De jaarlijkse zomerprijsstijging voor benzine is een ritueel waar we allemaal bang voor zijn. Het komt met voorspelbare brutaliteit. Om ons er even aan te herinneren waarom dit een probleem is, kijken we naar de zomer van 2008. De gemiddelde landelijke prijs voor een liter gewone benzine klom over de grens van vier dollar. Een tank vullen was niet zomaar een klusje. Het was een financiële gok. Je moest je banksaldo controleren voordat je zelfs maar het mondstuk erin stopte.
Die herinneringen zijn nog scherp. Dus wanneer de pompprijzen weer beginnen te stijgen, rijst natuurlijk de vraag. Wat is er nog meer?
Het antwoord is een druk veld met opties. Veel van deze alternatieve brandstoffen zijn tegenwoordig beschikbaar. Ze staan bij dealers. Ze liggen op snelwegen. Sommige technologieën hebben meer tijd nodig om op te schalen voor massale adoptie. Anderen staan voor u klaar om dit weekend te kopen. Hier zijn de beste kanshebbers.
Зміст
10: Voertuigen op waterstofbrandstofcellen
Waterstof lijkt voor sommigen misschien sciencefiction. In werkelijkheid is het een van de meest gevestigde alternatieve brandstoffen voor personenauto’s. Het concept is eenvoudig genoeg. Je neemt waterstofgas. Je combineert het met zuurstof uit de lucht. De chemische reactie produceert elektriciteit. Die elektriciteit drijft een elektromotor aan. De enige uitstoot is waterdamp.
“De enige uitstoot is waterdamp.”
Dit proces vindt plaats in een brandstofcelstapel. Er wordt geen brandstof verbrand in de traditionele zin van het woord. Er is geen verbranding. Dit maakt elektrische voertuigen op waterstofbrandstofcellen (FCEV’s) uniek. Ze bieden de grote actieradius en snelle tanktijden van een benzineauto. Ze bieden ook het soepele, onmiddellijke koppel van een elektrisch voertuig (BEV).
Toyota en Honda pushen deze technologie al jaren. De Toyota Mirai en de Honda Clarity Fuel Cell zijn twee van de weinige opties voor de massamarkt. Het lijken wel sedans. Ze rijden als sedans. Maar ze vereisen een andere infrastructuur.
Het vinden van een waterstofstation is de grootste hindernis. Deze stations zijn niet overal. Ze zijn geclusterd in specifieke regio’s, voornamelijk Californië. Als u in Zuid-Californië woont, heeft u mogelijk toegang. Als je in Ohio woont, doe je dat waarschijnlijk niet. De schaarste aan stations beperkt de wijdverbreide acceptatie.
De auto’s zelf zijn duur. De productiekosten blijven hoog. Batterij-elektrische voertuigen hebben geprofiteerd van enorme schaalvoordelen. Waterstofvoertuigen hebben dat omslagpunt nog niet bereikt.
Toch werkt de technologie. Het is schoon. Het is snel. Het tanken duurt ongeveer drie tot vijf minuten. Dat is vergelijkbaar met het vullen van een benzinetank. Het assortiment is ook concurrerend. De Mirai haalt ongeveer 400 mijl op een volle tank. Dat is beter dan de meeste huidige EV’s in koude weersomstandigheden. Batterijen verliezen efficiëntie in de kou. Waterstofbrandstofcellen doen dat niet.
Er zijn zorgen over de herkomst van de waterstof. De meeste waterstof die vandaag de dag wordt geproduceerd, is afkomstig van aardgas. Bij dit proces komt koolstofdioxide vrij. Het is niet ‘groen’ tenzij je hernieuwbare energie gebruikt om watermoleculen te splitsen. Dit wordt ‘groene waterstof’ genoemd. Het is duur. Het is zeldzaam. Maar de sector investeert er zwaar in.
Als je een station kunt vinden en de premiumprijs kunt betalen, biedt waterstof een aantrekkelijke middenweg. Het lost de angst voor het bereik op waar vroege EV-adopteerders last van hebben. Het vermijdt de lange oplaadtijden die weggebruikers frustreren. Het heeft alleen een beter netwerk nodig om te overleven.
