Waterstof

Beschikbaarheid

De beschikbaarheid van commercieel verkrijgbare vrachtwagens op waterstof is beperkt. Wel is er al een behoorlijk aantal truckfabrikanten en ombouwbedrijven, die een waterstof-aangedreven (proefmodel) truck hebben rijden of dat binnen afzienbare tijd gaat doen (zie figuur 33)27. De focus bij de grote truckfabrikanten ligt daarbij op het langeafstandstransport, omdat daarvoor de benodigde energiehoeveelheden en actieradius het grootst is en de mogelijkheden om tussentijds te laden (bij inzet van een elektrische vrachtwagen) te beperkt zijn. De verwachting is dat de markt voor waterstof zich niet eerder zal ontwikkelen dan 2025. Lokaal kunnen echter uitzonderingen gelden, bijvoorbeeld als waterstof lokaal als bijproduct voordelig beschikbaar is, of als de overheid hoge kosten rekent voor vervuilend vrachtvervoer, zoals in Zwitserland het geval is. Van Hyundai is bekend [Randall, 2020] dat deze tot en met 2025 in totaal 1.600 trucks van het type Xcient Fuel Cell aan de Zwitserse markt gaat leveren.

Hyundai is daarmee de eerste fabrikant die de uitlevering van waterstoftrucks aan het opschalen is. De concurrentie laat inmiddels zien dat zij ook in staat is om een betrouwbaar product op de weg te zetten. Echter, zonder hoge subsidies of hoge belastingen (Maut) voor vervuilende vrachtauto’s (zoals in Zwitserland) kan de hoge aanschafprijs (en de daaraan gekoppelde hoge TCO) normaliter niet worden terugverdiend. Hierdoor is een opschaling voor dit type truck buiten Zwitserland nog niet aan de orde.

Relevant is dat technisch gezien de waterstof truck een elektrische truck is met een waterstofbrandstofcel range-extender. Wat dat betreft is het logisch dat fabrikanten eerst ervaring met elektrische trucks willen opdoen en deze willen opschalen. Vervolgens kan de stap naar een waterstoftruck worden gezet, mits er betrouwbare, duurzame en bovenal voordelige(re) brandstofcelstacks beschikbaar zijn.

Verschillende fabrikanten zijn inmiddels bezig met de ontwikkeling van waterstof-verbrandingsmotoren (H2-ICE). Dit bouwt voort op de Europese plannen voor een Europese waterstof-economie. Bij bewezen succes kan deze technologie naar verwachting wel snel en tegen relatief lage kosten worden opgeschaald. Onderzoek vindt nu plaats naar o.a. het rendement van de motor en in hoeverre er nog sprake is van uitstoot van luchtverontreinigende stoffen. Wanneer deze technologie beschikbaar is voor de markt, kunnen uitspraken worden gedaan over betaalbaarheid, beschikbaarheid en functionaliteit.

Figuur 33: Aantal modellen brandstofcel vrachtauto demonstrators [Diverse bronnen]

Figuur 33 Aantal modellen brandstofcel vrachtauto demonstrators [Diverse bronnen]

Betaalbaarheid en functionele specificaties

Selectie vrachtauto waterstof

Voor de waterstof trekker is een VDL 4x2 trekker gekozen als rekenkundig model28. Het verbruik is modelmatig bepaald omdat het verbruik niet publiek bekend is. Het verbruik is gebaseerd op het verbruik van de elektrische trekker met een kleinere batterij en aangevuld met een waterstof-brandstofcel als ‘range-extender’.

Tabel 16: representatieve vrachtauto waterstof
Eenheid Waterstof
Merk en model Niet verkrijgbaar, maar VDL 4x2 is als rekenkundige basis gekozen
Uitvoering kW 210
Batterijpakket kWh 72
Brandstofcel kW 88
Belading (gem.) kg Veronderstelde massa trailer: 13.400
Jaarkilometrage Km/jaar 80.000
Afschrijvingsperiode jaar 5
Restwaarde na afschrijvingsperiode % 10

Voor de op waterstof rijdende trucks zijn de volgende functionele specificaties te benoemen:

