Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières

UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE ACADEMIEJAAR 2004 – 2005

Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières

Scriptie voorgedragen tot het bekomen van de graad van licentiaat in de toegepaste economische wetenschappen, optie: technische bedrijfskunde Joren Speecke Onder leiding van Dr. Johan Albrecht

UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE ACADEMIEJAAR 2004 – 2005

Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières

Scriptie voorgedragen tot het bekomen van de graad van licentiaat in de toegepaste economische wetenschappen, optie: technische bedrijfskunde Joren Speecke Onder leiding van Dr. Johan Albrecht

Permission

WOORD VOORAF Bij deze zou ik graag een woord van dank willen richten tot een aantal personen. Vooreerst wil ik Dr. Johan Albrecht bedanken voor het nuttige advies betreffende de structuur en de inhoud van deze scriptie. Een bijzonder woord van dank gaat uit naar Prof. Michel de Paepe, Stefaan Verstraeten en Sebastian Verhelst voor het vriendelijk uitlenen van de nodige literatuur en informatie met betrekking tot de technische kant van de brandstofceltechnologie. Verder zou ik graag mijn dank betuigen aan iedereen die me bij het maken van deze scriptie gesteund en geholpen heeft. Daarbij denk ik aan Hermien, mijn familie, mijn vrienden en mijn klas- en kotgenoten. april 2005 Joren Speecke

I

INHOUDSOPGAVE Woord vooraf...............................................................................................................................I Inhoudsopgave........................................................................................................................... II Gebruikte afkortingen................................................................................................................ V Lijst van tabellen .................................................................................................................... VII Lijst van figuren ..................................................................................................................... VII Inleiding...................................................................................................................................... 1 HOOFDSTUK I:

Brandstofceltechnologie ............................................................................. 3

I.1.

Omschrijving brandstofcel................................................................................... 3

I.2.

Geschiedenis en ontwikkeling van de brandstofcel............................................. 3

I.3.

Werking brandstofcel........................................................................................... 4

I.4.

Soorten brandstofcellen ....................................................................................... 5

I.5.

Belang brandstofceltechnologie........................................................................... 9

I.6.

Concurrenten brandstofcel................................................................................. 11

I.7.

Besluit ................................................................................................................ 12

HOOFDSTUK II:

Strategie politiek en publieke organisaties .............................................. 13

II.1.

Europese Unie.................................................................................................... 13

II.2.

Verenigde Staten................................................................................................ 15

II.3.

Japan .................................................................................................................. 18

II.4.

International Partnership for the Hydrogen Economy....................................... 19

II.5.

Besluit ................................................................................................................ 19

HOOFDSTUK III:

Strategie private sector........................................................................... 20

III.1.

Hydrogenics – General Motors.......................................................................... 20

III.2.

Ballard Power Systems – DaimlerChrysler – Ford............................................ 23

III.3.

Toyota ................................................................................................................ 27

III.4.

Honda................................................................................................................. 28

III.5.

UTC Fuel Cells – Shell Hydrogen..................................................................... 29

III.6.

Plug Power......................................................................................................... 30

III.7.

Besluit ................................................................................................................ 31

II

HOOFDSTUK IV: Barrières brandstofceltechnologie ......................................................... 32 IV.1.

Productie van waterstof ..................................................................................... 32

IV.2.

Zuiverheid van waterstof ................................................................................... 35

IV.3.

Transport waterstof ............................................................................................ 37

IV.4.

Waterstof tanken ................................................................................................ 38

IV.5.

Opslag van waterstof in het voertuig ................................................................. 40

IV.5.1.

Gasvormige opslag in druktanks .............................................................. 40

IV.5.2.

Vloeibare opslag....................................................................................... 41

IV.5.3.

Hydriden ................................................................................................... 42

IV.5.4.

Adsorptie door koolstof............................................................................ 44

IV.5.5.

Samenvatting en evaluatie........................................................................ 45

IV.6.

Kostprijs............................................................................................................. 46

IV.7.

Duurzaamheid.................................................................................................... 47

IV.8.

Bevriezing elektrolyt ......................................................................................... 48

IV.9.

Veiligheid .......................................................................................................... 48

IV.10.

Besluit ................................................................................................................ 49

HOOFDSTUK V:

Carbon lock-in......................................................................................... 51

V.1.

Omschrijving (carbon) lock-in .......................................................................... 51

V.2.

Oorzaken carbon lock-in.................................................................................... 52 V.2.1.

Technologische oorzaken ......................................................................... 52

V.2.2.

Organisatorische oorzaken ....................................................................... 53

V.2.3.

Industriële oorzaken ................................................................................. 53

V.2.4.

Sociale oorzaken....................................................................................... 54

V.2.5.

Institutionele oorzaken ............................................................................. 55

V.3.

Techno-Institutional Complex (TIC) ................................................................. 56

V.4.

Opheffen carbon lock-in .................................................................................... 57

V.5.

V.6.

V.4.1.

Niveau van beleidsaanpassing.................................................................. 57

V.4.2.

Effectieve beleidsaanpassingen ................................................................ 59

V.4.3.

Opheffen weerstand tegen verandering .................................................... 64

V.4.4.

Vereiste inspanningen van de industrie.................................................... 65

Praktijkvoorbeelden ........................................................................................... 66 V.5.1.

Batterijaangedreven voertuigen in Japan.................................................. 67

V.5.2.

Aanbevelingen HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technologies ........... 67

Besluit ................................................................................................................ 69 III

HOOFDSTUK VI: VI.1.

Technologische innovatie en diffusie .................................................... 71

Technologische innovatie .................................................................................. 71

VI.1.1.

Omschrijving innovatie ............................................................................ 71

VI.1.2.

Radicale versus incrementele innovaties.................................................. 72

VI.1.3.

Het innovatieproces .................................................................................. 73

VI.1.4.

Intersectoriële verschillen in innovatie..................................................... 76

VI.1.5.

Intrasectoriële verschillen in innovatie..................................................... 77

VI.2.

Diffusie van innovaties ...................................................................................... 78

VI.2.1.

Omschrijving diffusie............................................................................... 78

VI.2.2.

Dynamisch model..................................................................................... 79

VI.2.3.

Evenwichtstheorieën................................................................................. 82

VI.2.4.

Diffusie van complementaire technologieën ............................................ 85

VI.3.

Besluit ................................................................................................................ 85

Algemeen Besluit ..................................................................................................................... 88 Lijst van geraadpleegde werken ............................................................................................ VIII

IV

GEBRUIKTE AFKORTINGEN AFC

Alkaline Fuel Cell

CUTE

Clean Urban Transport for Europe

DMFC

Direct Methanol Fuel Cell

DOE

Department of Energy

ECTOS

Ecological City Transport System

EOP

End-of-pipe

EU

Europese Unie

FCHV

Fuel Cell Hybrid Vehicle

GM

General Motors

HLG

High Level Group

ICE

Internal Combustion Engine

IPCC

Intergovernmental Panel on Climate Change

IPHE

International Partnership for the Hydrogen Economy

ISO

International Standards Organization

IPHE

International Partnership for the Hydrogen Economy

JARI

Japanese Automotive Research Institute

KWS

Koolwaterstoffen

MCFC

Molton Carbonate Fuel Cell

MEA

Membrane Electrode Assembly

METI

Ministry of Economy Trade and Industry

MITI

Ministry of International Trade and Industry

NEDO

Net Energy and Industrial Technology Development Organisation

O&O

Onderzoek en ontwikkeling

OEM

Original Equipment Manufacturer

PAFC

Phosphoric Acid Fuel Cell

PAK

Polycyclische aromatische koolwaterstof

PEM

Proton Exchange Membrane

PEMFC

Proton Exchange Membrane Fuel Cell

POX

Partial Oxidation

SNM

Strategic Niche Management V

SOFC

Solide Oxide Fuel Cell

SR

Steam Reforming

SUV

Soft Utility Vehicle

TIC

Techno-Institutional Complex

wt%

Kilogram H2 per kilogram van het systeem

VI

LIJST VAN TABELLEN TABEL 1: Vergelijking tussen de verschillende types brandstofcel (eigen werk op basis van HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003).................................................................. 8 TABEL 2: Overzicht van de eigenschappen van de prototypes van DaimlerChrysler (HOOGERS G., 2003c).................................................................................................... 26

LIJST VAN FIGUREN FIGUUR 1: Werking van de PEM brandstofcel (Types Of Fuel Cells, 2004)...........................5 FIGUUR 2: Europese roadmap voor waterstof en brandstofceltechnologie (EUROPEAN COMMISSION, 2003, blz. 23) ........................................................................................ 14 FIGUUR 3: Vergelijking van de volumedichtheid en energiedichtheid van de verschillende opslagmethoden (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)................................................................................................................................. 45 FIGUUR 4: Vergelijking kostprijs in $ per kWh voor de verschillende opslagmethoden. (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005).................... 46 FIGUUR 5: De vijf fasen in de levenscyclus van een product volgens de evolutie van het aantal producenten. (GORT M. en KLEPPER S., 1982, blz. 639) .................................. 80

