1.6
Alternatieve aandrijving In deze paragraaf worden alternatieve aandrijvingen behandeld. Er wordt dieper ingegaan op elektrische aandrijving waarbij batterijgestuurde aandrijving en aandrijving door middel van brandstofcellen besproken wordt.
1.6.1
Algemeen: elektrische aandrijving Volledige elektrische aandrijving van werktuigen heeft het voordeel dat het werktuig vrij is van directe uitlaatemissies. Het werktuig wordt hierbij immers aangedreven door ofwel batterijen of brandstofcellen. De indirecte emissies (laden batterij, voorzien of creatie van de brandstof voor de brandstofcel) zijn echter wel voorhanden. Er kan hierbij echter wel een strategie uitgewerkt worden om ook deze emissies te reduceren door hernieuwbare energie (windenergie, waterkracht, zonne-energie) te benutten om de secundaire energiedrager te laden. Tussen een aandrijving door interne verbrandingsmotoren of volledige elektrische aandrijving kunnen tussenstappen genomen worden die praktisch de emissies kunnen reduceren. Een voorbeeld is de reeds bestaande hybride straddle carrier die tot 30% emissie kan vermijden door handelingen door elektrische generatoren te laten uitvoeren. Onderstaande figuur weerspiegelt de technisch haalbare mogelijkheden.
Figuur 8: lage-uitstoot aandrijvingen voor middellange en lange termijn [1].
Uiteraard dienen werktuigen aan heel wat eisen te voldoen (verplaatsen containers of zware lasten, lange arbeidsshift of hoge autonomie). Dit vernauwt enerzijds de technologiekeuze. Onderstaande figuur toont een goede weerspiegeling van techniekkeuze (figuur 9). In deze figuur staat E-REV voor Extended Range Electrical Vehicle en BEV voor Battery Electrical Verhicle. Een batterij gestuurd voertuig (BEV) verreist lange oplaadtijden van de batterij. Om dit euvel te overwinnen worden (kleine) hoog efficiënte interne verbrandingsmotoren in de wagen ingebouwd om de batterij te laden indien deze leeg wordt. Dat wordt een E-REV voertuig genoemd. De figuur toont inzichtelijk hoe een juiste elektrotechniek voor de verschillende te bestuderen werktuigen geselecteerd kan worden. Zowel mobiele havenkranen als straddle carriers zullen vaak kortstondige, zware lasten moeten hijsen waardoor de keuze voor een brandstofcel optimaal is.
Bijlage 1 – Emissiereducerende maatregelen
- 19 -
Vorkliften en heftrucks daarentegen zullen kleine lasten moeten werken, waardoor ook voor een batterijgestuurde machine gekozen kan worden.
Figuur 9: lage-uitstoot aandrijvingen voor middellange en lange termijn [1].
Bijlage 1 – Emissiereducerende maatregelen
- 20 -
1.6.2
Elektrische aandrijving d.m.v. batterijen Een elektrisch voertuig is een voertuig dat wordt aangedreven door een elektrische motor gevoed met energie uit batterijen (of dat op een of andere manier direct is gekoppeld aan het elektriciteitsdistributienet). Elektrische tractie is ondertussen gangbaar in het openbaar vervoer (trein, metro, tram), in vorkheftrucks, golfwagentjes, op spoorwegperrons en luchthavens. Samengevat, bestaat het aandrijfsysteem van een elektrisch voertuig, zonder directe koppeling met het net, uit de volgende elementen: • batterijlader (in- of extern), • batterijen, • elektrische motor met elektronische regeling (ook voor hefsysteem), • transmissie en • overbrenging op de wielen. Onderstaande figuur toont een schematische weergave van een batterijgestuurde personenwagen.
Figuur 10: schematische weergave van een elektrisch voertuig gestuurd door batterijen [1].