  • Actieradius/laadvermogen: ondanks het gegeven dat de energiedichtheid (in MJ/kg) van waterstof meer dan twee keer zo groot is dan van de andere brandstoffen, wordt de actieradius – zeker voor een trekker met beperkte ruimte voor tanks – toch beperkt door het volume van de tanks waarin de waterstof moet worden opgeslagen. Het vloeibaar maken van waterstof kan alleen bij temperaturen onder de 20 K (-252,87 ⁰C). Op een voertuig is deze conditie nauwelijks te handhaven. Waterstof gasvormig onder druk opslaan is dan ook de norm, al betekent dit wel dat daarvoor een hoge druk nodig is. Gebruikelijke drukken zijn 350 bar en 700 bar, met een trend naar de 700 bar. Om één kilogram waterstof op te kunnen slaan is een fles van 30 kg nodig. Voor een actieradius van 100 km zal dus 252 kg (8,4 x 30) nodig zijn. Een actieradius van 500 km impliceert dan 1260 kg aan massa om 42 kg waterstof te vervoeren.
  • Tank-/laadtijd: het tanken gaat bij een standaard (SAEJ2601) 700 bar tankstation met 1 kg waterstof per minuut aanzienlijk sneller dan snelladen (1 kg/min komt overeen met snelladen met 1 MW). Toch kan het tanken van een volle tank 30 à 40 minuten duren. De nieuwe H70HF-standaard (in ontwikkeling) specificeert een tanksnelheid van 10 kg per minuut. Daarmee is de tanktijd vergelijkbaar met het tanken van diesel.
  • Ruimte: de ruimte die nodig is om een (in Nederland veel gebruikte) compacte 4x2 trekker op waterstof te kunnen laten rijden, is voor een gewenste actieradius van typisch 500 km aan de krappe kant. Op zich zijn deze trekkers echter wel interessant voor toepassing van waterstof, omdat ze vooral worden ingezet voor langere ritten. Omdat deze langere ritten door de (nog) geringere energiedichtheid van batterijen lastig(er) met volledig elektrische trucks kunnen worden ingevuld, zijn er juist voor deze toepassingen kansen voor waterstof. Op termijn kunnen de ruimtebeperkingen worden overkomen door de ontwikkeling van speciaal voor waterstof ontwikkelde chassis- en cabine-vormen, in combinatie met beter passende vormen van waterstoftanks (en batterijsystemen). Er wordt dan ook door fabrikanten en ingenieursbureaus gepuzzeld om een compacte trekker met een indrukwekkende actieradius samen te stellen. Voor deze rapportage wordt ervan uitgegaan dat deze puzzel bevredigend kan worden ingevuld en uiteindelijk resulteert in een waterstof trekker met de specificaties zoals aangegeven in tabel 16.

Omdat (kleinere) bakwagens typisch minder kilometers rijden en relatief vaker stil staan, waarmee er dus ook meer gelegenheid zal zijn voor tussentijds opladen, worden de kleinste varianten bakwagens voor waterstof buiten beschouwing gelaten. Om deze reden is in tabel 17 alleen de 19 ton bakwagen als representatief voertuig opgenomen.

Tabel 17: representatieve niet-trekker waterstof
Eenheid Waterstof
Merk en model Hyundai Xcient 19 ton (36 ton samenstel)
Uitvoering kW 350
Batterijpakket kWh 73,2
Brandstofcel kW 190
Belading (gem.) kg Veronderstelde belading: 3110
Jaarkilometrage Km/jaar 65.000
Afschrijvingsperiode jaar 5
Restwaarde na afschrijvingsperiode % 10

Resultaten

Figuur 34 toont de TCO van een waterstof vrachtauto in vergelijking met een dieselvrachtauto. Hieruit volgt, dat de totale kosten per kilometer van een waterstof vrachtauto ruim driemaal zo hoog zijn als die van een dieselvrachtauto. Dit heeft twee belangrijke redenen: (1) de hoge aanschafkosten (bijna vijf tot ruim zes keer duurder dan diesel) en (2) de hoge brandstofkosten (ongeveer tweemaal duurder dan diesel). De overige kosten voor onderhoud, verzekering en motorrijtuigenbelasting zijn vergelijkbaar met die van een elektrische vrachtwagen.

Figuur 34: TCO vrachtauto’s waterstof

Figuur 34 TCO vrachtauto’s waterstof

De hoge aanschafkosten – vooral bestaande uit de brandstofcelstack, het batterijsysteem en een grote koelcapaciteit - maken een waterstoftruck voorlopig nog zeer duur. De meerkosten laten zich ook moeilijk terugverdienen, omdat de prijs van waterstof (nu nog) hoog is. Een gemiddelde dieselprijs van 1,35 €/l (incl. BTW) resulteert in een (mechanische) energieprijs van 10,54 MJ/€29. Terugrekenend betekent dit dat voor gelijke energiekosten een kg waterstof 5,69 €/kg30 (incl. BTW) zal moeten kosten om met diesel te kunnen concurreren. Momenteel ligt de waterstofprijs bij de tankstations in Nederland echter rond de 10 €/kg (incl. BTW). Anders dan bij de elektrische truck kan (een deel van) de meerprijs van de waterstof  vrachtauto (anno 2021) dus niet door lagere operationele kosten worden gecompenseerd. De beperkte beschikbaarheid van waterstoftankstations is vooralsnog ook een argument om niet voor waterstof te kiezen. Op het moment dat rijden op waterstof aantrekkelijk wordt, zal het aantal waterstoftankstations ook snel toe kunnen nemen.

27Er zijn meer fabrikanten die hebben aangekondigd met een waterstoftruck te gaan testen. Bij de in figuur 33 genoemde fabrikanten is er echter ook een tijdlijn aangegeven.

28VDL: hydrogen truck trailer - h2-Share (fuelcelltrucks.eu)

29Bij een Lower Heating Value (LHV) van 42,7 MJ/kg, een dichtheid van 0,832 kg/l en een motorefficiëntie van 40%.

30Bij een Lower Heating Value (LHV) van 119,93 MJ/kg en een aangenomen brandstofcel efficiency van 50%.