Nederland: TNO werkt aan zeer efficiënte waterstofverbrandingsmotor
Het Nederland onderzoeksinstituut TNO werkt met industriepartners aan innovatieve waterstofconcepten zoals High Pressure Direct Injection (HPDI) motoren die voldoen aan de Europese zero emission norm. Dit is een waterstofverbrandingsmotor die lange tijd niet als zero-emissie werd beschouwd, maar inmiddels denken de beleidsmakers in Europa daar anders over. De H2-motor stoot zo weinig schadelijke emissies uit dat vervoerders ook met een verbrandingsmotor in de emissievrije zones in de binnensteden mogen rijden.
Deze verandering in de zienswijze van de EU is nog niet overal doorgedrongen. “Het is opmerkelijk hoe weinig aandacht de waterstofmotor krijgt, zowel bij transportondernemers als bijvoorbeeld op de bouwplaats”, zegt Xander Seykens, senior research scientist bij TNO en expert in innovatieve verbrandingsconcepten. “Om de emissiedoelen in 2030 te halen kun je de alternatieven als volgt prioriteren: eerst elektrisch, dan waterstof, gevolgd door e-fuels. Batterij-elektrische voertuigen zijn efficiënt met weinig verliezen, dus waar het kan moet je die als eerste inzetten. Elektrische vrachtauto’s zijn er al en de ontwikkeling gaat steeds verder. Alleen, voor de volumes die we voorzien en het aantal vrachtwagens die je zou moeten elektrificeren om de emissiedoelen te halen, heb je bij lange na niet voldoende laadcapaciteit. Ook niet in 2030-2035. Daarom is er een tweede alternatief nodig en dat is gezien de gestelde doelen waterstof. Vooral als je kijkt naar zware toepassingen in transport en industrie en voor lange afstanden of inzetduur.”
Volgens TNO hebben we waterstof hard nodig om de logistiek CO2-neutraal te krijgen. Dat kan op twee manieren. Door toepassing van waterstof in een brandstofcel, waar truckfabrikanten en scheepsbouwers volop mee innoveren of de waterstofmotor, waarbij waterstof direct als brandstof in de verbrandingsmotor wordt gebruikt.
Jack Bloem, business developer bij TNO, heeft wel een vermoeden hoe dat komt. “Door onder meer dieselgate is de verbrandingsmotor in een sterk negatief daglicht komen te staan. Ook het woord ‘verbranding’ suggereert dat er allerlei vervuilende uitstoot is. Toch is het mooie van deze technologie juist dat deze extreem schoon is.” De waterstofverbrandingsmotor is tot op heden wel een stuk minder efficiënt dan de brandstofcel. En efficiëntie is belangrijk, want waterstof is niet goedkoop.
In de basis werkt een waterstofmotor vergelijkbaar met een benzine- of dieselmotor. Beide concepten zijn, in aangepaste vorm, geschikt voor toepassing van waterstof. Xander Seykens: “In onze testruimte hebben we al condities gecreëerd waarbij de uitlaatgassen schoner waren, met minder NOx, dan de buitenlucht die de motor ingaat.”
Het benzineconcept met waterstof is robuust door de lage complexiteit, zeker als er geen uitlaatgasnabehandeling nodig is. Daarmee is de motor heel geschikt voor schepen. Maar bijvoorbeeld ook voor stationaire stroomopwekking op bouwplaatsen, festivalterreinen en voor walstroom. Daarnaast is het benzineconcept ook iets eenvoudiger te gebruiken als ombouwoplossing om een bestaande motor te verduurzamen. “Binnenvaart en kustvaartschepen gaan zo’n 30, 40 jaar mee. Met dit concept kun je ook bijvoorbeeld halverwege de technische levensduur de aandrijflijn verduurzamen waardoor kostbare vervanging niet nodig is”, legt Seykens uit.
Waterstof is ook toepasbaar met het dieselconcept, waarmee zelfs nog hogere rendementen en prestaties mogelijk zijn dan met de huidige dieselmotoren. “Daarmee heb je voor zwaar vrachtvervoer een heel interessant en duurzaam alternatief, zonder dat er aan de aandrijflijn van de truck ingrijpende technische wijzigingen nodig zijn”, legt Xander Seykens uit. Omdat juist bij trucks een hoge vermogensdichtheid heel belangrijk is, werkt TNO aan hoge druk directe waterstofinjectie, oftewel High Pressure Direct Injection (HPDI). Een innovatieve technologie die nog hogere prestaties en rendementen kan leveren dan dieselmotoren.
Ontwikkelaars van motoren weten TNO inmiddels te vinden om hun kennis over waterstofmotoren te vergroten. Jack Bloem: “Partners kiezen voor TNO vanwege onze sterke reputatie in waterstofmotoren. TNO heeft de afgelopen jaren volop geïnvesteerd in deze technologie en we spreken erover op toonaangevende congressen. Bovendien weten we die theoretische kennis ook praktisch te valideren, wat heel waardevol is voor onze partners. Partners kunnen zo hun time-to-market enorm verkorten.”
Foto: ter illustratie
Lees ook: de-veiligheid-bij-hoge-zuurstof-concentraties-parker-hannifin-deelt-zijn-kennis-van-zaken