Routeradar Innovatiemonitor Techniekontwikkeling 2020

Energiedragers

Er vinden geen grote ontwikkelingen meer plaats op het gebied van productie en distributie van conventionele energiedragers. Daarentegen wordt de opwekking van elektriciteit steeds duurzamer. Verwacht wordt dat de CO2-emissie per opgewekte hoeveelheid elektriciteit tussen 2017 en 2030 met ongeveer 80% zal afnemen. Daarnaast zal het elektriciteitsnetwerk in de toekomst anders, maar ook zwaarder worden belast. De vraag naar elektriciteit zal in de mobiliteitssector, evenals in andere sectoren, toenemen. Zonder aanvullende maatregelen, of slimme oplossingen zoals lokale energieopwekking en/of opslag, zal (kostbare) verzwaring van het elektriciteitsnetwerk noodzakelijk zijn. Door vraag, aanbod en eventuele buffercapaciteit slim te sturen kan de noodzaak voor verzwaring van het elektriciteitsnetwerk beperkt blijven.

Waterstof wordt momenteel veelal geproduceerd door middel van een gecentraliseerde reformer en gedistribueerd middels ‘tube trailers’ (tankwagens met gecomprimeerde waterstof). De energie-efficiency en de CO2-uitstoot van waterstof hangt sterk af van de gehanteerde productiemethode en de distributiewijze. Beide zullen nog een sterke transitie doormaken. Het is nog enigszins onzeker welke productie- en distributieroute uiteindelijk zal domineren. Gezien de continue kostendaling en sterk groeiende productie van hernieuwbare elektriciteit is het aannemelijk dat hernieuwbare waterstof overwegend middels elektrolyse geproduceerd zal worden. Ook zullen productie en distributie van waterstof efficiënter worden.

Er lopen nieuwe onderzoeken en tests naar de toepassing van waterstof in een verbrandingsmotor (ICE) voor zwaar transport, met name vrachttransport. Een aantal OEM’s in Europa, waaronder DAF, heeft zich hierin verenigd. Deze ontwikkeling is nauw verbonden met de doelstelling van de Europese Waterstofstrategie om tegen 2030 in de EU ten minste 40 gigawatt aan elektrolytische cellen voor hernieuwbare waterstof te installeren en daarmee tot 10 miljoen ton hernieuwbare waterstof te produceren. De grote vraag hierbij is of er te zijner tijd voldoende en betaalbare groene stroom voor dit streven zal zijn.

Technologische ontwikkelingen op het gebied van waterstof richten zich op de volgende terreinen:

  • bevoorrading via pijpleiding of lokale productie om de hoeveelheid voertuigbewegingen, en daarmee de kostprijs, voor bevoorrading van tankstations te reduceren;
  • waterstof als bouwsteen voor synthetische brandstoffen.

De toekomstige inzet van gasvormige energiedragers als CNG en LNG in transport is onzeker. Dit hangt in belangrijke mate af van ondersteuning vanuit de overheid. CNG is al vaak groen (bio-CNG). De sector zet ook in op een groei van het aandeel bio-LNG. Zo is er bijvoorbeeld bij de tankstations van Rolande ook bio-LNG verkrijgbaar.

Bij de productie en distributie van biobrandstoffen vinden de ontwikkelingen op de volgende terreinen plaats:

  • herkomst van de grondstoffen, die gebruikt worden om biobrandstoffen te maken, zowel geografisch als soort grondstof;
  • technische ontwikkelingen rondom de verwerking en het productieproces van biobrandstoffen, waarbij nog onduidelijk is welke technologie uiteindelijk zal doorzetten;
  • technische ontwikkelingen rondom de distributie van biobrandstoffen.

Infrastructuur

Voor de tankinfrastructuur van fossiele brandstoffen worden geen (aanzienlijke) technische ontwikkelingen verwacht. Voor waterstof geldt dat de afvulsnelheid in de nabije toekomst nog verder zal toenemen. Voor elektriciteit geldt dat de techniekontwikkelingen in laadinfrastructuur zich in eerste instantie richten op het verhogen van de competitiviteit van elektrisch rijden ten opzichte van voertuigen op conventionele energiedragers. De volgende ontwikkellijnen moeten hieraan bijdragen:

  • Hogere vermogens moeten de laadsnelheid verhogen en daarmee de laadtijd verlagen en het aantal benodigde laadpalen verminderen.
  • Gelijkstroom laden moet bijdragen aan de flexibiliteit van het elektriciteitsnetwerk en (toekomstige) lagere voertuigkosten.
  • Inductief laden en ondergrondse laadpunten moeten het ruimtegebruik verminderen en de beeldvervuiling beperken.
  • ‘In-motion-charging’ moet de inzet van het voertuig verder verhogen, door de accu tijdens de rit op te laden. Daarnaast moet het de voertuigkosten verlagen door een kleinere benodigde accucapaciteit.
  • Door ‘smart charging’ kan op een slimme manier worden bepaald welk voertuig wanneer wordt opgeladen. Hierdoor kan de druk op het elektriciteitsnet worden verminderd en kunnen kosten worden bespaard.

Vervoermiddelen

Er vinden nog steeds verbeteringen en vernieuwingen plaats om verbrandingsmotoren voor conventionele energiedragers zoals benzine en diesel efficiënter en zuiniger te maken, bijvoorbeeld door nieuwe verbrandingsconcepten of warmteterugwinning.