VII

INLEIDING Een tiental jaar geleden kondigden grote autoconstructeurs als General Motors en DaimlerChrysler een nieuw tijdperk aan voor het aandrijven van voertuigen. Vanaf 2004 zouden auto’s, bussen en andere voertuigen met brandstofcellen verkrijgbaar zijn. Dankzij de brandstofcellen zouden deze voertuigen alleen maar waterdamp uitstoten en zich met een opmerkelijke stilte voortbewegen. Bij het afleveren van deze scriptie, is 2004 reeds een paar maanden voorbij. We zien echter nog geen brandstofcelauto’s rondrijden, tenzij enkelen die dienstdoen in demonstratieprojecten. Deze thesis wil in de eerste plaats een antwoord geven op de vraag waarom deze technologie nog niet op de markt beschikbaar is. Aangezien de marktintroductie van de brandstofceltechnologie substantiële veranderingen vereist in verschillende maatschappelijke onderdelen, is het zeer moeilijk (zelfs onmogelijk) te voorspellen wanneer we zullen rondrijden met voertuigen op basis van deze technologie. Of de eerste auto van de kinderen die nu worden geboren, aangedreven zal zijn door brandstofcellen, is dus nog onduidelijk. Het eerste hoofdstuk van deze scriptie geeft een overzicht van wat de brandstofceltechnologie juist is. Daarnaast wordt uitgelegd hoe een brandstofcel werkt en waarom ze geschikt is voor de toepassing in personenvoertuigen. In de daaropvolgende hoofdstukken wordt een algemeen beeld geschetst van de huidige stand van zaken voor wat betreft de brandstofceltechnologie. De inspanningen die de beleidsmakers leveren voor het introduceren van de brandstofcellen wordt toegelicht in het tweede hoofdstuk. Vervolgens wordt in het derde hoofdstuk uitgebreid ingegaan op de toestand in de private sector. In de industrie die rond deze technologie ontstaat, worden samenwerkingsverbanden gevormd. De strategie van de private sector wordt per groep van samenwerkende bedrijven besproken. In het vierde en vijfde hoofdstuk worden de barrières behandeld waarmee de brandstofceltechnologie te kampen heeft. De volledige cyclus van de productie, de opslag, het transport en het tanken van waterstof en de moeilijkheden met betrekking tot deze thema’s worden achtereenvolgens in het vierde hoofdstuk besproken. Daarna worden de problemen met betrekking tot de brandstofcel zelf, de moeilijkheden bij de implementatie ervan in voertuigen en de specifieke omstandigheden waarmee de brandstofcellen in voertuigen 1

worden geconfronteerd, toegelicht. Het vijfde hoofdstuk gaat over de lock-in van de fossiele brandstoffen in onze maatschappij, wat een belangrijke hindernis voor de marktintroductie van de brandstofcellen is. In het laatste hoofdstuk wordt de theorie rond de technologische innovatie en diffusie uitgelegd. Deze theorie wordt verondersteld van toepassing te zijn op alle innovaties, dus ook op de innovatie van de brandstofceltechnologie. Aan de hand van dit hoofdstuk wordt getracht een algemeen beeld te geven van hoe de brandstofceltechnologie zich zal ontplooien, eens de belangrijke barrières uit de twee vorige hoofdstukken zijn opgelost. Bovendien wordt het proces dat de brandstofceltechnologie aflegt, namelijk van innovatie tot volwassen product en marktintroductie, verduidelijkt. Elk hoofdstuk wordt afgesloten met een besluit, dat een bondige samenvatting geeft van de belangrijkste punten uit het hoofdstuk. Deze scriptie wordt afgesloten met een algemeen besluit waarin een aantal conclusies worden getrokken met betrekking tot de barrières van de brandstofceltechnologie in voertuigtoepassingen.

2

HOOFDSTUK I:

BRANDSTOFCELTECHNOLOGIE

In dit eerste hoofdstuk wordt een algemeen beeld geschetst van de brandstofceltechnologie. Eerst wordt het begrip brandstofcel gedefinieerd. Daarna wordt de geschiedenis en de evolutie van de brandstofceltechnologie behandeld. In het derde deel wordt kort uitgelegd hoe een brandstofcel zijn energie creëert. Vervolgens worden de verschillende soorten brandstofcellen toegelicht en wordt aangeduid welke meest geschikt zijn voor de toepassing in voertuigen. In het voorlaatste onderdeel wordt het belang van de brandstofceltechnologie onderstreept. Op het einde van het hoofdstuk worden de concurrerende technologieën kort voorgesteld.

I.1. Omschrijving brandstofcel Een brandstofcel kan tot op een zeker niveau vergeleken worden met een batterij. Beiden produceren elektriciteit, maar het grote voordeel van de brandstofcel is dat ze niet moet herladen worden. Er wordt elektriciteit en warmte geproduceerd zolang er waterstof en zuurstof aanwezig is. De brandstofcel kan omschreven worden als een elektrochemische energieomvormer die elektriciteit en warmte produceert door een omgekeerde elektrolyse. Deze chemische reactie gaat als volgt: 2H2 + O2 → 2H2O + Energie De energie die hierbij vrijkomt, kan worden gebruikt voor de aandrijving van auto’s, maar ook voor de elektriciteitsvoorziening in ziekenhuizen en andere gebouwen. Eventueel kunnen ze de batterij vervangen in mobiele telefoons, laptops, videocamera’s, enz. (Fuel Cell Handbook, 2002)

I.2. Geschiedenis en ontwikkeling van de brandstofcel De eerste brandstofcel werd al in 1839 beschreven door Sir William Robert Grove (18111896). Hij voerde een experiment uit waarbij twee platina strips geplaatst worden in zwavelzuur, de ene strip wordt in contact gebracht met waterstofgas (H2), de andere met zuurstofgas (O2). Daarbij ontdekte hij toevallig dat er stroom tussen deze strips liep. Pas in 3

1889 probeerden de Britse wetenschappers Ludwig Mond en Charles Langer deze ontdekking om te zetten in een bruikbaar toestel. Zij waren de eersten die de term ‘fuel cell’ gebruikten. Vanaf dat moment werd er regelmatig onderzoek naar de brandstofcel gedaan. Vanaf de jaren ’60 van de 20ste eeuw groeide de interesse voor brandstofcellen. Voor hun ruimtevaartprogramma kozen de Verenigde Staten brandstofcellen omdat ze minder riskant zijn dan kernenergie en goedkoper zijn dan zonne-energie. Men gebruikte de brandstofcellen voor de energievoorzieningen aan boord van bemande ruimtevaartuigen, onder andere in de Gemini en de Apollo. Ze worden nog steeds gebruikt in de Space Shuttle. Het water dat vrijkomt als bijproduct van de brandstofcellen, kan bovendien gebruikt worden als drinkwater voor de bemanning. (ERDLE K.E., 2001) De echte doorbraak werd verhinderd door de hoge kosten en de technische problemen. Door de energiecrisis in de jaren ‘70 werd de brandstofceltechnologie opnieuw van onder het stof gehaald. Door de toename van de milieuwetten en de komst van het Kyoto protocol moet de uitstoot van vervuilende gassen verminderd worden. Meteen een extra stimulans om de mogelijkheden van de brandstofcel verder te onderzoeken. Op dit ogenblik wordt in drie disciplines naar commerciële toepassingen van de brandstofcel gezocht, namelijk in transport (auto’s, vliegtuigen, duikboten, …), stationaire energieopwekking en draagbare toepassingen. (HOOGERS G., 2003a)

I.3. Werking brandstofcel Er bestaan verschillende types brandstofcellen (zie infra blz. 5). In wat volgt wordt het mechanisme van de PEM brandstofcel geschetst (zie FIGUUR 1, blz. 5). De andere brandstofceltypes zijn vrij gelijkaardig qua werkingsprincipe. Een brandstofcel bestaat uit twee elektroden: een negatieve elektrode (anode) en een positieve elektrode (kathode). Beide elektroden worden samengedrukt rond een elektrolyt. Een waterstofbron wordt op de anode aangesloten en een zuurstofbron (meestal wordt hiervoor gewone lucht gebruikt) op de kathode. In de anode geven de waterstofatomen met de hulp van een katalysator hun elektronen af en worden positief geladen waterstofionen gevormd: H2 → 2H+ + 2e-

4

De waterstofionen worden aangetrokken door de negatief geladen zuurstofionen, die zich in de kathode hebben gevormd. De waterstofionen (protonen) migreren door de elektrolyt naar de kathode. Daardoor ontstaat aan de anode een overschot aan elektronen en aan de kathode een tekort aan elektronen. Als de anode (negatief) en de kathode (positief) met elkaar worden verbonden via een extern circuit, stromen de elektronen via die verbinding van de anode naar de kathode. Zo wordt er elektriciteit geproduceerd. In de kathode smelten de protonen en elektronen van waterstof samen met de zuurstofatomen en vormen water (of waterdamp als de temperatuur hoog genoeg is): 4H+ + O2 + 4e- → 2H2O

FIGUUR 1: Werking van de PEM brandstofcel (Types Of Fuel Cells, 2004)

Een aantal brandstofcellen wordt verzameld in een stack met eindplaten en verbindingen voor de toevoer van waterstof en zuurstof en de afvoer van water(damp). (Fuel Cell Handbook, 2002; NORBECK J.M. et al., 1996)

I.4. Soorten brandstofcellen Er zijn verscheidene types van brandstofcellen. Ze verschillen in aggregatietoestand, werkingstemperatuur en ionengeleidbaarheid van de gebruikte elektrolyt. Ze worden daarom genoemd naar het type elektrolyt: de Alkaline Fuel Cell (AFC), de Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), de Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), de Solide Oxide Fuel Cell (SOFC) en de Molton Carbonate Fuel Cell (MCFC). Uitzondering op deze naamgeving is de Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), waarvan de naam afgeleid is van de brandstof waarmee hij wordt aangedreven. Hieronder worden de verschillende soorten brandstofcellen afzonderlijk besproken.

