteit op te wekken. Talrijke studies tonen aan dat de brandstofcel de betere optie is voor grote vrachtwagens en bussen.

Vrachtwagens zijn echter echte energievreters. Tegenwoordig zijn ze goed voor ongeveer een derde van het brandstofverbruik. Aangedreven door waterstof, zouden ze nog meer energie verbruiken.

Niet in de laatste plaats om deze reden moet het aantal vrachtwagens aanzienlijk worden verminderd. Dit kan worden bereikt door een economische afslanking (minder chemische, staal- en autoproductie), door af te stappen van just-in-time productie en over te schakelen op een lokaal en regionaal geoptimaliseerde productie, waarbij industriële producten niet langer over alle continenten worden vervoerd. Dit vereist een verschuiving van het vervoer over middellange en lange afstand, met name naar het spoor.

​​​​​​​Hernieuwbare elektriciteit is eindig

Naast accu’s en brandstofcellen zijn synthetische brandstoffen (e-fuels) nog steeds onderwerp van discussie. Ze kunnen worden geproduceerd door waterstof samen met koolstofhoudende biogene grondstoffen (hout, stro, maïs, enzovoort) te verwerken tot synthetische vloeibare brandstoffen. Ze kunnen in normale verbrandingsmotoren worden gebruikt en bij benzinestations worden gedistribueerd zoals de huidige benzine.

Maar de omzettingsverliezen bij de productie en het gebruik van e-fuels in een verbrandingsmotor zijn extreem hoog. Dit resulteert in een energieverlies van 87 procent. Een auto met een verbrandingsmotor en e-brandstoffen heeft ongeveer vijf keer zoveel hernieuwbare elektriciteit nodig om dezelfde afstand af te leggen als een elektrische auto die op batterijen rijdt. Als alle auto’s en vrachtwagens in Duitsland nu op synthetische brandstoffen zouden rijden, zou daarvoor 1100 TWh hernieuwbare elektriciteit nodig zijn.

Afgezien van dit krankzinnig hoge elektriciteitsverbruik, blijft het ook volstrekt onduidelijk waar de biomaterialen voor de carbonisatie van de brandstof vandaan moeten komen. Niettemin propageren delen van de autolobby deze technologie voor de automobielsector. Met name BMW, Bosch en de VDA [Vereniging van de (Duitse) automobielindustrie] willen synthetische brandstoffen openhouden als mogelijk alternatief.

In dit verband spreken de voorstanders van e-fuel over ’technologische openheid’ voor oplossingen voor het aandrijven van auto’s. In werkelijkheid is dit een vechtterm waarachter verbrandingstechnologie schuilgaat. Want fabrikanten die pretenderen op synthetische brandstoffen te vertrouwen, kunnen in werkelijkheid hun vuile verbrandingsmotoren blijven produceren en zo aanzienlijke schade toebrengen aan het klimaat. Immers, grote afzetmarkten en rijke winsten blijven lonken.

Bij alle beoordelingen moeten we er rekening mee houden dat we slechts over een beperkte hoeveelheid hernieuwbare elektriciteit kunnen beschikken. We hebben het vooral nodig voor de verwarming van huizen en warm water. Bovendien hebben we het nodig voor de economische productie van waterstof.

We hebben het dan nodig voor een (afgeslankte) chemische- en staalindustrie, een (verkleinde) vrachtwagenvloot en een (veel kleinere) scheeps- en luchtvaartsector. Het ongebreideld gebruik van elektriciteit en waterstof door individueel autovervoer is sociaal onverantwoord.

Dit artikel verscheen oorspronkelijk op SOZ, Socialistische Zeitung. Nederlandse vertaling: redactie Grenzeloos.