De zomer van
Waterstof doet mensen denken aan de Hindenburg. Het is een reflex. Maar in de praktijk? Het is verrassend veilig. De technologie splitst zich in twee verschillende routes om een auto in beweging te krijgen. Je hebt brandstofcel-elektrische voertuigen (FCEV’s) en waterstofverbrandingsmotoren (H2-ICE). Ze klinken vergelijkbaar. Dat zijn ze niet.
Hoe brandstofcelvoertuigen eigenlijk werken
Een brandstofcelvoertuig rijdt niet op een accupakket zoals een Tesla of een Leaf. Het wekt on-the-fly zijn eigen elektriciteit op. Je hebt waterstoftanks. Zuurstof haal je uit de lucht. In de brandstofcel ontmoeten ze elkaar in een chemische reactie. Het resultaat is elektriciteit. Die elektriciteit laat elektrische motoren draaien.
De enige uitlaat? Waterdamp. Dat is alles. Geen uitlaatemissies. Geen CO2. De Honda FCX Clarity is hiervoor het uithangbord. Het maakt gebruik van deze exacte technologie. Op dit moment verhuurt Honda deze eenheden aan chauffeurs in Zuid-Californië. Het is een gecontroleerde uitrol. Je kunt er vandaag niet zomaar een kopen als je in Ohio woont.
Het verbrandingsalternatief
Dan is er de andere manier. Een waterstofverbrandingsmotor. Dit lijkt op een benzinemotor onder de motorkap. Het heeft zuigers. Het heeft kleppen. Het verbrandt waterstof in plaats van gas.
Nogmaals, het bijproduct is waterdamp. De BMW Hydrogen 7 is het bekendste voorbeeld van deze aanpak. BMW verhuurde er een aantal aan spraakmakende personen. Duitsland. De Verenigde Staten. Sommige tests beweerden dat de auto daadwerkelijk de lucht eromheen reinigde. Dat is een gewaagde bewering. Misschien heeft de condensatie deeltjes weggewassen? We hoeven niet over de natuurkunde te debatteren. Het punt is: de technologie bestaat.
Het infrastructuurprobleem
Waarom rijdt jouw buurman dan niet in een waterstofauto? Infrastructuur. Er zijn geen waterstoftankstations. Niet echt. Niet in enige betekenisvolle dichtheid. Het is niet hetzelfde als het vinden van een benzinepomp. Het is niet alsof je de stekker in een muur steekt. Het gebrek aan stations is het knelpunt. Het is het knelpunt.
Maar er is een alternatieve brandstof die al in je leven aanwezig is. Misschien gebruikt u het nu zelfs.
9: Elektriciteit
Elektrische voertuigen zijn geen moderne uitvinding. Ze bestaan al sinds de eerste auto’s van de lopende band rolden. Vroege auto’s reden vaak op elektriciteit. Tegenwoordig zijn ze eindelijk zinvol voor het dagelijkse woon-werkverkeer.
Waarom duurde het zo lang? Batterijtechnologie. Het verplaatsen van zwaar metaal op snelwegsnelheden kost energie. Oude batterijen waren snel leeg. Het opladen duurde uren. Bereikangst was reëel.
Lithium-ionbatterijen veranderden het spel. Dit zijn dezelfde cellen in uw telefoon. Ze laden sneller op. Ze bevatten meer energie. Tesla’s Roadster bewees dat elektrische motoren de acceleratie van supercars konden evenaren.
Toen kwam het elektrische voertuig met groter bereik (EREV). De Chevy Volt is daar een goed voorbeeld van. Het combineert een lithium-ionpakket met een kleine benzinegenerator. Je sluit hem aan op een standaard stopcontact. Wanneer de lading wegvalt, wordt de gasmotor ingeschakeld. Deze fungeert als generator om de accu’s bij te vullen. Hierdoor ontstaat een nieuwe autoklasse. Het overbrugt de kloof tussen puur elektrische en traditionele benzineslurpers.
8: Biodiesel
Terwijl technologie voor elektrische aandrijflijnen de krantenkoppen haalt, biedt biodiesel een andere weg dan ruwe olie. Het is geen nieuwe brandstofbron. Het concept dateert uit de begindagen van de dieselmotor zelf. Rudolf Diesel ontwierp zijn motor oorspronkelijk om op arachideolie te draaien. Tegenwoordig is biodiesel een hernieuwbaar alternatief, afgeleid van plantaardige oliën of dierlijke vetten.