5

a) Alkaline brandstofcel (AFC) De alkaline brandstofcel is het type met de langste geschiedenis. Ze heeft een elektrolyt van vloeibaar KOH of NaOH die permeabel is voor de OH--ionen die migreren van de positieve kathode naar de negatieve anode. Deze brandstofcel werkt bij temperaturen van 60 tot 120°C, wat ze toepasbaar maakt voor voertuigen. Ook is ze vrij goedkoop te produceren. Het grote nadeel van de AFC is dat de elektrolyt CO2 adsorbeert, waardoor de geleidbaarheid van de elektrolyt uiteindelijk wordt aangetast. Omdat zelfs kleine hoeveelheden CO2 een effect hebben op de werking van de AFC, moeten zowel de gebruikte waterstof als de lucht gezuiverd worden van alle CO2. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998) Ondanks dit belangrijke tekort wordt de AFC in een aantal nichemarkten (ruimtevaart, militaire toepassingen) gebruikt. Zo werd ze zowel in de Apollo als in de Space Shuttle gebruikt. Ook werd op het einde van de jaren ‘90 een Londense taxi gepresenteerd door ZETEK/ZEVCO die werd aangedreven door een AFC. Omdat de brandstofcel slechts een vermogen van 5 kW had, werd ze bijgestaan door batterijen. De brandstofcel diende dus vooral om de autonomie van de taxi te verhogen. (HOOGERS G., 2003a)

b) Polymeer membraan brandstofcel (PEMFC) Als elektrolyt gebruikt de PEMFC een vast polymeermembraan. Dit membraan is een soort plastic folie dat oorspronkelijk door DuPont werd ontwikkeld voor de chloor-alkali industrie. Zowel de anode, de kathode als de elektrolyt worden gecombineerd in één compacte entiteit, namelijk het membrane electrode assembly (MEA). Dit MEA is slechts enkele honderd µm dik. Wanneer het membraan gevoed wordt met waterstof en lucht, kan door de cel een stroom geleverd van 1 volt. Het membraan geleidt echter enkel de elektrische stroom wanneer er water (in vloeibare fase) aanwezig is. Hierdoor is de werkingstemperatuur gelimiteerd tot 100°C, waardoor voor de nodige koeling van de brandstofcel moet worden gezorgd. Ook wordt soms gebruik gemaakt van een bevochtiger voor de gassen (waterstof en lucht). Dit moet beletten dat het MEA uitdroogt. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998) De PEMFC heeft dankzij zijn lichte cellen met een grote energiedichtheid een stapje voor in de transportsector. Een tweede voordeel is dat de cellen als operatief zijn vanaf een lage temperatuur (50 à 60°C), waardoor een snelle opstarttijd bereikt kan worden. Er zijn al PEMFCs ontworpen die een minimale opstarttijd bezitten bij een omgevingstemperatuur van 6

20°C. Een belangrijk nadeel van dit type brandstofcellen is dat het dure platina gebruikt wordt als katalysator. Veel onderzoek gaat dan ook naar het reduceren van het benodigde platina. Een tweede nadeel is dat de MEA vrij gevoelig is voor onzuiverheden in de brandstof, vooral voor CO. (HOOGERS G., 2003a) Toepassingen voor de PEMFC zijn vrij uitgebreid. Zowel in de transportsector als bijvoorbeeld voor noodaggregaten voor ziekenhuizen, scholen en kantoren kunnen PEMFCs worden gebruikt. Dit type brandstofcel werd ook gebruikt in het Gemini ruimteprogramma. (HOOGERS G., 2003a)

c) Fosforzure brandstofcel (PAFC) De PAFC heeft een elektrolyt van vloeibaar fosforzuur (H3PO4). Om de elektrolyt vloeibaar te krijgen/houden moet bij een middelhoge temperatuur van 200°C worden gewerkt. De PAFC wordt vooral ontwikkeld voor de energieopwekking op middelgrote schaal, met brandstofcellen van bijvoorbeeld 200 kW. Er zijn ook al PAFCs actief van 11 MWe (Japan) en 1,3 MWe (Milaan). In vergelijking met de lage temperatuurbrandstofcellen (AFC en PEMFC) heeft de PAFC slechts een lage vermogensdichtheid. Bovendien is de elektrolyt onderhevig aan degradatie, waardoor ze na vijf jaar moet worden vervangen. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998)

d) Brandstofcellen met vloeibaar carbonaat (MCFC) en vast oxide brandstofcellen (SOFC) De MCFC en de SOFC zijn brandstofcellen die bij een hoge temperatuur werken, respectievelijk bij 650°C en 1000°C. De MCFC heeft een elektrolyt van vloeibaar lithium, natrium en/of kalium carbonaat. De elektrolyt van de SOFC bestaat uit keramisch ZrO2. Door de hoge werkingstemperaturen en de ermee gepaard gaande lange opstarttijden zijn deze brandstofceltypes enkel geschikt voor stationaire toepassingen of warmtekrachtkoppeling. Deze hoge werkingstemperaturen bieden echter belangrijke voordelen, zoals een hoog rendement en een hoge tolerantie voor onzuiverheden. Zo is het mogelijk om andere brandstoffen dan waterstof (zoals aardgas) direct als brandstof voor de cel te gebruiken. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998)

7

e) Direct methanol brandstofcel (DMFC) De technologie van de DMFC is gebaseerd op die van de PEMFC. Maar zoals de naam het zegt, wordt de DMFC direct aangedreven door methanol (meer bepaald een mengsel van methanol en water) langs de anode en lucht aan de kathode. Dit kan heel wat voordelen opleveren, vooral omdat methanol vloeibaar is en daardoor makkelijker te tanken en op te slaan is. Bovendien is dit type brandstofcel eenvoudiger dan de brandstofcel die indirect met methanol wordt aangedreven. Bij deze laatste wordt dan gebruik gemaakt van een brandstofomvormer die de methanol omzet in waterstof en een aantal bijproducten. Dit type brandstofcel staat wel nog in de kinderschoenen en heeft te kampen met een aantal problemen. Zo bedraagt de energiedichtheid van de DMFC op dit ogenblik slechts een vierde van de energiedichtheid die de PEMFCs halen. Dit is vooral te wijten aan de zwakke prestaties van de katalysator op de anode. Op dit ogenblik is de technologie van de DMFC bruikbaar voor draagbare toepassingen. (HOGARTH M., 2003; Fuel Cell Handbook, 2002)

f) Samenvatting

Type

Elektrolyt

Werkings-

Brandstof

Toepassingsgebied

60-100°C

zuivere H2

militair, ruimtevaart

50-100°C

zuivere H2

transport,

temperatuur AFC

KOH

PEMFC vast polymeer

(draagbare)

energieopwekking PAFC

H3PO4

MCFC

Li2CO3, Na2CO3, ~650°C

H2,

K2CO3

andere KWS

SOFC DMFC

ZrO2 vast polymeer

~220°C

~1000°C 100-150°C

zuivere H2

H2,

CH4 CH4

energieopwekking, transport of energieopwekking op grote schaal of energieopwekking op grote

andere KWS

schaal

Methanol

draagbare energieopwekking, transport

TABEL 1: Vergelijking tussen de verschillende types brandstofcel (eigen werk op basis van HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003)

8

Het is duidelijk dat niet alle types van brandstofcellen in aanmerking komen om in voertuigen te gebruiken. In een voertuig is het wenselijk dat de werkingstemperatuur vrij laag is. Hierdoor komen nog enkel de AFC, de PEMFC en de DMFC in aanmerking (zie TABEL 1, blz. 8). Eventueel kunnen in grotere voertuigen zoals bussen of vrachtwagens PAFCs worden gebruikt, aangezien een snelle opstarttijd voor deze voertuigen minder belangrijk is. Doordat de energiedichtheid van de AFC vrij laag ligt, is ze niet ideaal voor transportdoeleinden. Indien men de energiedichtheid van de DMFC zou kunnen verhogen, zou ze, gezien de vloeibare brandstof die ze gebruikt, een aanzienlijk voordeel verwerven ten aanzien van de PEMFC. Nadeel is echter dat de DMFC nog steeds CO2 uitstoot. Als men een oplossing zoekt voor het vraagstuk van de opwarming van de aarde, is de PEMFC op dit ogenblik de beste keuze voor kleine tot middelgrote voertuigen en eventueel de PAFC voor grotere voertuigen. (HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003)

I.5. Belang brandstofceltechnologie De huidige verbrandingsmotoren op benzine en diesel stoten allerhande schadelijke stoffen uit. Bij de verbranding van aardolieproducten komen substantiële hoeveelheden CO2, stikstofoxiden en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) vrij. Benzinemotoren functioneren meestal met een lichte overmaat aan brandstof, zodat door onvolledige verbranding eveneens grote hoeveelheden koolmonoxide en onverbrande koolwaterstoffen uitgestoten worden. Dieselmotoren stoten roetdeeltjes uit en wanneer de brandstof zwavel bevat, wordt zwaveldioxide (SO2) uitgestoten. Al deze stoffen kunnen het leefmilieu en de gezondheid van mens en dier beschadigen. Mogelijke negatieve effecten zijn het aantasten van de stratosferische ozonlaag, irriterende mistvorming (smog), opwarming van de aarde (broeikaseffect), luchtverontreiniging, zure regen en het aanvreten van materialen. (VAN LANGENHOVE H. en SERCU B., 2004) De vorming van smog komt vooral voor in grote steden en kan dus lokaal worden aangepakt. De klimaatverandering als gevolg van het broeikaseffect heeft daarentegen effect op het leefmilieu van de hele aardbol. Over die opwarming van de aarde zijn wetenschappers het niet volledig eens. Dat de mens een nefaste invloed heeft op het klimaat van de aarde is voor velen een vaststaand feit. Het is vooral de impact en de timing van de klimaatverandering dat een punt van discussie vormt onder de wetenschappers. De gevolgen van het broeikaseffect zijn 9

