1. Wat kost dat nou?

De prijs voor stroom kennen we wel: Maar de verschillen zijn groot en voor de gemiddelde consument niet echt transparant.

De prijs die je betaalt hangt af van waar je oplaadt: thuis, (semi)publiek, bij je werkgever, bij een snellaadstation. Betaal je een starttarief en vervolgens een prijs per kWh of betaal je een aal-in prijs per kWh? Hoeveel subsidie zit er op de infrastructuur/laadpaal en op de energie die je aftapt?
Heb je misschien een abonnement met natuurlijk lagere prijzen?

Thuis je accu opladen is vaak handig, de goedkope oplossing (zo’n 19 cent) maar het duurt nogal lang. En wanneer je flinke afstanden rijdt, moet je onderweg ook laden. De kosten per kWh gaan dan uiteraard omhoog, richting 30 cent en meer.

Waterstof is voorlopig kostbaar. Er moet gerekend worden met zo’n 15 euro per kg en een verbruik van 1,25 kg. per 100 km., grofweg zo’n 18 cent per kilometer, ruim boven de brandstofkosten van zelfs een flinke middenklasser. In de nabije toekomst wordt een kiloprijs verwacht van rond de 5 euro.
Amerikaans onderzoek laat overigens zien dat de prijs per kilo aanzienlijk kan verschillen, afhankelijk van de manier waarop de waterstof wordt gegenereerd. Dit kan langs de weg van “stoom reforming” van aardgas en via elektrolyse, dus met gebruikmaking van elektriciteit. De laatste methode zou een keer of vijf duurder zijn dan de eerste methode. Even onthouden dus.

De 2 methoden leiden ook tot verschil in efficiency. Een FCEV is aanzienlijk efficiënter dan een BEV als de primaire bron bestaat uit aardgas, kolen of biomassa. Maar zodra de FCEV elektrolyse-route volgt, dan doet de BEV het aanzienlijk beter.

Extra nadeel van aardgas en kolen is dat daarmee geen afstand wordt gedaan van fossiele brandstoffen; een nadeel dat uiteraard geldt bij reforming van gas maar ook bij de opwekking van elektriciteit. Zon en wind zijn natuurlijk beter dan fossiel.

2. De efficiency.

Dan de efficiency, nog zo’n lastig onderwerp door een woud aan aannames over primair energiebronnen, efficiencyverlies bij transport en opslag, de technologie in de auto zelf.
Het wordt allemaal heel technisch, maar de basis is simpel. We zijn gebaat bij het vergelijkbaar maken van allerlei soorten brandstof en energiedragers en technieken. Dat gebeurt door te meten (met dus veel aannames, onzin en leugens) hoeveel van de energie bij het begin van het proces aan het einde van het proces nog aanwezig is: hoeveel energie wordt omgezet in beweging?
Dat heet dan heel prozaisch “from well to wheel”efficiency (vaak afgekort als W2W of WtW).

3. De efficiency van de auto met brandstofcel.

In de waterstofvariant gaat een deel van de energie verloren bij de reforming van gas naar waterstof, schattingen lopen uiteen van 30 tot 38%. we houden 66% efficiency aan.
Het transport per pijplijn leidt tot nog eens 8% verlies, efficiency dus 92%. Bij het station vindt vervolgens compressie plaats met een verlies van 15%, en dus efficiency van 85%.

 

Fuel Cell EV

Verlies

factor

Winning en processing

5%

0,95

transport

3%

0,97

Stoom reforming

34%

0,66

transport

8%

0,92

compressie

15%

0,85

Well to Tank

48%

motor

45%

0,55

overbrenging

12%

0,89

Tank to Wheel

49%

Well to Wheel

23%

In de auto vindt vervolgens omzetting plaats van waterstof naar elektriciteit, een klap van 45%.
Dan moet er nog een converter aan de slag ; en dan, eindelijk, gaat er een motortje draaien met een verlies van nog eens 11%.

Het hele proces van energiewinning, transport van het gas, reforming naar waterstof, dan weer transport van die waterstof en compressie, heeft een efficiency van 48%.Vanaf het moment dat die waterstof zich in de auto bevindt, moet er omzetting via elektrolyse plaats vinden naar elektriciteit,
en daar zit nu eenmaal een flink “lek”. Uiteindelijk gaat er energie verloren in de overbrenging en aandrijving in de auto. De “tank to wheel”efficiency bedraagt 44%.

Vermenigvuldigen we al die efficiencies dan resulteert een slordige 23%. Als we dit proces anders inrichten en in plaats van gas en reforming, werken met elektrolyse op basis van renewable energy, dan gaat die W2W efficiency omhoog tot boven de 30%.

4. De efficiency van de auto met batterij.

Dan de auto met batterij. Opwekking van elektriciteit is gelijk een vraagteken. Centrales hebben een efficiency van 45 tot ruim 55% (het wordt anders als we windmolens en zonnecellen gebruiken).
Distributie vindt plaats met een efficiency van 92 tot 96%.
De batterij levert 10 tot 25% in (het proces van opladen en ontladen), een efficiency van laten we zeggen 80%. En net als bij de FCEV hebben we ook hier de DC/AC converter en de motor zelf die 3% resp. 10% inleveren.

