Ontdek hoe waterstof de energietransitie in de transportsector kan versnellen

De doelstellingen van het Parijs Akkoord zijn duidelijk: de hele economie moet in 2050 95% minder CO2 uitstoten dan in 1990. Een zware opgave voor de mobiliteitssector, die voor Nederland ongeveer een vijfde en voor de EU tot een kwart van de totale uitstoot veroorzaakt. Alles wat in 2050 rijdt, vaart of vliegt moet zo zuinig mogelijk zijn en aangedreven worden door een duurzame energiedrager. Voor personenauto’s zijn batterij-elektrische voertuigen energetisch gezien het meest interessant, mede doordat de snelle ontwikkeling van de accutechnologie de ‘total cost of ownership’ rap daalt. Ook voor regionale distributie en stadslogistiek is batterij-elektrisch waarschijnlijk de beste optie.

De mobiliteitssector veroorzaakt voor Nederland ongeveer een vijfde en voor de EU tot een kwart van de totale uitstoot.

Maar hoe zit dat voor het zware transport, waar voer-, vaar- en vliegtuigen fors meer wegen en langere afstanden afleggen? Dat is waar waterstof interessant wordt, verwachten we bij TNO.

Waarom waterstof?

Waterstof gaat hoe dan ook een belangrijke rol spelen in onze economie. Om industriële processen te verduurzamen, maar bijvoorbeeld ook om de opslag te faciliteren van duurzaam opgewekte energie uit zon en wind. Daarom werkt TNO aan methodes om de productie van groene waterstof op te kunnen schalen. Deze duurzame oplossing waar geen kostbare of schaarse grondstoffen voor nodig zijn, maakt waterstof in Nederland en Europa onafhankelijker van de buitenwereld. Waterstof kun je als energiedrager op twee manieren toepassen: in een brandstofcel of direct in een verbrandingsmotor. De brandstofcel is een mooie, maar nog wel kostbare oplossing met een hoog rendement en heeft alleen water als uitstoot. Om de kosten binnen de perken te houden, werkt TNO aan technologie die de levensduur van de brandstofcel verlengt. Voor het zwaar wegtransport en de scheepvaart ziet TNO een tweede toepassing van waterstof, die voor een flinke CO2-emissiereductie kan gaan zorgen: de waterstofverbrandingsmotor.

Vertrouwde technologie wordt schoon

Omdat het rendement van een dieselmotor in zware toepassingen steeds dichter in de buurt is gekomen van een brandstofcel, wordt het aantrekkelijk om waterstof als directe brandstof te gebruiken in een waterstofverbrandingsmotor. Deze toepassing is betrouwbaar en betaalbaar omdat het gebruikmaakt van de bewezen technologie van de verbrandingsmotor. Een snelle implementatie is mogelijk doordat productieprocessen en onderhoudsmethoden bekend zijn. Bijkomend voordeel is dat er nauwelijks schaarse grondstoffen nodig zijn. Door de beperkte meerkosten kan deze motortechnologie in korte tijd voor een flinke groei van de vraag naar waterstof zorgen in de transportwereld. Bij TNO helpen we voertuig- en motorenfabrikanten bij het verkennen en ontwikkelen van deze technologie en bij de implementatie ervan. Voor DAF hebben we in 2021 een eerste prototype van de waterstofverbrandingsmotor ontwikkeld, als opmaat naar een langer lopende samenwerking om deze technologie rijp te maken voor grootschalige toepassing op de weg.

Optimale tankinfrastructuur

Maar bij TNO kijken we verder dan alleen de technologie. Om de kip-ei-situatie ten aanzien van de tankinfrastructuur te doorbreken, is er naast een snelle opschaling van het aantal waterstofvoertuigen, ook samenwerking in de keten nodig.