onder andere een verhoging van het zeeniveau, het afsmelten van het poolijs en een toenemende ontbossing en woestijnvorming. Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) duidt de verbranding van fossiele brandstoffen aan als voornaamste reden van de klimaatverandering. De belangrijkste broeikasgassen die door het verkeer worden uitgestoten zijn koolstofdioxide (CO2) en lachgas (N2O). (IPCC, 2001) De uitputting van de oliereserves wordt eveneens aangehaald als een belangrijke reden voor het ontwikkelen van de brandstofceltechnologie. Over het tijdstip waarop er olie tekort zal zijn, bestaat er veel discussie. De optimisten beweren dat de oliereserves groot genoeg zijn om de energiebehoefte tot 2050 of zelfs langer te bevredigen. Volgens deze groep wetenschappers zal het bij stijgende olieprijzen voordelig zijn om teerzandolie en andere minder gemakkelijk ontginbare oliebronnen aan te wenden. Aan de andere kant voorspellen de pessimisten dat er steeds meer olie nodig zal zijn, mede door de snelle industrialisering van China en India. Daarom zullen de oliereserves sneller dan verwacht uitgeput zijn. Bovendien wijzen ze erop dat het ontginnen van bijvoorbeeld teerzand en zware olie een zeer grote belasting vormt voor het milieu. Zo voorspelt IVANHOE L.F. dat de wereldwijde piek in de olieproductie zich al tussen 2010 en 2020 zal voordoen. (RIFKIN J., 2004; IVANHOE L.F., 1997) Industriële grootmachten zoals de Verenigde Staten, de Europese Unie en Japan zijn voor hun energievoorziening afhankelijk van de olieproducerende landen. Deze olieproducerende landen, verzameld in de OPEC, verwerven hierdoor een machtspositie. De oneerlijke verdeling van de oliereserves leidt tot politieke instabiliteit en conflicten. (RIFKIN J., 2004) Als oplossing voor alle hierboven aangehaalde problemen werd een alternatief aandrijfgeheel gezocht voor transporttoepassingen. De elektrische auto, uitgerust met herlaadbare batterijen, werd als eerste alternatief naar voren geschoven. Er werd heel wat onderzoek naar gedaan en er rijden al voertuigen rond die gebaseerd zijn op deze technologie. Het grote probleem is dat de door batterijen aangedreven voertuigen een beperkte autonomie hebben en veel tijd nodig hebben om op te laden. De oplossing werd gevonden in de brandstofcel. De energie die de elektrische motoren verbruiken, wordt hier niet door batterijen geleverd, maar geproduceerd in de brandstofcel met behulp van waterstof. (Hydrogen is on the way, 2004)

10

Theoretisch heeft de brandstofcel verscheidene voordelen tegenover de verbrandingsmotor: zij is geruisloos, heeft geen bewegende delen, is meestal reukloos en als het stroomverbruik ophoudt, stopt ook de chemische reactie en daarmee het brandstofverbruik. Bovendien stoot de brandstofcel geen enkel schadelijk bestanddeel uit wanneer ze rechtstreeks met waterstof wordt aangedreven. Waterstof is overal ter wereld aanwezig (weliswaar in gebonden toestand) en verschillende energiebronnen kunnen aangewend worden voor de productie ervan. De energietoevoer wordt hierdoor minder afhankelijk van de grillen van de olieproducerende landen. (Hydrogen is on the way, 2004)

I.6. Concurrenten brandstofcel De

huidige

dominante

technologieën

voor

aandrijfsystemen,

zijnde

de

interne

verbrandingsmotoren op benzine en diesel, ondervinden een toenemende concurrentie van alternatieve aandrijfsystemen. Naast de brandstofcel zijn heel wat andere technologieën in de running om de dominante technologie te worden. Een aantal daarvan zijn gebaseerd op de interne verbrandingsmotor, maar gebruiken een andere brandstof. Voorbeelden van die brandstoffen zijn waterstof, aardgas, methanol, ethanol, biodiesel en biogas. De nadelen van deze technologieën zijn dat er ofwel geen infrastructuur is om de brandstof te verdelen, ofwel onvoldoende brandstof geproduceerd wordt. Bovendien stoten alle technologieën gebaseerd op de interne verbrandingsmotor schadelijke stoffen uit. Daartegenover staan de voertuigen die hun energie opslaan in batterijen. Deze zijn volledig emissievrij, maar hebben te kampen met een beperkte autonomie. Tussenin liggen de hybride diesel-elektrische of benzineelektrische voertuigen. Deze combineren een elektrische motor, aangedreven door batterijen, met een interne verbrandingsmotor zodat beide motoren elkaar aanvullen. De batterijen recupereren onder andere energie tijdens het remmen. Ze geven die energie vervolgens terug af bij het accelereren. Hybride voertuigen hebben op dit ogenblik de hoogste well to wheel efficiëntie1. Ze vormen dan ook de grootste concurrent van de brandstofcelvoertuigen. Een hybride opstelling kan ook de brandstofcel combineren met batterijen. (STONE R., 2003)

1

Dit is een methode voor de berekening van de efficiëntie van een voertuig, rekening houdend met de uitstoot

van schadelijke gassen en het energiegebruik. Hierbij wordt de efficiëntie gemeten vanaf de ontginning van de ruwe brandstof (bijvoorbeeld aardolie) tot aan de beweging van de wielen van het voertuig.

11

I.7. Besluit De brandstofcel is een elektrochemische energieomvormer, die de energie die vrijkomt bij de reactie tussen waterstof en zuurstof omzet in elektriciteit. Er bestaan verschillende soorten brandstofcellen, maar uit dit hoofdstuk werd duidelijk dat vooral deze met een polymeer membraan, de PEMFC, geschikt zijn voor toepassing in voertuigen. Intrinsiek heeft de brandstofcel een aantal voordelen tegenover de verbrandingsmotor: zij is geruisloos, heeft geen bewegende delen, is meestal reukloos en als het stroomverbruik ophoudt, stopt ook de chemische reactie en daarmee het brandstofverbruik. Bovendien kan ze een oplossing bieden voor het broeikaseffect en andere vormen van vervuiling, aangezien een brandstofcel geen schadelijke stoffen uitstoot wanneer ze rechtstreeks met waterstof wordt aangedreven. De brandstofceltechnologie is echter niet de enige die ambieert om de nieuwe dominante technologie voor transporttoepassingen te worden. Op dit moment is de grootste concurrent de hybride aandrijving met energierecuperatie tijdens het remmen. Of de brandstofceltechnologie uiteindelijk de nieuwe dominante technologie wordt, hangt voor een groot stuk af van de interesse die de publieke en de private sector ervoor tonen. Beide worden in de volgende twee hoofdstukken besproken.

12

HOOFDSTUK II: STRATEGIE POLITIEK EN PUBLIEKE ORGANISATIES

In dit onderdeel wordt de strategie van drie economisch belangrijke regio’s, namelijk de Europese Unie, de Verenigde Staten en Japan, met betrekking tot de waterstofeconomie en de brandstofceltechnologie uiteengezet. Er heerst enige rivaliteit tussen deze drie economische grootmachten om als eerste een waterstofeconomie uit te bouwen. Daarnaast worden de internationale inspanningen via het International Partnerschip for the Hydrogen Economy besproken.

II.1.

Europese Unie

Tussen 1988 en 1999 liepen in de Europese Unie 336 individuele onderzoeksprojecten met betrekking tot waterstof. Het onderzoek is echter zeer versnipperd en onsamenhangend. Bovendien loopt de EU achterop ten opzichte van de Verenigde Staten en Japan. Nochtans heeft de EU baat bij de ontwikkeling van de waterstofeconomie. Zo staat in het groenboek van de EU dat de fossiele brandstoffen 4/5 van het totale energieverbruik in Europa vertegenwoordigen. Bovendien wordt 2/3 van de fossiele brandstoffen ingevoerd. Indien niets ondernomen wordt, kan de afhankelijkheid van de EU voor energievoorziening oplopen tot 70 procent. Dit zou betekenen dat 90 procent van de fossiele brandstoffen wordt ingevoerd. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005; EUROPEAN COMMISSION, 2000) Onder druk van Romano Prodi, toenmalig voorzitter van de Europese Commissie, wou de Europese Unie deze scheve situatie rechttrekken. De eerste stap in dit proces volgde in oktober 2002, namelijk het oprichten van een werkgroep om een visie te formuleren over hoe waterstof en brandstofcellen kunnen bijdragen tot een toekomstig duurzaam energiesysteem. Ze formuleert ook haar visie over de acties die nodig zijn om te evolueren naar een waterstofeconomie met energieomvormers op basis van de brandstofceltechnologie. Deze werkgroep werd de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology gedoopt. De 19 belanghebbers die er deel van uitmaken, vertegenwoordigen de maatschappij, de industrie, de beleidsvoerders en de consumenten. Onder andere afgevaardigden van Ballard Power

13

Systems (zie infra, blz. 23), DaimlerChrysler (zie infra, blz. 23), Solvay en een parlementslid van IJsland behoren tot de werkgroep. (EUROPEAN COMMISSION, 2003) De conclusies van deze werkgroep zijn gepresenteerd op de conferentie “The hydrogen economy – A bridge to sustainable energy”, gehouden in Brussel op 16 en 17 juni 2003. De Europese roadmap wordt weergegeven in FIGUUR 2 onderaan deze bladzijde. De nadruk wordt hierbij gelegd op de complexiteit bij de overgang naar de waterstofeconomie. Bovendien zal de competitie tussen de EU, de Verenigde Staten en Japan zeer hevig zijn. Daarom stelt de HLG een substantiële verhoging voor van de budgetten voor O&O naar de brandstofceltechnologie. Een uitgebreide bespreking van de aanbevelingen van de HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technology wordt gegeven in het punt V.5.2 op blz. 67, waar ze toegepast worden op de theorie rond het opheffen van de carbon lock-in. (EUROPEAN COMMISSION, 2003)

FIGUUR 2: Europese roadmap voor waterstof en brandstofceltechnologie (EUROPEAN COMMISSION, 2003, blz. 23)

14

In september 2003 benadrukte Romano Prodi dat het dossier van de waterstofeconomie een hoge prioriteit verdiende. Er werd beslist een Europese Platform voor waterstof- en brandstofceltechnologie op te richten, dat verantwoordelijk is voor het definiëren en het coördineren van het O&O met betrekking tot de brandstofceltechnologie. Hierbij worden de belangrijkste problemen onderzocht, alsook de inspanningen die nodig zijn om de brandstofcellen met succes op de markt te introduceren. Dit platform moet ervoor zorgen dat het versnipperde en onsamenhangende onderzoeksbeleid van de jaren ‘90 definitief vaarwel wordt gezegd. In januari 2004 kwam het platform voor het eerst samen. (Chronology of a European commitment, 2004) Naar aanleiding van het zesde EU kaderprogramma voor onderzoek (2002-2006), is intussen 92 miljoen EUR uitgetrokken voor communautaire steun. Daarbovenop wordt eenzelfde bedrag voorzien voor particuliere investeringen in O&O op het gebied van waterstof en brandstofcellen. In de eerste fase van het Quick-Start initiatief met betrekking tot de productie en het gebruik van waterstof, wordt 300 miljoen EUR (waarvan de helft afkomstig is van de EU) gespendeerd aan publieke en particuliere investeringen. Voor de komende tien jaar wordt 2,8 miljard EUR voorbehouden door de EU voor twee projecten naar aanleiding van het Europese groei-initiatief. Deze investeringen moeten een doorbraak teweegbrengen op het vlak van de productie, de opslag en de verdeling van waterstof, alsook op het gebied van de brandstofcellen en de toepassing ervan. Bovendien wil Europa een vooraanstaande rol spelen in de brandstofceltechnologie en een Europese testomgeving creëren voor het demonstreren van de technologieën rond waterstof. (EUROPEAN COMMISSION, 2004)

II.2.