In tegenstelling tot elektrische auto’s die afhankelijk zijn van de laadinfrastructuur, gebruiken biodieselauto’s vaak bestaande dieselmotoren met kleine aanpassingen. Of ze kunnen zonder enige verandering rechtdoor rijden in moderne dieselvoertuigen. Hierdoor is het een drop-in oplossing. U hoeft uw garage niet op te knappen of te wachten tot er op elke hoek laadstations verschijnen.
Het milieuargument is hier sterk. Biodiesel is biologisch afbreekbaar en niet giftig. Het vermindert de uitstoot van broeikasgassen in vergelijking met diesel op basis van aardolie. Het verbrandt ook schoner, waardoor er minder fijnstof in de lucht zit. Voor liefhebbers die houden van het koppel en het geluid van een dieselmotor, maar een groenere voetafdruk willen, is dit een haalbare middenweg. Het is niet zo opzichtig als een Tesla. Hij heeft niet die stille, onmiddellijke acceleratie. Maar het is praktisch. En er wordt brandstof gebruikt die u eventueel kunt maken uit uw eigen keukenafval of afkomstig kunt zijn van lokale boerderijen.
Je zou kunnen denken dat het ruilen van je ochtendspek voor boerenkool zich uitstrekt tot je benzinetank. Dat is niet het geval. Terwijl uw bloedvaten vetarme diëten waarderen, bekommert uw motor zich niet om uw cholesterol. Biodiesel bestaat. Het is echt. Het is levensvatbaar. Maar het is geen directe vervanging voor zuivere plantaardige olie, tenzij u van uw auto een zeer dure presse-papier wilt maken.
Hoe biodiesel eigenlijk werkt
Biodiesel is afkomstig van hernieuwbare bronnen zoals plantaardige oliën of dierlijke vetten. Elke standaard dieselmotor kan erop draaien. Dat is het makkelijke gedeelte. Het moeilijkste is dat je niet zomaar gebruikt McDonald’s-vet in een dieselinjector kunt gieten. De grondstof heeft chemische conversie nodig.
Het proces omvat transesterificatie. Je mengt de olie met een alcohol (meestal methanol) en een katalysator (zoals natriumhydroxide). Hierdoor worden de triglyceriden in de olie afgebroken en vervangen door methylesters. Het resultaat is een brandstof die zich gedraagt als petroleumdiesel. Zonder deze stap is de olie te stroperig. Het verstopt filters. Het vreet injectoren op. Het vernietigt brandstofpompen. Je probeert in wezen een sportwagen op motorolie te laten rijden. Het eindigt slecht.
De doe-het-zelf-gevarenzone
Liefhebbers brouwen vaak hun eigen brandstof. Ze kopen afgewerkte olie van lokale restaurants. Dit houdt de olie uit stortplaatsen en creëert een goedkope energiebron. Het is een slimme lus. Maar het is ook een chemisch gevaar als je de zijwieltjes overslaat.
Methanol is giftig. Het kan door de huid worden opgenomen of als damp worden ingeademd. De reactie genereert warmte en druk. Als je de verhouding verkeerd hebt, krijg je geen biodiesel. Je krijgt zeep. Je krijgt glycerineslib. U krijgt een brandstofsysteem dat meer kost om te repareren dan het voertuig waard is.
“Voordat je zelf biodiesel gaat maken, is het een goed idee om een tijdje te trainen met iemand die het al eerder met succes heeft gedaan.”
Beschouw dit niet als een wetenschappelijk beursproject. Behandel het als het hanteren van explosieven. Zoek een mentor. Bekijk het proces. Begrijp de scheiding van lagen. Test de zuiverheid. Als u deze stappen overslaat, loopt u het risico uw voertuig, uw huis en uzelf te beschadigen.
De geur van succes
Waarom doen mensen het? De kosten zijn in veel regio’s lager dan die van petroleumdiesel. De uitstoot is schoner. Het verbrandt met minder deeltjes en een lager koolstofgehalte. Het is een tastbare manier om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen.
Er is ook het zintuiglijke detail. Je auto ruikt naar friet. Niet het muffe vet van een slechte uitlaat, maar echte gebakken aardappelen. Het is een vreemde trots. Het is een signaal voor iedereen in de buurt dat u iets anders doet.
Zorg er wel voor dat uw motor het aankan. Oudere diesels kunnen rubberen afdichtingen hebben die bij bepaalde brandstofmengsels verslechteren. Nieuwere zijn over het algemeen prima. Controleer uw handleiding. Controleer het mengsel. Begin niet zomaar met gieten.
