Waterstof onderweg: Milieu-impact van waterstof in personenwagens
Master Duurzame Ontwikkeling en Menselijke Ecologie
Waterstof onderweg
Milieu-impact van waterstof in personenwagens
Waterstof wekt de laatste jaren veel interesse. Ook de automobielindustrie laat van zich horen omdat ze in waterstof een potentiële, niet-vervuilende toekomstige brandstof zien. Toch is de effectieve ecologische impact van waterstof in voertuigen nooit concreet onderzocht. In deze thesis worden de verschillende waterstofproductiemethoden gecombineerd met verschillende wijze om waterstof te transporteren en op te slaan. Vervolgens worden deze configuraties gecombineerd met voertuigen die waterstof in een verbrandingsmotor gebruiken en voertuigen die gebruik maken van een brandstofcel om een elektromotor aan te drijven. Aan de hand van hun respectievelijke Ecoscores, een maat die door het VITO, VUB en ULB ontwikkeld werd voor de Vlaamse overheid als beleidsinstrument, en die een geïntegreerde maat is voor de ecologische impact van een voertuig, worden conclusies getrokken met betrekking tot de ecologische impact van de verschillende productie-, transport-, opslag- en aandrijfwijze. Verschillende aspecten van milieubelasting worden in de Ecoscore-maat mee in rekening gebracht. Zo wordt er naast broeikasgassen ook rekening gehouden met de luchtkwaliteit op zowel volksgezondheid als op ecosystemen. Ook de hinder die veroorzaakt wordt door geluid wordt mee opgenomen in de berekeningen. De berekende Ecoscores worden ook vergeleken met de Ecoscores van voertuigen met andere brandstoffen en aandrijfsystemen.
De eerste grote conclusie is dat voertuigen die gebruik maken van waterstof in een verbrandingsmotor geen betere Ecoscore behalen dan vergelijkbare voertuigen die gebruik maken van andere brandstoffen. De brandstofcelvoertuigen doen het wel goed op de Ecoscore schaal. Zij scoren zelfs beter dan de voertuigen die gebruik maken van LPG of aardgas. Enkel de batterij-elektrische voertuigen scoren beter.
Wat de waterstofproductie betreft spreekt het voor zich dat het gebruik van hernieuwbare energie ecologisch zeer aantrekkelijk is. Elektriciteit die opgewekt wordt met behulp van hernieuwbare energie, die dan aangewend wordt om water om te zetten naar waterstof doormiddel van elektrolyse is veruit de meest ecologische wijze om waterstof te produceren. Verder scoort ook de stoomomvorming van aardgas, de meest gebruikte methode om waterstof te produceren, zeer goed. De gasificatie van steenkool en het gebruik van elektriciteit van het Belgische elektriciteitsnet scoren beduidend minder, mede doordat er aanzienlijke hoeveelheden broeikasgassen worden uitgestoten. Opvang en opslag van koolstof zou de milieu-impact van deze technieken aanzienlijk verbeteren. Enige voorzichtigheid met algemene conclusies is geboden aangezien er grote onderlinge verschillen zijn tussen de basisgegevens.
Bij het transport van waterstof is er keuze uit drie manieren. Over de weg (of spoor, of zee) kan men kiezen tussen cryogeen waterstof (vloeibaar) of gasvormig waterstof (gecompresseerd). In deze studie werd een vergelijking gemaakt tussen vloeibaar en gasvormig waterstoftransport over de weg over een afstand van 300 kilometer. Gecompresseerd waterstof komt als ecologisch aantrekkelijkste naar voor maar er wordt verwacht dat indien er over een grotere afstand getransporteerd wordt vloeibaar waterstof aantrekkelijker wordt. Het vloeibaar maken van waterstof vergt veel energie, maar het transport ervan is efficiënter aangezien het een grotere dichtheid heeft dan gecompresseerd gasvormig waterstof.
Vermoedelijk is het transport met behulp van pijpleidingen ook aantrekkelijk, zeker in een dichtbevolkte regio als België. Daarenboven bestaat er in België al een uitgebreid netwerk van waterstof pijpleidingen. Aangezien de energie verbruiksgegevens van deze pijpleidingen niet bekend zijn konden ze niet worden opgenomen in de berekeningen.
Conclusies
Waterstofvoertuigen die gebruik maken van een brandstofcel zijn ecologisch aantrekkelijker dan de meeste voertuigen die gebruik maken van andere brandstoffen of voertuigen die gebruik maken van waterstof in een verbrandingsmotor. Toch zijn elektrische voertuigen die gebruik maken van batterijen nog steeds ecologisch aantrekkelijker.
Bi-fuels, voertuigen die op benzine en waterstof kennen rijden met behulp van een verbrandingsmotor, zouden nuttig kunnen zijn voor de uitbouw van een distributienetwerk voor waterstof, maar zijn ecologisch minder aantrekkelijk.
Waterstof uit hernieuwbare energie en uit stoomomvorming van aardgas zijn vanuit ecologisch standpunt aan te raden. Waterstof uit het Belgische elektriciteitsnet scoort minder goed maar niet uitermate slecht.
Afhankelijk van de transportafstand moet er een weloverwogen keuze gemaakt worden tussen vloeibaar en gasvormig waterstof. In een dichtbevolkte regio als België (of Benelux) lijken pijpleidingen aantrekkelijk.
Verder onderzoek
Natuurlijk moeten de nieuwe technologieën op de voet gevolgd worden. Nieuwe onderzoeken en fondsen zorgen ervoor dat het een snel veranderende markt is. Met betrekking tot waterstof als voertuigbrandstof is het belangrijk dat er eenduidige, onderling vergelijkbare resultaten geproduceerd worden. Up to date resultaten zorgen ervoor dat er verstandige beslissingen kunnen gemaakt worden met betrekking tot toekomstig gebruik van waterstof.
Het is interessant om te onderzoeken in welke mate waterstof uit kernenergie ecologisch aantrekkelijk is. Ook de ecologische impact van nieuwe technologieën als thermo-chemische splitsing van water en het gebruik van algen of bacteriën om waterstof te produceren moeten onderzocht worden.
Ook de milieu-impact van de productie van de brandstofcellen moet mee in rekening gebracht worden. Aangezien hiervoor zeldzame stoffen ontgonnen moeten worden valt de milieu-impact niet te onderschatten. Vooral voor de eerste generatie, waarbij nog geen gebruik kan gemaakt worden van recyclage, zou dit een belangrijke factor kunnen zijn.
Dit onderzoek werd verricht in het kader van een eindwerk voor het behalen van de graad van Master Duurzame Ontwikkeling en Menselijke Ecologie aan de VUB, academiejaar 2007-2008. Het werd gepromoot door Prof. Dr. Joeri Van Mierlo, met als co-promotor ir. Nele Sergeant.
Toon Lambrechts
Wegens langdurig verblijf in het buitenland zal ik niet telefonisch bereikbaar zijn. Vragen kunnen steeds via mail gesteld worden.