Verenigde Staten

Ondanks het feit dat de Verenigde Staten het Kyoto Protocol niet hebben ondertekend, beloven ze toch om hun uitstoot aan schadelijke gassen te reduceren. Dit willen ze doen aan de hand van een drieledige strategie. De eerste doelstelling is het reduceren van de carbon intensity, dit is de uitstoot van koolstof per USD economische output. Tussen 2002 en 2012 wil men de carbon intensity met 18 procent doen dalen. Hierbij moet worden opgemerkt dat de uitstoot van broeikasgassen met 13 procent is gestegen tussen 1990 (het referentiepunt van het Kyoto Protocol) en 2002. Ten tweede gaan de Verenigde Staten de uitdaging aan om substantiële bedragen te investeren in wetenschap, technologie en organisaties die de 15

klimaatverandering tegengaan. De Verenigde Staten spenderen jaarlijks om en bij de twee miljard USD aan wetenschappelijk onderzoek naar de klimaatverandering. Als derde onderdeel worden bilaterale en multilaterale samenwerkingsverbanden met andere landen opgestart om de twee bovenstaande doelstellingen te ondersteunen. Zo hebben de Verenigde Staten initiatief genomen tot het oprichten van de International Partnership for the Hydrogen Economy (zie infra, blz. 19). (U.S. Has Three-Pronged …, 2004) Tot deze driedelige strategie behoren niet alleen de brandstofceltechnologie en de waterstofeconomie, maar ook de hernieuwbare energiebronnen (zonne- en windenergie) en de nucleaire energie. Volgend stukje uit de State of the Union van 2005 illustreert de wil van President George W. Bush om de ontwikkeling van brandstofcellen te stimuleren. “To keep our economy growing, we also need reliable supplies of affordable, environmentally responsible energy. (Applause.) Nearly four years ago, I submitted a comprehensive energy strategy that encourages conservation, alternative sources, a modernized electricity grid, and more production here at home -- including safe, clean nuclear energy. (Applause.) My Clear Skies legislation will cut power plant pollution and improve the health of our citizens. (Applause.) And my budget provides strong funding for leading-edge technology -- from hydrogen-fueled cars, to clean coal, to renewable sources such as ethanol. (Applause.) Four years of debate is enough: I urge Congress to pass legislation that makes America more secure and less dependent on foreign energy. (Applause.) (BUSH G.W., 2005a)” Hieruit wordt duidelijk dat de president zijn land voor wat betreft energietoevoer minder afhankelijk wil maken van het Midden Oosten. In de toespraak die President George W. Bush geeft naar aanleiding van zijn bezoek aan Brussel begin februari 2005, wordt de ontwikkeling van de brandstofcel aangehaald als een belangrijk thema. De nadruk ligt hier op de samenwerking tussen Europa en Amerika in de verdere ontwikkeling van de brandstofceltechnologie. Hierna volgt het desbetreffende stuk uit de toespraak: “Our alliance is determined to show good stewardship of the earth -- and that requires addressing the serious, long-term challenge of global climate change. All of us expressed our views on the Kyoto protocol -- and now we must work together on the way forward. Emerging technologies such as hydrogen-powered vehicles, electricity from renewable energy sources, clean coal technology, will encourage economic growth that is environmentally responsible. By researching, by developing, by promoting new technologies across the world, all nations, including the developing countries can advance economically, while slowing the growth in global greenhouse gases and avoid pollutants that undermines public health. All of us can use the power

16

of human ingenuity to improve the environment for generations to come. (BUSH G.W., 2005b)” In feite waren de Verenigde Staten de eersten die een programma startten voor het aanmoedigen van waterstof als energiedrager voor de toepassing in gebouwen en transport. Al in 1979, in de nasleep van de oliecrisissen, wordt in de Verenigde Staten het Strategic Plan for Hydrogen Program opgestart. Op dat moment is de technologie echter nog niet rijp voor commercialisering. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005) De National Hydrogen Energy Roadmap, gepresenteerd door de United States DOE in november 2002, geeft een blauwdruk van de publieke en private inspanningen die nodig zijn voor het introduceren van de brandstofceltechnologie. Verschillende richtingen worden voorgesteld om het gebruik van waterstof voor energie te stimuleren. Tegelijkertijd wordt de National Vision of Amerika’s Transition to a Hydrogen Economy voorgesteld. Hierin wordt beschreven op welke manier de overgang van fossiele brandstoffen naar waterstof tegen 2030 zal gerealiseerd worden. Beide documenten vormen de basis van het Amerikaanse beleid met betrekking tot waterstof en de brandstofceltechnologie. (United States Department of Energy, 2002a; United States Department of Energy, 2002b) In 2002 wordt FreedomCAR (Cooperative Automotive Research) gelanceerd. Dit is een samenwerkingsverband tussen de overheid en een aantal autoconstructeurs2 voor O&O naar de brandstofceltechnologie. De uiteindelijke doelstelling van dit onderzoek is het produceren van betaalbare en praktische brandstofcelauto’s naar de wensen van de Amerikaanse consument. Een jaar later wordt FreedomCAR aangevuld met het FreedomFUEL initiatief. Over een periode van vijf jaar wordt hiervoor geïnvesteerd in technologieën en infrastructuur voor het produceren, opslaan en distribueren van waterstof voor het gebruik in brandstofcelauto’s en voor elektriciteitsopwekking. Voor beide projecten samen wordt een bedrag van 1,7 miljard USD uitgetrokken. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005)

2

Drie autoconstructeurs engageren zich in dit project, namelijk DaimlerChrysler (zie infra, blz. 23), Ford (zie

infra, blz.23 ) en General Motors (zie infra, blz. 20).

17

II.3.

Japan

In Japan is het Ministry of International Trade and Industry (MITI) onder andere verantwoordelijk voor het energiebeleid, het O&O beleid en het technologische beleid. In de transportsector is de aandacht van het MITI vooral gericht op het ontwikkelen van nieuwe voertuigen en brandstoffen. Het MITI is daarbij verantwoordelijk voor de ontwikkeling en coördinatie van programma’s ter ontwikkeling van alternatieve aandrijfsystemen. In 2001 kreeg het ministerie een nieuwe naam, namelijk het Ministry of Economy, Trade and Industry (METI). De onderdelen van de METI die zich met de ontwikkeling van nieuwe voertuigen bezighouden zijn de New Energy and Industrial Technology Development Organisation (NEDO) en de Japanese Automotive Research Institute (JARI). (ÅHMAN M., Forthcoming) Vanaf de jaren ’70 werden door het MITI een aantal programma’s opgezet ter ontwikkeling van voertuigen aangedreven door batterijen. In de jaren ’90 werden ook programma’s ter ondersteuning van de brandstofceltechnologie opgezet. Zo werd in 1992 met het New Sunshine Programme begonnen. Onder dit programma werd onderzoek gedaan naar de Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. Een jaar later werd door de NEDO het WE-NET programma aangevat om de rol van waterstof als toekomstige energiedrager te analyseren. Dit programma bestond uit drie delen, namelijk een onderzoeksfase (1993-1998), een demonstratiefase (1999-2003) en een eerste commercialisering (2004). Dit project loopt verder tot 2020 en heeft een budget van 11 miljard USD. In 1997 paste het MITI haar Third Expansion Plan uit 1991 aan. Hierbij werden onder andere voertuigen aangedreven door brandstofcellen en hybride voertuigen toegevoegd aan de categorie van Clean-Energy Vehicles. In het Millennium Project van het JARI en de NEDO werd met de standaardisatie van de brandstofceltechnologie begonnen. In 2000 werd een plan voor de marktintroductie van de brandstofceltechnologie opgesteld door de Policy Study Group for Fuel Cell Vehicles. Het plan coördineert het O&O, infrastructuur, demonstraties en standaarden betreffende de brandstofcellen. Er wordt vooropgesteld om tussen 2005 en 2010 50.000 door brandstofcellen aangedreven voertuigen te leveren aan publieke organisaties en bedrijven die verbonden zijn met de brandstofceltechnologie. Voor het jaar 2020 verwacht het METI vijf miljoen verkochte exemplaren. (ÅHMAN M., Forthcoming)

18

II.4.

International Partnership for the Hydrogen Economy

De International Partnership for the Hydrogen Economy (IPHE) werd in 2003 opgericht met als bedoeling de overgang naar een op waterstof gebaseerde economie te versnellen. Een onderliggende bedoeling is de snel industrialiserende landen als China en India te betrekken bij de uitbouw van de waterstofeconomie. De leden van het IPHE zijn: Australië, Brazilië, Canada, China, Duitsland, de Europese Commissie, Frankrijk, IJsland, India, Italië, Japan, Nieuw-Zeeland, Noorwegen, de Russische Federatie, het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde Staten en Zuid-Korea. De economie van deze landen is gedeeltelijk of volledig afhankelijk van de invoer van olie. (International Partnership …, 2003) Het IPHE wil haar doel bereiken door onderzoek, ontwikkeling, demonstraties en het commercieel gebruik met betrekking tot waterstof en brandstofcellen internationaal te organiseren. Er is eveneens een forum met beleidsaanbevelingen en gemeenschappelijke codes en standaarden. Dit moet de overgang naar de waterstofeconomie op internationaal niveau versnellen en er vooral voor zorgen dat snel industrialiserende landen zoals India en China ook op de kar van de waterstofeconomie springen. (International Partnership …, 2003)

II.5.

