Waterstofverbrandingsmotor als vliegwiel voor energietransitie

Klimaatuitdagingen in de transportsector

In lijn met het Klimaatakkoord van Parijs hebben de EU-lidstaten afgesproken om in 2030 minimaal 55% minder broeikasgassen uit te stoten vergeleken met 1990 (Green Deal). Bovendien wil de EU in 2050 klimaatneutraal zijn. De nieuwe CO2-wetgeving voor zware wegvoertuigen vereist dat de uitstoot in 2030 met 45% wordt verminderd ten opzichte van 2019, en tegen 2040 zelfs met 90%.

Hoewel batterij-elektrische aandrijvingen worden gezien als het belangrijkste alternatief voor fossiele brandstoffen, zijn er ook andere oplossingen nodig. Zo is voor zwaar goederenvervoer over de weg over lange afstanden een batterij-elektrische aandrijving niet altijd geschikt of de beste oplossing.

Om er toch voor te kunnen zorgen dat tegen 2050 alle transportmiddelen op duurzame energie rijden of varen, is het belangrijk om in te zetten op een mix van duurzame technologieën en energiedragers. Naast biobrandstoffen en synthetische brandstoffen is vooral waterstof een interessant alternatief voor het (zware) wegtransport.

Biobrandstoffen en synthetische brandstoffen dragen weliswaar bij aan het reduceren van de CO2-uitstoot van het wegverkeer. Echter, voor vrachtwagenfabrikanten tellen deze alternatieven niet mee voor de Europese CO2-normen die gelden voor nieuwverkopen.

Onze visie

Dat maakt waterstof – dat geen koolstof bevat en dus geen CO2-uitstoot oplevert – het enige alternatief voor de verduurzaming van zwaar wegtransport. Het omzetten van waterstof in elektriciteit kan met behulp van een brandstofcel of met een verbrandingsmotor, met een vergelijkbaar rendement. Bij het verbranden van waterstof in een motor komt alleen water vrij en hooguit een te verwaarlozen hoeveelheid stikstofoxide (NOx).

De waterstofverbrandingsmotor is al verder ontwikkeld en kan gebruikmaken van bestaande toeleveringsketens en servicenetwerken. Daardoor is deze technologie snel opschaalbaar tegen lage kosten, gebruikmakend van bestaand human capital. Bijkomend voordeel is dat er voor de productie nauwelijks schaarse grondstoffen nodig zijn. Brandstofcellen zijn (nog) kostbaar en voor zware mobiliteitstoepassingen nog in ontwikkeling.

Ons land heeft een groot marktaandeel en belang in de Europese trucksector. Met behulp van de Nederlandse kennis en voorsprong in waterstofverbrandingsmotoren kunnen we dit aandeel veiligstellen voor de toekomst.

Onze oplossingen

TNO heeft meer dan 50 jaar ervaring met verbrandingsmotoren, en geldt als expert op het gebied van lage en hoge druk injectiesystemen, zoals High-Pressure Direct Injection (HPDI). Dit geavanceerde brandstofinjectieconcept zorgt voor een hoog specifiek vermogen en een efficiënte verbranding. Bij TNO helpen we voertuig- en motorenfabrikanten bij het verkennen van waterstofverbrandingsmotortechnologie en de implementatie ervan.

Samen met DAF hebben we in 2021 een truck met een waterstofverbrandingsmotor gerealiseerd. Met deze waterstoftruck, die in 2022 de Truck of the Year Innovation Award won, hebben we de haalbaarheid van de waterstofverbrandingsmotor aangetoond en het eerste potentieel laten zien.

Download de infographic 'Waterstof voor verbrandingsmotoren in zwaar materieel'> (pdf, 328 kB)

Unieke testfaciliteiten

Het Innovation Centre for Sustainable Powertrains (ICSP) van TNO in Helmond zet stevig in op deze energiedrager met momenteel vier testcellen voor waterstofverbrandingsmotoren. Het ICSP is optimaal uitgerust om verschillende verbrandingsconcepten en injectietechnieken met elkaar te kunnen vergelijken en verder te ontwikkelen op basis van vermogen, rendement, en emissies.

Hier kunnen we op een efficiënte manier simulatie- en testprogramma’s doorlopen met onze ‘single-cylinder’ opstellingen. Deze onderzoeksmotoren van TNO met één cilinder bieden meer flexibiliteit om aanpassingen sneller door te voeren en experimenteel onderzoek efficiënter uit te voeren, met bovendien minder verbruik van kostbare waterstof.

TNO beschikt over specifieke testcellen voor heavy-duty trucks en scheepvaartmotoren. De testfaciliteiten worden bovendien in de toekomst uitgebreid met twee testcellen die geschikt zijn voor maritieme toepassingen met hoge vermogens, tot 1,4 megawatt.

Waarom waterstof?

Niet alleen in zwaar wegtransport kan de waterstofverbrandingsmotor een gamechanger zijn, maar ook in de scheepvaart. Innovatieprocessen in de automotive verlopen doorgaans sneller dan in de maritieme wereld. Met name de binnen- en kustvaart in Nederland kunnen profiteren van deze technologievoorsprong. De met een EARTO Innovation Award onderscheiden retrofit-waterstofverbrandingsmotor voor schepen is een veelbelovende optie voor bestaande dieselmotoren om op korte termijn met een beperkte investering bijna 100% CO2-reductie te behalen.

Daarnaast zou de waterstofverbrandingsmotor ingezet kunnen worden voor non-road mobile machinery als schoon alternatief voor stationaire dieselaggregaten, grondverzet- en landbouwmachines met aanzienlijke lokale milieuvoordelen.

Green Transport Delta

Om de waterstofverbrandingsmotor voor toepassing in zowel trucks, binnenvaartschepen, als mobiele power units verder te ontwikkelen, werkt TNO met partners samen in het project Green Transport Delta – Waterstof (GTD-H). Samen met Nederlandse industriepartners uit deze sectoren en andere kennisinstellingen werkt TNO binnen dit project aan de realisatie van prototypes, waarbij nauwlettend rekening wordt gehouden met wet- en regelgeving en andere marktspecifieke factoren. Op deze manier helpt TNO de consortiumpartners met de energietransitie en het bereiken van een vooraanstaande positie.

TNO komt graag in contact met bedrijven, instanties en overheden die met de waterstofverbrandingsmotor de duurzame toekomst van transport en logistiek willen versnellen.