7: Ethanol
Dit leidt ons naar de wereld van op maïs gebaseerde brandstof. Ethanol is anders. Het is geen olie. Het is fermentatie. Het verandert de regels volledig.
Sla de frituurgeur over: betere alternatieve brandstoffen voor uw dagelijkse chauffeur
Je hebt het frituurvet onder de knie. Je tank zit vol met frietjes van gisteren. Maar laten we eerlijk zijn: door de stad rijden en ruiken naar de uitlaatpijp van een restaurant is niet bepaald een levensstijlupgrade. Het is rommelig. Het is volhardend. En eerlijk gezegd gaan je buren vragen stellen.
Dus, wat is de spil? Als je je uitlaatgassen schoon wilt houden en je brandstofbron thuis wilt houden, moet je kijken naar wat er in de velden groeit, niet naar wat er in de pan bakt.
Waarom ethanol de groene keuze is
Ethanol is niet nieuw. Het zit al jaren verborgen in uw benzinepomp, meestal weggestopt in kleine percentages om de uitstoot te verminderen tijdens de warmere zomermaanden. Het is een brandstof op alcoholbasis die is afgeleid van plantaardig materiaal.
Hier is de uitsplitsing:
– VS: Meestal maïs.
– Brazilië: Suikerriet.
– Rest van de wereld: Verschillende gewassen, afhankelijk van de lokale landbouw.
** Drink het niet. ** Het is niet voor niets gedenatureerd.
Het echte verhaal hier is de infrastructuur. De meeste grote autofabrikanten bieden nu flex-fuelmotoren aan. Deze krachtcentrales zijn ontworpen om een breed scala aan brandstofmengsels te verwerken. Je wordt niet in een hoek gedwongen. U kunt standaardbenzine pompen. Of u kunt E85 tanken, een mengsel dat voor ongeveer 85 procent uit ethanol en voor 15 procent uit benzine bestaat.
De geopolitiek van graan
Waarom is dit belangrijk voor jou?
Het komt neer op energieonafhankelijkheid. Het argument voor ethanol is eenvoudig: we verbouwen het hier. We hoeven niet te onderhandelen met buitenlandse regimes voor onze dagelijkse mobiliteit. Het is een hernieuwbare hulpbron. Olie is eindig. Maïs is dat niet.
Maar laten we niet doen alsof het perfect is. Het productieproces is energie-intensief. Je ruilt het ene probleem in voor het andere. En er is de ethische druk.
Als boeren meer geld kunnen verdienen met het verbouwen van gewassen voor ethanol dan voor voedsel, zullen ze overstappen. Dat vermindert het voedselaanbod. Dat drijft de voedselprijzen op.
Het is een delicaat evenwicht tussen het tanken van je auto en het voeden van de bevolking.
Waar kunt u E85 vinden
Het netwerk breidt zich uit. Je kunt stations vinden die E85 aanbieden in veel delen van het Midwesten en de Great Plains, waar maïs koning is. Controleer uw lokale vermeldingen. Als uw auto het label ‘flex-fuel’ of ‘E85-compatibel’ heeft, bent u klaar om te gaan. De tank zal niet smelten. De motor zal niet stikken.
Je moet alleen bereid zijn om het zelf te pompen.
6: Vloeibaar aardgas
Chef-koks weten er raad mee. Misschien heb je hem wel in je keuken. Het is geen ethanol. Het is geen biodiesel. Het is niet gemaakt van iets dat je zou kunnen eten of drinken. Het is aardgas.
Topchefs staan erop om ermee te koken. Maar bij auto’s is het een ander verhaal. Concreet: een verhaal met hoge dichtheid.
Aardgas zit tussen lagen ondergronds gesteente. We boren ernaar, net als olie. In de Verenigde Staten zijn er nog veel meer van. Het brandt schoner dan benzine. Of olie.
Het gas waarmee je pasta kookt, komt onder lage druk binnen. Dat houdt het gasvormig. Lage druk betekent lage energiedichtheid. Bij verbranding komt relatief weinig warmte vrij. Goed voor soep. Niet goed voor het vervoeren van vracht.
Koel het af. Verander de staat.
Vloeibaar aardgas (LNG) is het resultaat. Het wordt energiedicht. Verbrand het en je krijgt een enorme stroomopbrengst. Dat heeft een vrachtwagen nodig. Niet zomaar een klein duwtje. Serieus koppel over lange afstanden. Dat is waar LNG leeft.