Besluit

De drie economische grootmachten zijn zich ervan bewust dat waterstof centraal moet staan in het toekomstige energiebeleid. Er is al heel wat geld gepompt in O&O van de brandstofceltechnologie. Maar vooral in de EU bleek het gevoerde beleid onsamenhangend en werd er onvoeldoende geld voor vrijgemaakt. Na de publicatie van het rapport van de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology en de oprichting van het Europese Platform voor waterstof- en brandstofceltechnologie verloopt het beleid heel wat gestructureerder. De EU heeft weliswaar een achterstand opgelopen ten opzichte van de Verenigde Staten en Japan. Laatstgenoemden investeren al geruime tijd substantiële budgetten in de ontwikkeling van de brandstofcellen en de bijbehorende infrastructuur. Om de snel industrialiserende landen te betrekken bij het vormen van een waterstofeconomie, werd in 2003 de International Partnership for the Hydrogen Energy opgericht. Niet alleen de overheden doen inspanningen voor de brandstofceltechnologie, ook de private sector zit niet stil. Dit wordt verder behandeld in het volgende hoofdstuk. 19

HOOFDSTUK III:

STRATEGIE PRIVATE SECTOR

Aangezien de brandstofceltechnologie door velen aangehaald wordt als dé technologie voor de toekomst, worden in verscheidene takken van de private sector investeringen gedaan in deze technologie. Onder andere constructeurs van voertuigen besteden veel aandacht aan deze technologie. Hieronder worden de inspanningen met betrekking tot de brandstofceltechnologie van een aantal autofabrikanten (General Motors, Ford, DaimlerChrysler, Toyota en Honda) besproken. Voor de ontwikkeling van brandstofcellen maken autoconstructeurs ofwel gebruik van de knowhow in eigen bedrijf (zoals Toyota en Honda) of werken ze samen met een bedrijf dat zich specialiseert in het ontwikkelen van de brandstofcel. Zo werken Ford en DaimlerChrysler samen met Ballard en is er een samenwerking tussen General Motors en Hydrogenics. Daarnaast moet worden gezorgd voor de productie, de toevoer en het tanken van waterstof. In dit verband worden de bedrijven Shell Hydrogen (en de samenwerking ervan met UTC Fuel Cells) en Plug Power besproken.

III.1.

Hydrogenics – General Motors

Het Canadese bedrijf Hydrogenics wil de volledige energiemarkt veranderen. Hun motto luidt dan ook “Changing Power … Powering Change”. Op dit moment is hun voornaamste doelstelling de eerste winstmakende brandstofcelproducent te zijn. Tot op vandaag is dat nog niet gelukt. In 2004 maakte het bedrijf een verlies van 33,5 miljoen USD, tegenover een verlies van 22 miljoen USD in 2003. De inkomsten van 2004 bedragen 16,7 miljoen USD, dit is een daling met 37 procent tegenover 2003. Tegenover 2002 betekent dit een stijging van 5,7 procent. Het bedrijf heeft een marktkapitalisatie van 500 miljoen USD. (Hydrogenics Corporation, 2003; Hydrogenics Corporation, 2005b; Fusie Stuart en Hydrogenics …, 2004) In november 2004 werd het Canadese bedrijf Stuart Energy overgenomen door Hydrogenics. Dit gebeurde via een aandelenruil. Stuart heeft zich gespecialiseerd in de elektrolyse van water voor de productie van waterstof voor industriële toepassingen. De technologie hiervoor werd ontwikkeld door het Vlaamse bedrijf Vandenborre Technologies in Oevel. Vandenborre 20

Technologies werd in februari 2003 overgenomen door Stuart Energy. Hydrogenics daarentegen staat sterk in de brandstofcellen die op waterstof werken. Door de fusie kunnen synergieën tussen beide bedrijven gecreëerd worden en kan flink worden bespaard. General Motors, de belangrijkste aandeelhouder van Hydrogenics heeft nu nog een aandeel van tien procent in het fusiebedrijf. De Vlaming Hugo Vandenborre, die de grootste aandeelhouder van Stuart Energy was, heeft een aandeel van vijf procent in Hydrogenics. (Hydrogenics Corporation, 2005a; Waterstofbedrijven Hydrogenics en …, 2004) De producten van Hydrogenics kunnen onderverdeeld worden in twee categorieën. De eerste groep is die van de producten gerelateerd aan de brandstofcel. Hiervoor werkt Hydrogenics samen met OEMs (Original Equipment Manufacturer) zoals General Motors en John Deere3. Ten eerste is er de HyPM 10, een kleine en draagbare brandstofcel die een energie van 1 tot 10 kW kan opwekken. Deze kan gebruikt worden in zowel stationaire, draagbare als transporttoepassingen. Vervolgens is er de H2GO, een gamma van producten rond het produceren en tanken van waterstof. De productie van waterstof met de H2GO kan zowel via de elektrolyse van water als door reforming van aardgas (zie infra, blz. 32). Door de integratie van de brandstofcel en een systeem voor de productie van waterstof, wordt een regeneratief systeem gecreëerd. Deze systemen kunnen hun eigen waterstof produceren en opslaan en worden gebruikt als noodgenerator. Dit systeem werd ontwikkeld door Stuart Energy en maakt gebruik van de Vandenborre IMET technologie voor de elektrolyse van water. (Hydrogenics Corporation, 2003) De tweede categorie van producten is die van de testapparatuur voor brandstofcellen. Deze technologie wordt ondergebracht in de dochteronderneming Greenlight Power Technologies, die op 7 januari 2003 werd verworven. (Hydrogenics Corporation, 2003) De grootste aandeelhouder van Hydrogenics met een aandeel van tien procent, is General Motors. Dit is tevens de grootste autoconstructeur ter wereld. GM verdeelt ondermeer de merken Opel, Saab, Cadillac en Chevrolet. Reeds in 1964 begon GM met het O&O van een elektrisch aandrijfgeheel. Om de elektriciteit op te wekken werden onder andere de mogelijkheden van de brandstofcel onderzocht. De Electrovan, het eerste rijdende brandstofcelvoertuig, werd in 1966 voorgesteld. Dit prototype maakte gebruik van alkaline 3

John Deere is een Amerikaanse constructeur van land-, tuin- en bosbouwmachines en van constructiemachines.

21

brandstofcellen en had zowel opslagtanks voor waterstof als voor zuurstof aan boord. De brandstofcel was in staat een continue output van 32 kW en een piekvermogen van 160 kW te leveren. De Electrovan was het resultaat van de vroege interesse van GM voor de brandstofceltechnologie. Door dit prototype werden heel wat barrières van deze technologie blootgelegd. (General Motors, 2005; HOOGERS G., 2003c) Vanaf de jaren ‘90 deed GM onderzoek naar de PEM brandstofcel in combinatie met een methanol omvormer. In 1998 werd een Opel Zafira voorgesteld, die voorzien was van een aandrijfgeheel op basis van brandstofcellen. Met een vermogen van 50 kW kon een topsnelheid van 120 km/h worden gehaald. Met een volle tank methanol kon 480 km ver worden gereden. Ondertussen heeft GM het onderzoek naar een methanol omvormer opgegeven ten voordele van de benzine omvormer. GM is van oordeel dat een systeem met omvormer slechts zal voorkomen in een overgangsfase. Het zou dus niet optimaal zijn om eerst de tankinfrastructuur aan te passen aan voertuigen op methanol en diezelfde infrastructuur enkele jaren later opnieuw te veranderen volgens de wensen van de voertuigen op waterstof. (HOOGERS G., 2003c) In 2000 werd de HydroGen 1, die tevens afgeleid is van de Opel Zafira, voorgesteld. De brandstofcellen wekken een vermogen van 75 kW op, waarmee de wagen een topsnelheid van 135 km/h kan bereiken. Dit prototype werkt zonder brandstofomvormer, maar heeft een opslagtank voor vloeibare waterstof. Per tank kan 400 km ver worden gereden. Een jaar later werd de opvolger van de HydrogGen 1, de HydroGen 3, voorgesteld. De belangrijkste verbeteringen zijn een hoger vermogen van de brandstofcel (90 kW) en een hogere efficiëntie, met een lager verbruik als logisch gevolg. In datzelfde jaar werd de Chevrolet S-10 getoond. Dit is een pick-up truck met een benzineomvormer die de helft van de laadbak inpalmt. Bovendien levert de brandstofcel slechts 25 kW, die rechtstreeks in een batterij wordt opgeslagen. Vervolgens levert de batterij elektriciteit voor de elektromotor. (HOOGERS G., 2003c) GM liet met de prototypes AUTOnomy, Hy-wire en Sequel in respectievelijk 2002, 2003 en 2005 zien wat in de toekomst met de brandstofceltechnologie mogelijk is. Alle drie worden ze aangedreven door brandstofcellen. In de Hy-wire zit het volledige aandrijfgeheel, met onder andere de brandstofcellen, de opslagtanks met waterstof onder druk en de elektromotoren, weggestopt in een 28 cm dik chassis. Dit zorgt voor een maximale interieurruimte en een 22

grote flexibiliteit. Het chassis van de Sequel is geëvolueerd uit dat van de Hy-wire en werd in januari 2005 voorgesteld. De verantwoordelijke voor O&O van GM, Larry Burns, verklaarde dat deze wagen “not yet affordable, but doable” is. Vrij vertaald betekent dit dat de auto nog niet meteen betaalbaar is, maar in theorie wel klaar is om in productie te worden genomen. (General Motors, 2005)

III.2.

