Hoe recyclebaar is de waterstofauto?

Gepubliceerd op 02 april 2020

Waterstofauto’s met brandstofcel beloven de ultieme vorm van schone mobiliteit. Uit waterstof (H2) en zuurstof (O) maken ze stroom, die de elektromotor aandrijft. Zuiver water (H2O) is de enige emissie die bij dit proces overblijft. Met de Mirai brengt het Japanse Toyota die techniek sinds 2016 op de Nederlandse markt. Begin 2021 komt de tweede generatie van de Mirai naar ons land. Daarmee rijst ook de vraag: hoe zit het met demontage en recycling?


Tekst Leonard van den Berg

Fotografie Toyota

Nu mondjesmaat ook in Nederland de eerste Mirai’s op de weg komen, is het een kwestie van aftellen tot de eerste Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV’s) total-loss bij demontagebedrijven belanden. Wat is bij een brandstofcelauto in zo’n situatie anders dan bij andere auto’s en hoe moet je dat dan in vredesnaam aanpakken?

Drie bijzondere componenten

Toyota werkte bij de introductie van de Mirai nauw samen met ARN om de recycling van EOL-voertuigen voor te bereiden. “De Mirai is in de kern een standaard Toyota Hybrid Electric voertuig”, reageert de Japanse autofabrikant, “met de inmiddels bekende batterijtechniek en -materialen.” In de kern zijn er bij de brandstofceluitvoering vanuit het oogpunt van demontage en recycling maar drie dingen écht anders: “De H2-hogedruktank en de hogedrukleidingen, de brandstofcel zelf plus een DC/DC-converter, die de relatieve lage spanning van de brandstofcel omzet naar de benodigde hoge spanning voor de aandrijving. Die drie elementen vervangen het brandstofsysteem zoals we dat kennen in conventionele hybride auto’s met interne verbrandingsmotor.”

Page image

Speciale aandacht

Het eerste wat bij de Mirai speciale aandacht vraagt bij het ontmantelen is het leegmaken van de brandstoftank. Belangrijk, want waterstof is zeer brandbaar en zeer vluchtig met een kookpunt van -252,9°C. Daardoor blijft het alleen vloeibaar onder extreem hoge druk: minstens 700 bar – bijna 100 keer hoger dan de acht bar van een conventionele LPG-installatie. Stap 1 bij demontage is dus het drukloos maken van de brandstoftank voordat de feitelijke ontmanteling kan beginnen. Hiervoor heeft Toyota speciale gereedschappen en trainingen ontwikkeld.

Veel platina

De recycling van de brandstofcel zelf is het volgende grote punt bij toekomstige demontage van de Mirai en andere waterstofauto’s met Proton-Exchange Membrane (PEM) fuel cell. Anders dan de H2-gevulde druktank geeft de brandstofcel zelf geen explosie- of brandgevaar; recycling daarvan is vooral belangrijk omdat hij veel platina bevat. De anode en kathode, waarlangs de elektriciteit in de brandstofcel wordt opgewekt, zijn bekleed met dit kostbare edelmetaal - dat als nanodeeltjes is aangebracht op een frame van koolstof. De speciale DC/DC-converter van het brandstofcelsysteem van de Mirai is qua demontage en recycling vergelijkbaar met andere converters, aldus Toyota. Daarnaast biedt de fabrikant directe support aan marktpartijen buiten het eigen dealernetwerk die met de demontage en recycling van de Mirai te maken krijgen.

Toyota werkte bij de introductie van de Mirai nauw samen met ARN om de recycling van EOL-voertuigen voor te bereiden

Sintering

‘Mirai-volger’ van het eerste uur is de chemicus professor Emiel Hensen van TU Eindhoven. Hij reed in 2016 bij Toyota Research in Nagoya, Japan al met een eerste versie. “Hoewel brandstofcellen geen interne bewegende delen bevatten en er dus geen mechanische slijtage optreedt, verliezen ze na verloop van tijd toch een deel van hun effectiviteit. Vergelijk het met katalysatoren: ook daar wordt het proces op den duur minder rendabel.” Zo werkt dat ook met de brandstofcel, weet Hensen: “Daarbij treedt zogeheten sintering op: de werkzame deeltjes op de kathode en anode gaan langzaam samenklonteren, waardoor ze een kleiner oppervlak hebben en capaciteit verliezen. Daarnaast kunnen er ook vervuilingen adsorberen op de nanodeeltjes die de werking verminderen.”