5: Vloeibaar petroleumgas
De ladder opgaan. Van methaan tot propaan en butaan.
LPG onderscheidt zich van LNG. Het is ook een alternatieve brandstof. Maar de bron is anders. Aardgasverwerking. Of het raffineren van ruwe olie.
Het is een bijproduct. Een secundair product.
De naam klinkt technisch. Vloeibaar petroleumgas. Maar je hebt het gezien. In kampeerkachels. Bij vorkheftrucks. In oudere taxivloten.
Hoe LPG werkt in voertuigen
LPG wordt onder druk opgeslagen. Het is vloeistof in de tank. Verdampt wanneer het vrijkomt. Verbrandt schoner dan benzine.
De uitstoot daalt. Fijnstof valt. De uitstoot van kooldioxide is ook lager. Maar niet zo laag als CNG of LNG.
De energiedichtheid is hoger dan die van gecomprimeerd aardgas (CNG). Lager dan benzine. De actieradius lijdt dus enigszins in vergelijking met vloeibare brandstoffen. Maar het is beter dan CNG.
Welk motortype past het beste?
Niet iedere auto kan goed overweg met LPG. De meeste vereisen aanpassing. Of in de fabriek gebouwde motoren.
Flexfuelvoertuigen? Soms. Maar speciale LPG-motoren komen vaker voor.
Vonkontsteking. Otto-cyclus. Net als een gemiddelde sedan. Maar afgestemd op propaan-butaanmengsels.
De lucht-brandstofverhoudingen veranderen. Injectiesystemen veranderen. Brandstofleidingen hebben specifieke afdichtingen nodig. Rubber wordt sneller afgebroken met LPG.
Waar wordt het gebruikt?
Vloten zijn er dol op. Heftrucks gebruiken het wereldwijd. Binnenmagazijnen. Geen uitlaatgassen die werknemers verstikken.
Openbaar vervoer? In sommige steden. Bussen rijden op LPG. Schonere lucht in tunnels.
Persoonlijke voertuigen? Niche. Populair in Australië. Zuid-Korea. Oost-Europa.
Niet zozeer in de VS. Waarom? Infrastructuur. Tankstations zijn zeldzaam. In tegenstelling tot CNG-netwerken.
LPG vergelijken met alternatieven
LPG versus CNG.
CNG is methaan. Gecomprimeerd. Lagere energiedichtheid. Grotere tanks nodig.
LPG is propaan/butaan. Vloeibaar gemaakt onder matige druk. Hogere energiedichtheid. Kleinere tanks mogelijk.
Maar LPG heeft een hogere CO2-uitstoot per kilometer dan CNG. En meer fijnstof dan LNG.
Nog steeds schoner dan diesel.
Het eindresultaat
LPG is niet de toekomst van zwaar
Als je de afgelopen tien jaar in de buurt van een barbecue in de achtertuin hebt gestaan, heb je al vloeibaar petroleumgas (LPG) ontmoet. Je zou het uit gewoonte propaan kunnen noemen, maar de chemie vertelt een iets ander verhaal. Propaan is zeker het dominante bestanddeel. Maar technisch gezien is LPG een mengsel van koolwaterstofgassen – propaan, butaan, misschien een vleugje propyleen – die allemaal onder druk in vloeibare vorm worden gehouden.
Die druk is belangrijk. Het is dezelfde truc die wordt gebruikt voor vloeibaar aardgas. Door het in een vloeistof te comprimeren, wordt de energiedichtheid verhoogd. Minder tankruimte, meer actieradius. Die efficiëntie is precies de reden waarom ingenieurs besloten om het in automotoren te stoppen in plaats van alleen maar de patio te laten branden.
De opstelling is geen magie. Het is een verbrandingsmotor die speciaal is afgestemd op LPG. Het brandstofsysteem injecteert de vloeistof onder druk, die vóór verbranding in gas verandert. Het werkt. Het is gewoon niet mainstream in de VS. Hier zie je zelden een vloot LPG-sedans. Maar kijk eens over de Atlantische Oceaan. In Nederland is LPG goed voor 10% van alle autobrandstoffen. Andere landen hebben pilots uitgevoerd. De infrastructuur bestaat. De technologie werkt. De vraag is waarom we het niet volhouden.