 

Battery EV

Verlies

factor

Winning en transport

9%

0,91

Generator/centrale

50%

0,5

Lijn/grid

7%

0,93

Well to Tank

42,3%

Motor

10%

0,9

Converter

5%

0,95

batterij

10%

0,9

Tank to Wheel

77%

Well to Wheel

32,5%

De “well to tank”efficiency van de BEV is zelfs iets slechter dan van de FCEV. Het grote “lek” zit hier in de opwekking van elektriciteit.

Er zijn grote verschillen tussen de verschillende centrales, afhankelijk van de energiebron (gas, kolen etc.) en de leeftijd resp. geavanceerdheid van de centrale. 50% efficiency in deze fase is een voorzichtige schatting.

Maar het grote verschil ontstaat in de “tank to wheel” fase. De BEV heeft hier een efficiency van 77%.

De over-all “well to wheel”efficiency komt daarmee op ruim 32,5%.
Stel dat het systeem 100% draait op renewable energy, dan vallen de eerste 2 stappen in het proces af(winning/transport en elektriciteitscentrale), en gaat de W2W efficiency omhoog richting de 70%.

5. En de winnaar is…..

Mooi, discussie gesloten, de BEV is de winnaar. Maar zo simpel is het niet. Het aantal variabelen en combinaties is domweg te groot en complex om een snelle conclusie te trekken. Maar het verschil mag er zijn.

En het wordt nog complexer. We kijken nog even naar uitstoot van CO2, stikstof, fijnstof etc., naar de (zeldzame, dure) grondstoffen die nodig zijn om een batterij- of fuel cell auto te bouwen.

We kijken naar een analyse over de complete life cycle van de auto: hoeveel energie/water/uitstoot etc. kost de bouw, het rijden met en slopen/recyclen van een auto?
Wat is de levensduur van die auto’s, denk aan de discussies over de batterij (150 tot 200.000 km., 8 jaar of meer?).

We kijken naar de technologie die verder wordt ontwikkeld, die kan leiden tot grote verbeteringen, meer efficiency, andere materialen etc.

En al die getallen en percentages zijn een benadering van de werkelijkheid, maar de afwijkingen in de praktijk (of met andere variabelen en met andere methoden) zijn groot.

6. Conclusie.

We willen graag van veel vraagstukken een simpele rekensom maken, een eenvoudige Ja/nee vraag.
Wat is, objectief, de beste keuze? heeft de elektrische auto de toekomst, ja of nee?
Helaas.

De puzzel is complex. De belangen zijn groot en kleuren de uitkomsten van onderzoek en tests.
Partijen pushen datgene wat hen goed uitkomt uiteraard; in veel gevallen wordt er (nog even) niet gekozen, maar worden opties open gehouden. Parallel worden nieuwe technieken ontwikkeld.

Maar even terug naar “AF”.
stel dat:

  • we geleidelijk af willen (en af moeten) van fossiele brandstoffen
  • de voorraad daarvan hoe dan ook eindig is
  • technologie voor handen is (of snel beschikbaar komt) die een andere energiehuishouding faciliteert
  • we omwille van klimaat(CO2) en luchtkwaliteit emissies sterk willen reduceren
  • ons eigen Energieaccoord en het verdrag van Parijs niet vrijblijvende teksten zijn
  • mobiliteit verder groeit, en een grote bijdrage levert aan de economie, aan welvaart en welzijn
  • maar mobiliteit ook anders en schoner moet worden ingericht,

Dan moet het met een batterij en/of met een tank met waterstof gaan lukken. Nader onderzoek nodig, zou de conclusie kunnen zijn. Ongetwijfeld, maar technologie kan wel eens sneller gaan dan onderzoek en beleid.

juni 2017.

Bronnen o.a.:

  • Ruth, M. et al., National renewable energy laboratory , “Status of Seven Hydrogen Production, Delivery, and Distribution Scenarios”, Colorado 2009
  • Waller, M et al., “current and theoretical maximum well-to-wheels efficiency of options to power vehicles with natural gas”, Elsevier 2014
  • JEC/Eucar/Concawe/European Commission, “well to wheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context”, 2014
  • Eaves, S. et al., “a cost comparison of fuel-cell and battery electriic vehicles”, Arizona State University, Mesa (USA)
  • Rijpert, K., Groenhuijsen, H. “a convenient truth, de visie van de Rabobank op de elektrische auto”, Rabobank Utrecht, 2016.

 

Overige publicaties:

Dit artikel is deel 2 in een serie van artikelen over de batterij- en brandstofcel auto.
In deel 1 in de serie van artikelen over de batterij- en brandstofcel auto werden de batterij-auto en de auto met brandstofcel op hoofdlijnen vergeleken
De andere delen (over o.a. energietransitie) verschijnen de komende weken en worden geplaatst op:
http://www.hansgroenhuijsen.nl/category/4fields/electric-vehicle/

Op de website https://www.hansgroenhuijsen.nl vindt u onder “kennisblogs” verder een groot aantal artikelen en rapporten over verschillende thema’s in automotive en management.