Bij batterij-elektrische voertuigen spelen de volgende ontwikkelingen een centrale rol:

  • batterijtechnologie (minder gebruik en afhankelijkheid van kobalt, meer oplaadcycli, ‘solid-state’ batterijen);
  • batterijmanagementsystemen (BMS) met ingebouwd batterijpaspoort, zodat de gezondheid/conditie van een batterij beter kan worden beoordeeld;
  • energiemanagementstrategieën (EMS) gericht op minder energieverbruik, meer regenereren en de integratie van de laadstrategie met het vlootbeheersysteem;
  • ‘in-wheel’ motorconcepten;
  • oplaadtechnieken (sneller laden en draadloos laden).

Waterstof kan op meerdere manieren in de mobiliteit ingezet worden, bijvoorbeeld als brandstof in een brandstofcel, direct als brandstof in een verbrandingsmotor en als bouwsteen voor synthetische brandstoffen (e-fuels). Deze laatste toepassing lijkt veelbelovend, maar is nog ver verwijderd van grootschalige praktische toepassing. Momenteel zijn brandstofcellen nog kostbaar. Verwacht wordt dat de komende jaren de efficiency en levensduur van brandstofcellen toenemen en de kosten dalen, waardoor waterstof-voertuigen steeds interessanter zullen worden.

Daarnaast lopen er nieuwe onderzoeken en tests naar de toepassing van waterstof in een verbrandingsmotor (ICE) voor zwaar transport, met name vrachttransport. Een aantal OEM’s in Europa, waaronder DAF, heeft zich hierin verenigd. Deze ontwikkeling is nauw verbonden met de doelstelling van de Europese waterstof strategie om tegen 2030 in de EU ten minste 40 gigawatt aan elektrolytische cellen voor hernieuwbare waterstof te installeren en daarmee tot 10 miljoen ton hernieuwbare waterstof te produceren.

CNG en LNG worden meer en meer toegepast in bussen en vrachtwagens. LNG is, door de hoge energiedichtheid, met name ook interessant voor (middel) lange afstand transport. Bij LNG- en CNG-voertuigen zijn er ontwikkelingen rondom het verhogen van de efficiency van de ‘mono-fuel’ gasmotor en de reductie van methaanslip. Bij ‘dual-fuel’ motoren spelen ontwikkelingen als de Westport-injector en RCCI (‘reactivity controlled compression ignition’). RCCI bevindt zich echter nog in een vroege fase en zal de komende jaren nog niet beschikbaar zijn voor gebruik in serieproducten.

Biobrandstoffen zijn in technisch opzicht relatief gemakkelijk toepasbaar in de binnenvaart en voor mobiele werktuigen. Voor het wegverkeer zijn lage blends tegenwoordig vaak geen probleem meer. De meeste nieuwe voertuigen kunnen blends tot 10% (E10) en 7% (B7) aan. Bovendien worden hoge blends biobrandstoffen steeds vaker door fabrikanten toegelaten.

Beleidsaanbevelingen9

De volgende beleidsaanbevelingen9 worden gegeven:

  • Richt beleidsinstrumenten op de gelijktijdige groei van de energiedrager zelf, de noodzakelijke infrastructuur en de vloot en presenteer deze in onderlinge samenhang.
  • Richt beleid op het mobiliteitssysteem én het energiesysteem. Juist in de koppeling liggen de mogelijkheden om maatschappelijke vragen te beantwoorden. Dit levert vaak ook nieuwe business cases op. Zo was Tesla het enige automerk dat in de begin van de coronatijd winst had gemaakt, omdat deze CO2-credits verkocht aan fabrikanten die minder duurzame voertuigen produceerde [NOS, 2020].
  • Onderzoek de mogelijke gevolgen voor de veiligheid wanneer er verschillende alternatieve energiedragers worden aangeboden bij hetzelfde tankstation (‘multifuel’ tankstations).
  • Organiseer concessies met een beperkte looptijd, om te voorkomen dat er op korte termijn veel infrastructuur wordt gerealiseerd die op middellange termijn technisch achterhaald is (risico op ‘lock-in’ effect). Hierbij moet een balans worden gezocht tussen de benodigde terugverdientijd voor de concessiehouder en de mogelijkheid om innovaties door te voeren.
  • Onderzoek de gevolgen van mobiliteit op het lokale energiesysteem, bijvoorbeeld door mobiliteit op te nemen in de Regionale Energiestrategieën (RES’en).
  • Ga vroeg in gesprek met netbeheerders om mogelijke barrières ten aanzien van de benodigde netwerkaanpassingen in kaart te brengen en waar mogelijk tijdig te slechten.
  • Onderzoek hoe waterstof-infrastructuur zodanig kan worden gerealiseerd dat de levering van waterstof niet leidt tot veel extra voertuigkilometers, bijvoorbeeld door lokale waterstofproductie of toevoer via pijpleidingen.
  • Volg de onderzoeken op het gebied van ultraschone verbrandingsmotoren en klimaatneutrale brandstoffen, zoals hernieuwbare waterstof. De komende periode moet er duidelijkheid komen over de betaalbaarheid hiervan ten opzichte van alternatieven en of er naast CO2-reductie T-T-W, ook CO2-reductie W-T-W behaald kan worden. Deze ontwikkeling kan een extra boost geven aan de ontwikkeling van hernieuwbare (groene) waterstof.

8Dit is een actualisatie van de Routeradar Innovatiemonitor Techniekontwikkeling 2019 (oktober 2020). In rapportage over 2020 zijn de belangrijke cijfers omtrent aantallen vul- en laadstations, efficiënties van energiedrager productieroutes en dergelijke geactualiseerd. De beschrijving van de stand van de techniek is voor een groot deel onveranderd.

9Alle beleidsaanbevelingen zijn onder verantwoordelijkheid van Rijkswaterstaat opgesteld.