4: Gecomprimeerd aardgas
Stel je een brandstofleiding voor die rechtstreeks naar je garage loopt. Geen benzinepomp. Geen oplaadkabel. Gewoon een letterlijke pijp. Voor voertuigen op gecomprimeerd aardgas (CNG) is dit geen sciencefiction. Het is een logistieke realiteit. De brandstof is identiek aan wat uw huis verwarmt of uw water kookt. Hij rijdt via gemeentelijke lijnen, maar uw auto kan niet zomaar op een stopcontact worden aangesloten.
Je hebt een compressor nodig.
De standaard gasdruk in huis is niet voldoende om een verbrandingsmotor effectief aan te drijven. Je hebt hogedrukcilinders nodig. CNG neemt aanzienlijk meer volume in beslag dan benzine, dus opslag is een ruimtelijke puzzel. Honda probeerde dit op te lossen met de Civic GX.
De Civic GX, gelanceerd in 1998, zag eruit als een normale Civic. Onder de motorkap was het een ander verhaal. Het brandde schoner. Het kost minder per kilometer. Als u zich de installatie vooraf van een thuistankstation kon veroorloven, waren de besparingen op de lange termijn onmiskenbaar.
Maar er zat een addertje onder het gras. Een enorme.
Er bestaat geen landelijk netwerk van CNG-tankstations. Als je op een snelweg in Nebraska droog kwam te staan, had je niet alleen last. Je was gestrand. Het tekort aan infrastructuur maakte het momentum kapot.
3: Perslucht
Dus als de gasleidingen te beperkt zijn en de batterijen te zwaar, wat blijft er dan over? Lucht.
Persluchtauto’s hebben geen lithium nodig. Ze hebben geen zeldzame aardmetalen nodig. Ze hebben een compressor en een tank nodig. Het concept is brutaal eenvoudig. Je comprimeert lucht, slaat deze onder druk op en laat deze los om de zuigers te duwen.
Het klinkt te mooi om waar te zijn, want dat is het ook.
De natuurkunde is meedogenloos. Lucht zet uit wanneer het vrijkomt, waardoor het dramatisch afkoelt. Dit is het Joule-Thomson-effect. Je krijgt het niet alleen koud; je krijgt ijs. Brandstofefficiëntie is de moordenaar. Het comprimeren van lucht kost enorm veel energie. Als je het vrijgeeft, krijg je minder terug dan je erin hebt gestopt.
De efficiëntiekloof
Waar komt de energie vandaan? Het raster.
In een benzineauto pomp je vloeibare fossiele brandstoffen. In een EV laad je een batterij op. In een persluchtvoertuig gebruik je elektriciteit om een compressor te laten draaien. Vervolgens sla je die energie op als druk. Dan laat je het los.
Bij elke stap treedt energieverlies op.
- Compressie genereert warmte.
- Opslag verliest na verloop van tijd druk.
- Expansie koelt het systeem.
Niemand heeft de code gekraakt voor het opslaan van voldoende energiedichtheid die overeenkomt met een gastank. Een tank van 50 gallon benzine bevat ongeveer 115.000 wattuur aan energie. Een hogedrukluchttank bevat een fractie daarvan.
De belofte van nul-emissie
De aantrekkingskracht is de uitlaat.
Zuivere waterdamp. Dat is alles.
Als je het energiedichtheidsprobleem zou kunnen oplossen, zouden deze auto’s perfect zijn voor stedelijke omgevingen. Geen uitlaatemissies. Geen geluidsoverlast. De compressoren zijn stil. De motoren zijn mechanisch eenvoudig. Minder bewegende delen betekent minder onderhoud.
Maar ‘eenvoudig’ betekent niet ‘levensvatbaar’ voor langeafstandsreizen.
Wie heeft het eigenlijk geprobeerd?
MDI (Motor Development International) beweerde dat ze een oplossing hadden. Hun AirCar zou tot 300 kilometer op perslucht kunnen rijden. De tank werd in het chassis geïntegreerd. Het zag er futuristisch uit.
Lucht is oneindig. Het omringt ons. Dus waarom zou je het niet verbranden? Of beter gezegd: waarom zou je de druk niet gebruiken om metaal te verplaatsen?
Persluchtauto’s werken op een eenvoudig uitgangspunt. Je neemt lucht. Je perst het in hogedruktanks. Dan liet je het eruit.
