Een bijdrage van David Dirkse.
Elektrische auto’s hebben als voordeel:
- Minder bewegende delen (geen versnellingsbak, geen zuigers)
- Langere levensduur
- Lagere onderhoudskosten, garagebezoek alleen voor banden en wiellagers.
- Geen lawaai of stank
- Motor hoeft niet stationair te draaien bij stilstand
- Hoger rendement (elektromotor 90%, benzine motor 25%)
- Remenergie wordt weer opgeslagen
In Nederland tellen we nu 8,5 miljoen personenwagens waaronder (1-01-2019) 45.000 volledig elektrische, dat is 0,53%. De meeste elektrische auto’s bezitten een accupakket dat thuis of langs de route moet worden opgeladen. Er rijden (sept. 2019) 134 personenauto’s op waterstof en brandstofcellen.
De regering wil het gebruik van fossiele brandstoffen beëindigen om over te schakelen op de energie van zon en wind. Maar deze energie wordt op willekeurige momenten opgewekt terwijl onze maatschappij vraagsturing vereist: ieder moet op elk moment over energie kunnen beschikken.
Dat maakt noodzakelijk om de energie van windparken en zonneweiden op te slaan.
Energietransitie is dus voorraadtransitie. Die transitie is pas echt voltooid als er een landelijke strategische voorraad voor drie maanden is aangelegd.
Opmerking: de technologie hiervoor is nog niet ontwikkeld.
En uitdaging (lees: lastige klus) van de energietransitie is de transportsector.
Deze is goed voor 20% van het landelijke energiegebruik. Personenauto’s nemen hiervan weer de helft voor hun rekening. Waarom de energie van wind en zon niet inzetten voor personenwagens?
Er zijn vier combinaties te maken. Aan de aanbodzijde van energie windparken of zonneweiden, aan de vraagzijde stroom voor de accu’s of waterstof voor de brandstofcellen.
Hoeveel energie kost autorijden?
Voor een familiewagen is dat zo’n 0,17KWh per kilometer. (=10 minuten stofzuigen)
Gemiddeld rijdt een auto 13.000km per jaar.
Per dag hebben onze personenwagens nodig 8,5*10^6*13000*0,17/365 = 51GWh (giga-watt-uur)
Windparken
Het Gemini-windpark boven Terschelling heeft een maximaal vermogen van 600MWatt.
De oppervlakte bedraagt 65km2. De productiefactor van wind-op-zee is 40%.
Gemiddeld levert het windpark per dag 600*10^6 *0,4*24 = 5760MWh (mega-watt-uur)
Die energie wordt geleverd op ongevraagde momenten zodat opslag nodig is.
De enige geschikte opslag is waterstof gemaakt door elektrolyse van water. Daarbij is het rendement 70% . Brandstofcellen zetten waterstof met een rendement van 60% om in stroom. Het Gemini-windpark kan per dag 5760*10^6*0,7*0,6 = 2400MWh vraag gestuurde stroom leveren.
Windparken en accu’s
Het rendement bij het laden en ontladen van accu’s is 77%.
Ons autopark heeft als invoer 51GWh/0,77 = 66GWh energie per dag nodig. Dat zijn 27 Gemini-windparken. Voeg daar bij nog de elektrolyse fabrieken, de opslag en de brandstofcelcentrales.
Efficiënter is batterijen in auto’s niet op te laden maar te vervangen door exemplaren die direct door windmolens zijn opgeladen. Dat vereist 51.10^9/(5760.10^6*0,77) = 12 Gemini windparken.
Windparken en brandstofcellen.
Het Gemini-windpark levert nu direct stroom aan laadstations die ter plaatse een waterstof voorraad aanleggen. Voor personenwagens wordt de waterstof samengeperst tot 700 bar, dat kost 20% van de energie. Brandstofcellen in de auto wekken met waterstof stroom op met een rendement van 60%.
Aantal Gemini-windparken: 51*10^9/(0,8*2400*10^6) = 26.
Brandstofcel auto’s beschikken over een kleine accu. Daar kan remenergie in worden opgeslagen.
Zonnepanelen
Een zonnepaneel meet 1,65m2 en het maximale vermogen is 400Watt (oudere typen 280Watt).
De productiefactor op onze breedtegraad is 10% zodat één hectare dicht opeen geplaatste zonnepanelen gemiddeld 400*0,1*10.000*24/(1.65) = 5,8MWh energie per dag levert.
Na waterstofproductie blijft dan over 0,7 * 5,8 = 4MWh per hectare per dag.
De opslagcapaciteit moet heel groot zijn omdat opslag over de seizoenen loopt. In de winter is de opbrengst van een zonnepaneel slechts 12% van die in de zomer.
Zonnepanelen en accu’s
Als zonnepanelen direct accu’s opladen dat is nodig 51.10^9/(0,77*5,8.10^6) = 11.400ha , 114km2.
In geval van laadpalen langs de weg komen daar de verliezen van conversie naar waterstof bij:
Nu is nodig: 51.10^9/(0,7*0,6*5,8.10^6*0,77) = 27200ha, 272km2.
Het geschikte dakoppervlak van onze huizen wordt geschat op 160km2 , met bedrijfspanden mee 280km2 zodat de onlangs gelezen bewering (FD) dat een gering percentage van onze daken met panelen genoeg kan leveren voor ons autopark onjuist is.
Zonnepanelen en brandstofcellen
De zonneweiden leveren de energie direct aan pompstations die er waterstof mee maken.
Nu zijn nodig 51*10^9/(0,8*4*10^6) = 159km2 zonneweiden. (*0,8 wegens samenpersen)
Accu’s vs waterstof
Verwisselen van accu’s is de meest efficiënte energievoorziening, maar die is niet gekozen.
Accu auto’s kennen als nadeel:
- Lange laadtijden (uren).
- Korte actieradius (200 – 600 km.).
- Zwaar en duur accupakket (Tesla-S : €32000).
- ’s Winters kortere actieradius wegens verwarming interieur.
Waterstof/brandstofcel auto’s hebben die nadelen niet.
Waterstof pompstations kunnen een opslagmedium zijn voor stroom van windparken en zonneweiden.
Methanol
Een parallelle ontwikkeling zijn brandstofcellen op methanol.
Hiervan bestaan nog maar enkele modellen, zoals de Gumpert RG Nathalie sportwagen.
De door elektrolyse verkregen waterstof levert gecombineerd met CO2 methanol op.
( CO2 + 3H2 CH3OH)
In de auto wordt de waterstof weer vrijgemaakt voor de brandstofcel.
Voordeel is dat nauwelijks aanpassing aan pompstations nodig is. Tanken gaat als vanouds.
De hogedruk waterstoftank in de auto vervalt.
Op een tank methanol kan een personenwagen 1200 tot 1600 km. rijden.
Dit zou de snelste weg zijn naar schonere lucht in steden en reductie van geluidsoverlast.
Toekomst
David Dirkse.
Auto’s worden gekocht voor tijdwinst en gemak.
Lange laadtijden en korte actieradius zijn daarmee in tegenspraak.
Wegens ontbreken van een duur accupakket zullen waterstof of methanol auto’s bij serieproductie lager in prijs zijn.
De opmars van brandstofcel auto’s ligt daarom voor de hand.
Toepassing van methanol kan op ideologische bezwaren stuiten omdat naast waterdamp wat CO2 wordt uitgestoten.
0 reacties :
Een reactie posten