Platina terugwinnen

Oude brandstofcellen hergebruiken of refurbishen kan daardoor niet zomaar. Hensen: “Je moet die materialen zo goed mogelijk terugwinnen om nieuwe te kunnen maken. Heel moeilijk is dat niet: een brandstofcel bestaat voor veruit het grootste gedeelte uit metaal- en plasticmaterialen die zonder veel problemen kunnen worden gerecycled, vergelijkbaar met andere auto-onderdelen. Speciaal is het platina in PEM-brandstofcellen. Over de hoeveelheid die daarin zit, geven fabrikanten zelf geen cijfers, maar vanwege de kosten én vanwege hergebruik van grondstoffen is het belangrijk om dat terug te winnen.”

Recycling-infrastructuur

Brandstofcelproducenten en recyclingbedrijven werken daar hard aan, weet Hensen. “Zij ontwikkelen procedés waarmee ze al zo’n 95% van het platina kunnen terugwinnen.” Dat is specialistisch werk, weet de TU/e-professor, maar de kosten vallen mee: “Het is volgens mij eenvoudiger en voordeliger dan het recyclen van de huidige generatie e-car batterijen. Ik verwacht dat daarvoor een vergelijkbare infrastructuur zal ontstaan als voor autouitlaatgaskatalysatoren met edelmetalen, zoals platina, rhodium en palladium. Zo gaat ongeveer 80% van de wereldproductie van rhodium naar deze katalysatoren. Hier is inmiddels een betaalbaar terugwinningssysteem voor. Dat gaat hier ook voor ontstaan.”

Goed hergebruik maakt rijden op waterstof met een brandstofcel na EV-rijden de meest CO2-gunstige aandrijving

EV’s en FCEV’s meest gunstig

Goed hergebruik maakt rijden op waterstof met een brandstofcel na EV-rijden de meest CO2-gunstige aandrijving. Dat concludeerde de Vlaamse zender VRT in een uitgebreid onderzoek naar de milieu-impact van de verschillende soorten aandrijving. Daarin namen ze naast het energieverbruik ook de CO2-productie mee in de bouw van het voertuig plus de opwekking van de energie én het verbruik. Volgens de Vlaamse onderzoekers scoren EV’s en FCEV’s in de productiefase slechter dan conventionele brandstofvoertuigen. Dit komt door hun batterijen en brandstofcel, maar dit maken ze ruimschoots goed in de opwekking van de energie waarop ze rijden en de totale uitstoot van alle fasen in de levensduur bij elkaar.

Waterstofgas via aardgasnetwerk

Staan daarmee dus alle seinen op groen voor de doorbraak van rijden op waterstof? Het lijkt er steeds meer op. Op de eerste Nationale Waterstofdag, afgelopen februari in Lelystad, benadrukten president-directeur Marjan van Loon van Shell Nederland en de Delftse hoogleraar Ad van Wijk de enorme kansen voor de uitrol van waterstof in ons land. Ze wezen met name op het aanwezige aardgasnet van 42.000 kilometer dat in de toekomst waterstofgas zou kunnen vervoeren en op de ontwikkelingen in Japan, waar inmiddels al zo’n 500.000 waterstofinstallaties voor huishoudens zijn verkocht. “Voor de grootschalige productie van waterstof hebben we wel veel meer groene stroom nodig”, benadrukte Van Loon in het Dagblad van het Noorden. “Vooral van meer windenergie op zee: daar moeten we sneller grotere windparken aanleggen.” Ze denkt dat elektrisch rijden en rijden op waterstof in de toekomst naast elkaar zullen bestaan. “Voor korte ritten in de stad is elektrisch handig, voor langere ritten op het platteland is de grotere actieradius van waterstof een oplossing.”

GreenLight logo

Meest gelezen