Een standaard verbrandingsmotor mengt lucht met benzine. Het ontsteekt dat mengsel. De explosie duwt zuigers. Een persluchtmotor slaat de explosie over. Het is afhankelijk van uitbreiding. Wanneer de perslucht de buizen verlaat en de motorcilinder binnenkomt, zet deze snel uit. Die uitzetting dwingt de zuigers naar beneden. Mechanische beweging.
Maar er zit een addertje onder het gras. De lucht komt niet gratis.
De hybride realiteit van pneumatische aandrijving
Deze voertuigen zijn niet puur mechanisch. Ze zijn ook niet puur elektrisch. Ze zitten in een vreemde middenweg.
Aan boord vindt u elektromotoren. Maar het is niet hun taak om de wielen te laten draaien. Niet direct. De elektromotoren comprimeren de lucht en pompen deze in de hogedrukopslagbuizen. De elektromotor fungeert als pomp. De perslucht fungeert als batterij.
Dit verandert de architectuur volledig.
In een Tesla of een Nissan Leaf is de elektromotor enorm. Het levert koppel rechtstreeks aan de aandrijflijn. In een persluchtvoertuig is de motor aanzienlijk kleiner. Er is alleen voldoende stroom nodig om de tanks bij te vullen. Het is niet nodig om het gewicht van de auto over de snelweg te slepen.
Dit leidt tot een specifiek voordeel. Oplaadtijd.
Omdat de ingebouwde compressor minder stroom verbruikt dan een elektromotor met directe aandrijving nodig zou hebben voor de voortstuwing, is de oplaadcyclus sneller. U wacht niet tot een batterij een capaciteit van 80% bereikt. U wacht tot er lucht in een tank wordt gepompt. De energiedichtheid is laag in vergelijking met lithium-ion, maar de aanvulsnelheid kan hoger zijn.
Het is inefficiënt volgens thermodynamische normen. Het comprimeren van lucht genereert warmte. Als je het uitbreidt, ontstaat er kou. In elke cyclus gaat energie verloren. Maar voor korte stedelijke woon-werkverkeer? Het is een heel ander pad.
2: Vloeibare stikstof
Vloeibare stikstof is een andere alternatieve brandstof. Net als waterstof is stikstof overvloedig aanwezig in onze atmosfeer. Net als waterstof stoten auto’s op stikstof minder schadelijke uitstoot uit dan benzine of diesel. Maar terwijl waterstof wordt gebruikt in brandstofcelauto’s en waterstofverbrandingsmotoren, gebruiken auto’s met vloeibare stikstof een heel ander type motor.
In feite gebruikt een auto met vloeibare stikstof een motor die lijkt op de motor die in een auto met perslucht wordt gebruikt. In een auto met vloeibare stikstof wordt de stikstof koud gehouden, waardoor deze in vloeibare vorm blijft. Om de auto aan te drijven, komt de stikstof vrij in de motor, waar deze wordt verwarmd en uitzet om energie te creëren. Terwijl een typische benzine- of dieselmotor verbranding gebruikt om zuigers te bewegen, gebruikt een motor met vloeibare stikstof de uitzettende stikstof om turbines aan te drijven.
Hoewel het een schone en efficiënte manier is om een voertuig aan te drijven, wordt vloeibare stikstof geconfronteerd met dezelfde hindernissen als veel andere alternatieve brandstoffen: op dit moment is er geen landelijk netwerk van tankstations om deze aan consumenten te leveren.
Hoe voertuigen met vloeibare stikstof werken
De werking achter een auto met vloeibare stikstof is eenvoudig, maar verschilt van interne verbranding. De brandstof wordt opgeslagen als een cryogene vloeistof. Wanneer het de motor binnendringt, absorbeert het warmte uit de omgeving. Dit veroorzaakt een snelle expansie. Het uitzettende gas drijft turbines aan in plaats van zuigers. Dit proces produceert geen uitlaatemissies. Het enige bijproduct is koude lucht.
Deze methode verschilt aanzienlijk van de waterstoftechnologie. Waterstof kan in brandstofcellen of verbrandingsmotoren werken. Vloeibare stikstof vereist een specifieke thermische expansieopstelling. De energie komt van de faseverandering en het temperatuurverschil. Het is geen chemische reactie zoals het verbranden van gas.