Voordelen van elektrische batterij aandrijving is dat er geen directe emissies zijn. Bovendien wordt 75% van de chemische energie in de batterij omgezet in aandrijfkracht. Een batterij aan boord heeft uiteraard ook het voordeel dat energie gestockeerd kan worden tijdens het vieren van lasten of remmen. Elektrische sturing houdt hierbij ook in dat over het algemeen een fijnere regeling van handelingen mogelijk is. Het grootste nadeel van batterijgestuurde machines is deze niet geschikt zijn voor zware lasten t.g.v. lage vermogen/gewicht verhoudingen. Bovendien kent de technologie nog een aantal uitdagingen die de performantie op termijn enkel maar kunnen verhogen: • • • •
Verhoging van de autonomie van de batterij (bij lichtere vorkliften nu goed voor 1 shift). Optimaliseren van de laadtijd (4 tot 8 laadtijd voor volledige herladen. 30 minuten volstaat voor 80% herladen.) Herlaadcycli verhogen. Kosten verlagen (vooral van batterijen).
Bijlage 1 – Emissiereducerende maatregelen
- 21 -
1.6.3
Brandstofcellen Qua opbouw lijken brandstofcellen op accu’s of batterijen. Beiden leveren elektrische energie via een chemische reactie. Verschil is echter dat een accu slechts een opslagmedium voor elektrische energie is, en dat de brandstofcel elektriciteit produceert. De brandstofcel werkt op pure waterstof of – door middel van een omvormer – op een element met een hoog waterstofgehalte zoals methanol, en zelfs gewone benzine. Binnenin de brandstofcel wordt de waterstof via een membraan gecombineerd met zuurstof. Aan de ene kant van het membraan vloeit waterstof door de gaskanalen en aan de andere kant zuurstof. Voertuigen nemen de waterstof met zich mee in hun tanks, bijvoorbeeld als vloeibare waterstof, of als waterstofgas onder druk. Het restproduct - puur water - kan middels een "uitlaat" aan de achterkant van het voertuig worden afgevoerd, of eventueel worden bewaard voor hergebruik (bijvoorbeeld voor de ruitenwissers). Onderstaande figuur toont inzichtelijk de opbouw van personenwagen aangedreven door brandstofcellen.
Figuur 11: schematische weergave van elektrische aandrijving d.m.v. een brandstofcel door Honda Motors.
De brandstofcel heeft in vergelijking tot bestaande energieopwekkers een heel hoger rendement omdat de omzetting van de brandstof (de waterstof) in elektrische energie direct plaatsvindt, en niet in meerdere fasen, zoals bij de verbrandingsmotor en de stoommachine. Het verschil in rendement is nog groter bij lage en/of sterk wisselende belasting. Automotoren, bijvoorbeeld, werken vrijwel nooit op vol vermogen, en daardoor zeer inefficiënt. Rekening houdende met de aanmaak van waterstof uit een gemiddeld elektriciteitspark van België, zou het well-to-wheel rendement nog hoger liggen dan een conventionele verbrandingsmotor.
Bijlage 1 – Emissiereducerende maatregelen
- 22 -
De voordelen van brandstofcellen t.o.v. batterijgestuurde is dat hogere autonomie gegarandeerd kan worden en dat de laadtijden merkbaar korter zijn. Waterstof kan – indien infrastructuur voorzien is – getankt worden met dezelfde snelheid als nu bijvoorbeeld diesel getankt wordt. De achillespees voor een waterstof aangestuurd voertuig blijft de opslag van waterstof. Waterstof kan in principe op drie manieren opgeslagen worden (vloeibaar, gasvormig en onder de vorm van metaalhydriden). Tegenwoordig zijn er bedrijven5 die zich specifiek focussen op de logistiek rond de waterstofgestuurde brandstofcellenmarkt. Deze bedrijven onderzoeken meer specifiek de tankvoorziening oplossingen in de meer logistieke sector zoals bijvoorbeeld in havens. Ondertussen zijn ook mobiele tankeenheden ontwikkeld om zo snel en efficiënt het betreffende werktuig te voorzien van brandstof. Zo kan op andere, veilige locatie een vaste opslagplaats voor H2 voorzien worden. Een voorbeeld wordt getoond in onderstaande figuur.
Figuur 12: foto van mobiele tankeenheid van AirProducts [2].
Een bijkomende uitdaging is de verdere ontwikkeling van brandstofcellen. Zoals reeds aangehaald is de technologie nog betrekkelijk duur en is zeer zuivere waterstof vereist om het chemisch proces in de cel efficiënt te laten verlopen.
5
AirProducts: http://www.airproducts.com/h2energy/.
Bijlage 1 – Emissiereducerende maatregelen
- 23 -