Daarom kijkt TNO samen met overheden, fabrikanten, energiebedrijven, fleetowners en vervoerders naar de beste locaties om waterstoftankstations te bouwen. Niet lukraak door het land, maar heel gericht bij logistieke hubs of belangrijke corridors, zoals tussen Rotterdam en Venlo. Hierdoor kan een groot deel van de vloot snel op waterstof rijden en wordt de tankinfrastructuur sneller goed benut.

Bouwen, varen en vliegen op waterstof?

Andere modaliteiten dan wegtransport worden in het onderzoek van TNO steeds belangrijker. Dieselmotoren in vrachtwagens zijn als gevolg van de steeds strengere emissienormen, steeds schoner geworden. Zo zijn in de huidige stikstofcrisis schone bouwwerktuigen en aggregaten belangrijk om bouwprojecten door te kunnen laten gaan.

In de scheepvaart is ook nog veel milieuwinst te behalen, ook al zijn de energie-alternatieven beperkter. Voor de grote vaart voldoen batterijen en waterstof niet. Er zijn motoren nodig die kunnen draaien op duurzame synthetische of biobrandstoffen. Voor de binnenvaart wordt er veel progressie geboekt met batterijen en waterstof, maar is het ook belangrijk om duurzame dieselvervangers achter de hand te houden voor een snelle verduurzaming.

In de luchtvaart, waar ruimte en gewicht nog belangrijker zijn, speelt waterstof mogelijk alleen voor kleinere vliegtuigen een rol, maar pas op de lange termijn. Voor de middellange termijn zijn biokerosine en synthetische kerosine uit duurzame waterstof en afgevangen CO2 belangrijke verduurzamingsopties. TNO verkent deze opties, samen met stakeholders, en ontwikkelt efficiënte en betaalbare productiemethoden.

Wat biedt TNO?

Het is duidelijk dat voor de energietransitie van de hele transportsector geen ‘one-size-fits-all’ oplossing bestaat. Vanuit energetisch perspectief is waterstof een aantrekkelijke optie voor langeafstandsvervoer. Maar met ‘zero emission’ als uitdaging voor de gehele sector, is het belangrijk om meerdere opties beschikbaar te hebben. Daarom zet TNO in op een meersporenbeleid, waarin waterstof een van meerdere duurzame alternatieven is die we nodig gaan hebben.

Bij TNO werken we nauw samen met onze partners om kansen te benutten waarmee de transportwereld verder kan verduurzamen. Met motor- en voertuigfabrikanten ontwikkelen we de waterstoftechnologie verder. Onze trackrecord op het gebied van motortechnologie en alternatieve brandstoffen helpt onze partners verder om de waterstofverbrandingsmotor te implementeren, maar ook om productie en onderhoud in te richten. Met partijen in de logistiek en energieleveranciers experimenteren we met elektrische en waterstoftrucks in verschillende toepassingen in het kader van de DKTI-regeling. We kijken naar de praktische toepasbaarheid van deze alternatieven, waarbij we zowel de ‘tank-to-wheel’ als de ‘well-to-wheel’ impact bepalen, en de ‘total cost of ownership’ calculeren.

Voor overheden zit de toegevoegde waarde van TNO o.a. in de ondersteuning van effectief (bron)beleid en in ‘orchestrating innovation’, waarbij we, naast de rol van waterstof, naar het totale spectrum kijken van oplossingen voor de transportsector. Enkele cruciale vragen die we bij TNO voor en met onze partners proberen te beantwoorden:

• Hoe kunnen we de logistiek efficiënter inrichten en het aantal voertuigkilometers terugdringen?
• Kunnen we verkeer- en vervoerstromen duurzamer inrichten met behulp van ‘connected’ en geautomatiseerde voertuigen?
• Hoe voeren we nieuwe technologie, zoals de waterstofverbrandingsmotor, succesvol in om onze klimaatdoelen te bereiken? Welke infrastructuur is hiervoor nodig, en welke wetgeving vanuit Brussel en welke fiscale maatregelen vanuit Den Haag?

Meer weten?

Zie hieronder of download de infographic Waterstof voor verbrandingsmotoren in zwaar materieel