De infrastructuurkloof
De technologie werkt. Het emissieprofiel is schoon. De brandstofbron is overal. Het probleem is de logistiek. Bij een standaard tankstation kun je niet zomaar vloeibare stikstof in een auto pompen. Er bestaat geen landelijk dekkend netwerk van tankstations. Dit gebrek aan infrastructuur doodt de commerciële levensvatbaarheid. Zonder plaatsen om te tanken blijven deze auto’s nieuwigheden.
Dezelfde hindernis treft veel alternatieve brandstoffen. Batterijen hebben oplaadnetwerken nodig. Voor waterstof zijn hogedrukstations nodig. Voor vloeibare stikstof zijn cryogene dispensers nodig. Totdat iemand het netwerk bouwt, blijven de auto’s in laboratoria en musea.
1: Steenkool
Het voelt contra-intuïtief. Je stelt je een slanke elektrische auto voor die geruisloos over de snelweg glijdt, en dan heeft iemand het over steenkool. De ontkoppeling is schokkend. Toch verbrandt hun elektrische voertuig voor veel automobilisten in de VS inderdaad steenkool. Niet direct natuurlijk. Niemand schept zwarte stenen in een batterijpoort. De verbinding is verborgen in het net.
Elektrische auto’s wekken geen eigen stroom op. Ze slaan het op. Die energie komt uit een stopcontact. De uitlaat trekt uit het rooster. Het elektriciteitsnet is in veel regio’s sterk afhankelijk van fossiele brandstoffen. In het bijzonder steenkool.
De verborgen verbrandingsmotor
Vijftig procent van alle elektriciteit in de Verenigde Staten is afkomstig van kolencentrales. Dat is een groot deel van de nationale machtsmix. Wanneer u een Chevy Bolt of een Tesla Model 3 aansluit, put u uit een poel energie die voor de helft uit steenkool bestaat. De elektronen die in de accu van uw auto stromen, zijn waarschijnlijk afkomstig van een brander in een elektriciteitscentrale honderden kilometers verderop.
Dit betekent niet dat elektrische voertuigen vies zijn. Het betekent dat ze de vervuiling verplaatsen. In plaats van uitlaatemissies in jouw stad, krijg je schoorsteenuitstoot in een landelijke provincie. De locatie verandert. De chemie blijft.
Kosten- en supply chain-voordelen
Er zitten praktische voordelen aan deze indirecte relatie. Steenkool is goedkoop. Per mijl kost elektriciteit uit steenkool minder dan benzine. Het is een brute rekensom, maar het klopt wel.
De stabiliteit van het aanbod is een andere factor. De Verenigde Staten beschikken over overvloedige steenkoolreserves. Deze binnenlandse overvloed isoleert de drijvende krachten tegen internationale geopolitieke schokken. U hoeft zich geen zorgen te maken over OPEC-beslissingen of blokkades van scheepvaartroutes wanneer uw brandstofbron in Wyoming of West Virginia uit de grond wordt gehaald.
Het is echter niet allemaal steenkool
Niet elk raster is bruin. Sommige regio’s zijn afhankelijk van waterkracht. Anderen gebruiken kernenergie. Als je in een gebied woont met een groen netwerk, draait je EV op water of atomen, en niet op koolstof. U kunt opladen zonder dat de steenkooluitstoot toeneemt.
De realiteit is rommelig. Schone auto’s die naar dealers gaan, halen hun energie uit minder dan schone bronnen. Het benadrukt een fundamentele waarheid over energiesystemen. Er is geen gratis lunch. Je ruilt het ene type infrastructuur in voor het andere. De uitlaatpijp bewoog. Het probleem verdween niet.
Het bredere plaatje
Dit laatste artikel over alternatieve brandstoffen mag niet worden opgevat als een anti-EV-tirade. Het is een observatie over complexiteit. Wij willen nul-uitstoot. Wij willen ook betrouwbare, goedkope stroom. Steenkool zorgt voor die betrouwbaarheid. Er hangt een koolstofprijs aan vast.
De overgang is geen binaire schakelaar. Het is een spectrum. En op dit moment is het spectrum in veel delen van het land zwaar gericht op steenkool. Totdat het elektriciteitsnet op grote schaal koolstofarm wordt, is het label ‘nul-emissie’ meer een lokale definitie dan een mondiale definitie.
Je rijdt elektrisch. Maar je rijdt ook steenkool. De vraag is of dat voor jou iets uitmaakt.
