Dit artikel is gesponsord door Eaton.
Omdat transport nog steeds de grootste uitstotende sector is als het gaat om broeikasgassen, wordt de focus op elektrificatie steeds groter.
De groei van de verkoop van elektrische auto’s is aanzienlijk geweest, in de eerste helft van 168 met 2021 procent gestegen ten opzichte van 2020 – met bijzonder sterke verkopen in China en Europa dankzij overheidsmandaten en emissienormen. Aanvullend, ruim een dozijn landen hebben doelstellingen voor nulemissievoertuigen of de uitfasering van voertuigen met verbrandingsmotor in de komende twintig jaar aangekondigd.
Deze week op COP26was het koolstofvrij maken van de transportsector een belangrijk aandachtspunt. Maar hoewel de wereld goed op weg is om vooruitgang te boeken op het gebied van de technologie voor elektrische voertuigen, moet er nog één belangrijk onderdeel van de decarbonisatie-inspanningen worden aangepakt: zware voertuigen.
Vrachtwagens en bouwvoertuigen voor lange afstanden, die bekend staan om hun lange werktijden en vele honderden kilometers tegelijk, vertegenwoordigen dit ruim 20 procent van de transportuitstoot. En de weg naar het koolstofarm maken van deze voertuigen is veel hobbeliger, vanwege de grote hoeveelheid elektrische energie die nodig is om hun taak te vervullen. Waar het opladen van een auto-accu bij een laadstation voldoende is om uw persoonlijke elektrische auto te laten rijden, zouden zware voertuigen enorme accu's en meerdere uren oplaadtijd nodig hebben om meer dan 50 keer die energie op te slaan.
Zelfs met de nieuwste ultrasnelle oplaadtechnologie, zou een elektrisch zwaar voertuig slechts twee tot vijf kilometer actieradius per minuut oplaadtijd kunnen winnen. Om dat in perspectief te plaatsen: het tanken van diesel komt neer op 100 kilometer per minuut. Kortom, elektrificatie alleen is niet het antwoord op het koolstofvrij maken. Waar er echter wel een belofte zit, is waterstof.
De beloften en uitdagingen van waterstofbrandstofcellen
One haalbare oplossing Het koolstofvrij maken van zware voertuigen voor lange afstanden gebeurt vandaag de dag via groene waterstof. De transportsector was succesvol in het gebruik van waterstofoplossingen voor lichte voertuigen, maar het simpelweg opschalen van de technologie voor zware voertuigen is niet zo eenvoudig.
Het opschalen van brandstofcellen voor zware toepassingen stelt nieuwe en heel andere eisen op het gebied van levensduur, efficiëntie en kosten. Eaton biedt echter op elk gebied spannende oplossingen:
1. Zorg voor de juiste luchtstroom
Een brandstofcel is een apparaat voor energieconversie dat elektriciteit produceert door waterstof en zuurstof te combineren tot water. De precieze zuurstofstroom naar de brandstofcel is echter van cruciaal belang omdat deze de elektrische productie regelt – en kan een grote uitdaging zijn.
Dat is waar Eaton in beeld komt. Eaton loopt al meer dan 20 jaar voorop op het gebied van luchtregeltechnologie met zijn elektrisch aangedreven luchtpompen. Vanwege zijn expertise is Eaton dat wel in samenwerking met het Amerikaanse ministerie van Energie om op dit gebied vooruitgang te blijven boeken.
De luchtpomp is de grootste elektrische verbruiker in een brandstofcel, waarbij ongeveer 15-20 procent van de elektrische productie wordt gebruikt om de pomp van stroom te voorzien. Daarom werkt Eaton eraan om de hoeveelheid elektriciteit die de luchtcontroller gebruikt met de helft te verminderen.
Het bereiken van dit efficiëntieniveau zonder concessies te doen aan de prestaties, terwijl tegelijkertijd de duurzaamheid wordt vergroot en aanvaardbare kosten worden gehandhaafd, is een belangrijk onderdeel van de “Waterstof Aardschot”-programma om brandstofcellen aan te passen aan de behoeften van zware vrachtwagens op lange afstanden.