Ballard Power Systems – DaimlerChrysler – Ford

Het Canadese bedrijf Ballard wordt algemeen aanzien als de wereldleider in de technologie van PEMFCs. Ballard onderzoekt, ontwikkelt, produceert en verkoopt PEM brandstofcellen voor zowel draagbare, stationaire als transporttoepassingen. De missie van het bedrijf luidt: “We will develop fuel cell power as a practical alternative to internal combustion automotive engines through technology leadership”. Daarmee is meteen duidelijk wie ze als hun belangrijkste concurrent zien: de interne verbrandingsmotor. (HALL J. en KERR R., 2003; Ballard Power Systems, 2005a) Ballard werd in 1979 opgericht in Burnaby (nabij Vancouver in Canada) voor de ontwikkeling van hoge energie lithium batterijen. In 1983 begon Ballard met de ontwikkeling van de PEM brandstofcel. Onderzoekers van Ballard vervingen in 1986 het conventionele Nafion membraan van DuPont door een polymeer membraan van Dow Chemical dat minder elektrische weerstand heeft. Hierdoor verviervoudigde de elektriciteitsproductie van de brandstofcel en kwam de PEM brandstofceltechnologie een grote stap dichter bij volwassenheid.

Ballard

werd

door

deze

vondst

wereldleider

in

de

PEM

brandstofceltechnologie. Jammer genoeg waren er nog geen commerciële toepassingen voor de technologie en had Ballard niet het exclusieve gebruiksrecht over het polymeer membraan van Dow Chemical. Het duurde dus niet lang voor alle PEMFC producenten het membraan gebruikten. Ballard overleefde de jaren ‘80 door de premie die ze kregen van het Canadese leger voor het ontwikkelen van stille generatoren van 4 kW. In de jaren ‘90 konden ze dankzij de opkomst van het venture capital voldoende fondsen werven voor de verdere ontwikkeling van de PEMFC. (HALL J. en KERR R., 2003; Ballard Power Systems, 2004c) In 1998 richtte Ballard samen met DaimlerChrysler en Ford de Vehicular Fuel Cell Alliance op voor de ontwikkeling en de commercialisering van PEM brandstofcellen en 23

aandrijfgehelen op basis van brandstofcellen. De rol van Ballard in deze alliantie is het onderzoeken, ontwikkelen, commercialiseren, bouwen en verkopen van de brandstofcellen. Voor de integratie van de brandstofcel in een aandrijfgeheel voor voertuigen, werd door de drie partners de onderneming XCellsis opgericht. Op 8 juli 2004 werd een niet-bindend Memorandum of Understanding opgericht met DaimlerChrysler en Ford. Hierin wordt voorgesteld dat de twee strategische partners 50,1 procent van het kapitaal van Ballard Power Systems opkopen. Begin 2005 werd deze afspraak uitgevoerd. DaimlerChrysler en Ford kochten voor respectievelijk 30 miljoen en 25 miljoen Canadese dollar4 aan aandelen van Ballard Power Systems. DaimlerChrysler bezit nu 17,9 procent, tegenover 19,6 procent voor Ford. (Ballard Power Systems, 2005a) Ondertussen heeft Ballard Power Systems vestigingen in Canada (Burnaby), de Verenigde Staten (Lowell, Dearborn) en Duitsland (Nabern). Het bedrijf heeft een marktkapitalisatie van 880 miljoen USD. In 2004 tekende Ballard een nettoverlies van 175,4 miljoen USD op, tegenover 124,3 miljoen USD in 2003. (Ballard Power Systems, 2004a; Ballard Power Systems, 2004c; Fusie Stuart en Hydrogenics …, 2004) De producten van Ballard met betrekking tot transporttoepassingen kunnen onderverdeeld worden in brandstofcellen, brandstofcelmotoren en elektrische aandrijfgehelen. De huidige verkochte brandstofcel stack is de Mark 902. Dit is de vierde generatie van het brandstofcelplatform voor transportdoeleinden. Ze is ontworpen voor de integratie in personenvoertuigen. Per stack kan continu een maximale kracht van 85 kW worden ontwikkeld. Voor bussen kunnen bijvoorbeeld verschillende stacks samengevoegd worden tot maximaal 300 kW. (Ballard Power Systems, 2004b) De brandstofcelmotoren worden opgedeeld in twee categorieën, de light-duty en de heavyduty motoren. Ze worden ontwikkeld door Xcellsis, die hiervoor de technologie en de knowhow van zowel Ballard als van DaimlerChrysler en Ford combineert. De light-duty versie (Xcellsis HY-80) is ontworpen voor de directe en eenvoudige integratie in de vloer van om het even welk voertuig. Ze wordt onder andere gebruikt in de Mercedes-Benz F-Cell en levert maximaal 68 kW. De heavy-duty (Xcellsis HY-205) versie is ontworpen voor de 4

Omgerekend naar euro met de wisselkoersen van 13/04/2005 betekent dit respectievelijk 18,8 en 15,6 miljoen

euro.

24

integratie in grotere voertuigen zoals bussen of vrachtwagens en ontwikkelt een maximale kracht van 190 kW en een koppel van 1050 Nm. Het geheel kan aangesloten worden op de conventionele aandrijfmechanismen. De heavy-duty brandstofcelmotor wordt gebruikt in de Mercedes-Benz Citaro bussen van onder andere het CUTE project in Europa (zie infra, blz. 61). (Ballard Power Systems, 2004b) Tenslotte ontwikkelt Ballard ook elektrische motoren. Deze motoren kunnen geïntegreerd worden in de brandstofcelmotoren of gebruikt worden in batterijaangedreven voertuigen. (Ballard Power Systems, 2004b) De twee belangrijkste partners van Ballard Power Systems, DaimlerChrysler en Ford, worden hieronder achtereenvolgens besproken. We zullen beginnen met DaimlerChrysler, die naar eigen zeggen al meer dan 1 miljard euro heeft geïnvesteerd in de ontwikkeling van de brandstofceltechnologie. In een interview met het magazine Automotive Industries verduidelijkt Prof. Kohler 5 de strategie van DaimlerChrysler omtrent de brandstofceltechnologie. Volgens Kohler focust men op dit moment op de conventionele aandrijfsystemen. Parallel met de conventionele systemen zullen meer en meer alternatieve systemen op de markt worden gebracht. Bij de alternatieve aandrijfsystemen richt men de aandacht vooral op de brandstofceltechnologie, aangezien dit de beste optie is voor het bereiken van de zeroemission norm. (Diesel Advocate …, 2004) In TABEL 2 op blz. 26 wordt een overzicht gegeven van de prototypes (op basis van de brandstofceltechnologie) die DaimlerChrysler onder het merk Mercedes-Benz demonstreerde. Naast deze bouwden ze ondermeer de Jeep Commander 1 (1999), de Jeep Commander 2 (2000), de DMFC Go-cart (2001), de Chrysler Natrium (2001) en de Jeep Treo (2003). Het eerste prototype van Mercedes-Benz, de Necar 6 1, werd in 1994 voorgesteld en reed op waterstof. In realiteit was het niet meer dan een laboratorium op wielen, gebaseerd op een bestelwagen van Mercedes-Benz. Het brandstofcelsysteem vulde de volledige laadruimte en woog meer dan 800 kg. Twee jaar later werd de Necar 2 voorgesteld, gebaseerd op de

5

Prof. Kohler is Vice-president for Research Body and Powertrain en Chief Environmental Officer bij

DaimlerChrysler. Hij is lid van de High Level Group on Hydrogen and Fuel Cells Technologies van de Europese Commissie (zie supra, blz. 13). 6

Het acroniem Necar staat voor New Electric Car.

25

Mercedes-Benz V-klasse. De brandstofcellen namen minder plaats in en pasten daardoor onder de achterbank van de bestelwagen. In het verhoogde dak werden de opslagtanks van waterstof geplaatst. (HOOGERS G., 2003c) In de daaropvolgende modellen werden telkens verbeteringen aangebracht en nieuwe technologieën gedemonstreerd en getest. De Necar 3 en de Necar 5, die beiden gebaseerd zijn op de Mercedes A-klasse, maken gebruik van een brandstofomvormer in het voertuig zelf. Er wordt methanol getankt, die volgens de behoefte van de brandstofcel wordt omgezet in zuivere waterstof. De Necar 4, tevens gebaseerd op de Mercedes A-klasse, slaat zuivere waterstof aan boord op. Het model werd zowel gepresenteerd met een opslagtank met vloeibaar waterstof als met een opslagtank voor waterstof onder druk. In de versie met opslag van waterstof onder druk (350 bar), heeft de wagen een autonomie van 200 km, met vloeibare waterstof kan 450 km ver worden gereden. (HOOGERS G., 2003c) Naam

Jaar

Rijbereik

Topsnelheid

Vermogen

Brandstof

Necar 1

1994

130 km

90 km/h

50 kW

waterstof

Necar 2

1996

250 km

110 km/h

50 kW

waterstof

Nebus

1997

250 km

80 km/h

250 kW

waterstof

Necar 3

1997

400 km

120 km/h

50 kW

methanol

Necar 4

1999

450 km

145 km/h

55 kW

waterstof

Necar 5

2000

450 km

150 km/h

75 kW

methanol

Citaro

2002

200 km

80 km/h

200 kW

waterstof

A-klasse F-Cell

2002

150 km

140 km/h

85 kW

waterstof

B-klasse F-Cell

2005

400 km

-

100 kW

waterstof

TABEL 2: Overzicht van de eigenschappen van de prototypes van DaimlerChrysler (HOOGERS G., 2003c; Fuel Cell Vehicle … , 2004)