2. Nauwkeurige waterstofregeling
Naast het regelen van de luchtstroom onderzoekt Eaton ook de waterstoftoevoerzijde van de brandstofcel. Traditionele waterstoftoevoersystemen leveren kosten en duurzaamheid op tegen prestaties en efficiëntie. Door innovatie in het waterstofcircuit te introduceren, is de aanpak van Eaton in staat om de stroom die de brandstofcel binnenkomt efficiënt en nauwkeurig te controleren en het overtollige water te recirculeren.
Door nauwkeurig te zijn, voorkomen we verspilling van waterstof en verbeteren we zo de algehele efficiëntie verder. Deze oplossingen zijn niet alleen relevant voor zware voertuigen op de weg, maar kunnen ook leiden tot vooruitgang bij het koolstofvrij maken van de voortstuwing van vliegtuigen.
3. Beheer van elektrische energie
De meeste lichte waterstofvoertuigen gebruiken een kleine brandstofcel om een grote batterij op te laden die op zijn beurt een elektromotor aandrijft. Dit concept werkt goed omdat auto's een relatief laag gemiddeld stroomverbruik hebben en slechts gedurende korte tijd een hoog vermogen nodig hebben. Het elektrische systeem is ook eenvoudig omdat de brandstofcel geen directe interactie heeft met de motor.
Maar het opschalen van dat concept naar zware vrachtwagens zou resulteren in extreem grote batterijen – ongeveer vijf keer zo groot als de batterijen van EV-auto’s. Voor vrachtwagens is de ideale oplossing een brandstofcel die efficiënt werkt op alle vermogensniveaus en alleen een veel kleinere batterij gebruikt voor het starten en opslaan van remenergie.
Dit brengt echter een nieuwe uitdaging met zich mee: het elektrische systeem moet veel complexer worden omdat het energie uit drie bronnen moet combineren: de brandstofcel; de batterij; en de elektromotor. Dit is wederom een bekende ruimte voor Eaton, dat uitgebreide ervaring heeft met microgrids in het beheren van elektrische energie in vergelijkbare omgevingen. En Eaton past die kennis opnieuw toe in toepassingen voor waterstofvoertuigen, om uiteindelijk de behoefte aan batterijen te verminderen.
Door de elektrische opwekking van brandstofcellen, de kleinere batterij en de elektrische aandrijflijn te manipuleren, streeft Easton ernaar de batterijgrootte in een zwaar voertuig met een factor drie tot vijf te verminderen. Dit verlaagt niet alleen de initiële kosten van het voertuig, maar ook het gewicht ervan, waardoor de laadcapaciteit van een brandstofceltruck wordt verbeterd.
Koolstofarm maken vanuit alle hoeken
Het is duidelijk dat groene waterstof een cruciale rol zal spelen in een netto-nultoekomst. Het stoot geen COXNUMX-uitstoot uit en kan uit hernieuwbare bronnen worden geproduceerd. En hoewel er nog steeds uitdagingen te overwinnen zijn, helpt Eaton de weg te effenen. Deze uitdagingen vallen precies op de goede plek van het bedrijf: de convergentie van elektrische en mechanische energie.
Het werk van Eaton op dit gebied is ook in lijn met de missie van het bedrijf – het verbeteren van de levenskwaliteit en het milieu – en met zijn ambitieuze, op wetenschap gebaseerde Duurzaamheidsdoelstellingen voor 2030. Eaton heeft zich ertoe verbonden om de Scope 3-koolstofuitstoot van it-technologieën en de gehele waardeketen tegen 15 met 2030 procent te verminderen. En om in datzelfde tijdsbestek 3 miljard dollar te besteden aan onderzoek en ontwikkeling voor duurzame oplossingen.
De expertise van Eaton op het gebied van voertuig- en aandrijflijncontroles, gecombineerd met zijn ervaring in het beheren van gas- en elektriciteitsstromen, zal helpen bij het ontwikkelen van efficiënte, betrouwbare, veilige en kosteneffectieve emissievrije oplossingen voor de toekomst.
Bron: https://www.greenbiz.com/article/decarbonizing-heavy-duty-transportation-hydrogen-answer