In 2002 werd de Mercedes A-klasse F-Cell gepresenteerd. Van dit voertuig werden al meer dan 60 exemplaren geproduceerd. Onder andere de bondskanselier van Duitsland, Gerhard Schröder, ontving in 2004 een Mercedes A-klasse F-Cell. Ondertussen werd op het salon van Genève de Mercedes B-klasse F-Cell voorgesteld. Deze wagen heeft een groter vermogen en een veel hoger rijbereik dan de A-klasse F-Cell. Wanneer we de Necar 1 vergelijken met de B-klasse F-Cell, blijkt duidelijk dat er in de periode tussen beide prototypes heel wat 26

progressie werd gemaakt. Zo werd de omvang van het brandstofcelsysteem sterk gereduceerd. Bovenstaande tabel illustreert daarnaast de verbeteringen op vlak van rijbereik en vermogen. (HOOGERS G., 2003c; DaimlerChrysler Unveils … , 2005) Ford is de tweede grootste autoconstructeur ter wereld. In Europa verkoopt het bedrijf de merken Ford, Mazda, Volvo, Jaguar, Land Rover en Aston Martin. Ford droomt ervan dat de brandstofceltechnologie eenzelfde revolutie zal teweegbrengen als de Ford Model T een eeuw geleden deed. In 1999 werd het eerste rijdende prototype, de Ford P2000, voorgesteld. Deze wagen bereikte een topsnelheid van 130 km/h en had een rijbereik van 160 km. Een jaar later toonde Ford de Focus FC5, die uitgerust was met een methanol omvormer. Deze onderzoekspiste werd echter afgesloten. Ford gelooft immers dat de directe opslag van waterstof in het voertuig de beste methode is, niet alleen omdat dit het voertuig eenvoudiger maakt, maar bovendien omdat een duurzame waterstofeconomie zuivere waterstof vereist. Ford wil bovendien een verbrandingsmotor met waterstof lanceren. De reden hiervoor is dat deze motoren goedkoper en vlugger te realiseren zijn dan brandstofcelauto’s. De verkoop van deze voertuigen kan de vraag naar waterstof op gang helpen. Op die manier kan een infrastructuur voor het tanken van waterstof uitgebouwd worden nog voor de brandstofcelauto technisch en economisch volgroeid is. (Fuel Cell Vehicle … , 2004; HOOGERS G., 2003c) In 2001 werd de Ford Focus FCV gepresenteerd. De topsnelheid en het rijbereik waren gelijkwaardig als de Ford P2000, maar het systeem nam vooral minder plaats in. In 2002 volgde de Ford Focus FCEV Hybrid, waarbij een batterij, indien nodig, extra energie levert. Met vier kg waterstof kan 320 km ver worden gereden. Van dit model werden 30 exemplaren geproduceerd, die dienen voor een demonstratieproject van het United States DOE. In 2010 wil Ford, net als DaimlerChrysler, op de particuliere markt een auto met brandstofcellen aanbieden. (Fuel Cell Vehicle … , 2004; HOOGERS G., 2003c)

III.3.

Toyota

Toyota is de grootste autoconstructeur van Japan en de derde grootste ter wereld. Het bedrijf is wereldleider op vlak van hybride voertuigen. Sinds 1992 voert Toyota onderzoek naar de PEM brandstofcel. In tegenstelling tot de hierboven besproken autoconstructeurs, besteden ze deze taak niet uit aan gespecialiseerde producenten van brandstofcellen. In 1999 ondertekende 27

Toyota een overeenkomst met General Motors voor de gezamenlijke ontwikkeling van voertuigen van de nieuwe generatie (dit wil zeggen hybride en elektrische voertuigen, met batterijen en/of brandstofcellen). In januari 2002 werden alle activiteiten met betrekking tot onderzoek, ontwikkeling en productie van brandstofcellen gecentraliseerd in het Fuel Cell System Development Center. Op dit ogenblik zet Toyota nog alles op de hybride voertuigen. Nochtans is Toyota ervan overtuigd dat waterstof de brandstof van de toekomst is. Het bedrijf verklaarde dat “de massaproductie van een door brandstofcellen aangedreven voertuig waarschijnlijk pas over 25 jaar mogelijk zal worden (Toyota: Volume fuel cell …, 2005)”. (HOOGERS G., 2003c; Leading the way …, 2003) Toyota staat erop dat hun brandstofcelvoertuigen FCHVs worden genoemd, ofwel Fuel Cell Hybrid Vehicles. Kenmerkend voor alle brandstofcelvoertuigen van Toyota, is dat ze uitgerust zijn met een systeem voor regeneratie van energie bij het remmen. De energie wordt opgeslagen in batterijen en kan bij het accelereren terug worden afgegeven. Dit systeem wordt ook toegepast in de Toyota Prius, die een benzinemotor combineert met batterijen. Het eerste prototype met brandstofcellen, de Toyota RAV4 FC EV, werd in 1996 voorgesteld. Een jaar later volgde een versie met een methanol omvormer. In 2001 werden de FCHV-3, de FCHV-4 en de FCHV-5 voorgesteld. Deze drie autotypes zijn gebaseerd op een SUV en bieden plaats aan vijf personen. De auto’s worden aangedreven door een elektrische motor met een vermogen van 80 kW en een koppel van 260 Nm. De PEM brandstofcel bestaat uit 400 cellen en kan een output van 90 kW leveren. In de FCHV-3 en de FCHV-4 worden de brandstofcellen rechtstreeks aangedreven met waterstof, die respectievelijk in een metaalhydride (zie infra, blz. 42) en onder druk (zie infra, blz. 40) wordt opgeslagen. De FCHV-4 rijdt onder andere bij een aantal Japanse ministeries rond. De FCHV-5 is uitgerust met een benzine omvormer. In deze omvormer wordt de benzine omgezet naar zuivere waterstof. Deze waterstof wordt daarna aan de brandstofcellen geleverd. (HOOGERS G., 2003c; Leading the way …, 2003)

III.4.

Honda

Honda is de tweede grootste autoconstructeur van Japan (na Toyota) en ’s werelds grootste producent van motorfietsen. Vanaf 1989 doet Honda onderzoek naar het potentieel van de brandstofceltechnologie. In de beginjaren ontwikkelde Honda zelf brandstofcellen. De laatste 28

jaren bestelden ze voor een aantal projecten brandstofcellen bij Ballard Power Systems (zie supra, blz. 23). (HOOGERS G., 2003c; Leading the way …, 2003) Honda’s eerste brandstofcelvoertuig, de FCX-V1, werd gepresenteerd in november 1999. Voor de aandrijving werd gebruik gemaakt van een brandstofcel van Ballard, die 60 kW levert. Waterstof werd opgeslagen in een metaalhydride opslagtank, goed voor een rijbereik van 175 km. In datzelfde jaar werd een versie met methanol omvormer voorgesteld. In 2000 liet Honda de FCX-V3 zien. De brandstofcel, die door Honda zelf was ontwikkeld, leverde een vermogen van 70 kW. Met een volle tank van waterstof (onder druk) kon 175 km ver worden gereden. Een jaar later werd de FCX-V4 voorgesteld, die vooral pronkt met een compact aandrijfgeheel. De brandstofcel, met een vermogen van 78 kW, is afkomstig van Ballard. Doordat waterstof bij een hogere druk wordt opgeslagen, stijgt het rijbereik tot 300 km. (HOOGERS G., 2003c)

III.5.

UTC Fuel Cells – Shell Hydrogen

Shell Hydrogen werd in 1999 opgericht door de Royal Dutch/Shell-groep om de opportuniteit met betrekking tot waterstof en brandstofceltechnologie te onderzoeken en te ontwikkelen. De verwachting van Shell Hydrogen is dat de eerste marktpenetratie van de brandstofcelauto’s tussen 2015 en 2025 zal plaatsvinden, te beginnen in de Verenigde Staten, Europa en Japan. Dit willen ze bereiken door het opzetten van ‘vuurtorens’. Hiermee bedoelen ze dat er al kleine netwerken van waterstof tankstations worden uitgebouwd voordat de waterstofauto’s in de showroom staan. De redenering hierachter is dat wanneer er nergens waterstof verkrijgbaar is, er ook niemand een dergelijke auto zal kopen. (HOOGERS G., 2003c; Lighthouses for Hydrogen, 2004) UTC (United Technologies Company, het vroegere International Fuel Cells) staat vooral bekend om zijn stationaire toepassingen van de brandstofceltechnologie. Bovendien is UTC de bevoorrechte leverancier van de brandstofcellen en van de randapparatuur voor de ruimteprogramma’s van de Verenigde Staten. In maart 2000 presenteerde UTC zijn eerste brandstofcel voor toepassing in voertuigen. Het was op dat moment één van de krachtigste brandstofcellen die op de markt beschikbaar waren. De brandstofcel genereerde 75 kW bij een energiedichtheid van 1,5 kW/l. UTC heeft contracten met een aantal constructeurs van 29

voertuigen voor het leveren van brandstofcellen, onder andere met BMW, Nissan, Renault, Hyundai, Thor Industries en Irisbus (een joint venture van Renault en Iveco). De laatste twee zijn constructeurs van autobussen. (HOOGERS G., 2003c) In mei 2001 richtte Shell Hydrogen samen met UTC een joint venture op voor het ontwikkelen, bouwen en verkopen van brandstofomvormers. Onder de naam HydrogenSource wordt

naar

toepassingen

gezocht

voor

brandstofomvormers

in

auto’s,

bussen,

noodgeneratoren, tankstations, enz. Op 11 juli 2004 werd bekendgemaakt dat beide partners beslist hebben de joint venture HydrogenSource op te doeken. De reden hiervoor is dat de markt evolueert in de richting van het aan boord opslaan van waterstof in plaats van het aan boord omvormen van andere brandstoffen tot waterstof. (HOOGERS G., 2003c; HydrogenSource, 2004)

III.6.

Plug Power

Plug Power noemt zichzelf een leverancier van schone en betrouwbare energieoplossingen. Het bedrijf benadrukt de vijf P’s. Twee daarvan zitten in de naam Plug Power, de drie andere staan voor People, Planet en Profit. Het is Plug Power, net zoals de andere brandstofcelproducenten, nog niet gelukt om winst te maken. In 2003 boekte Plug Power een verlies van 53 miljoen USD, tegenover 47,2 miljoen in 2002. Plug Power heeft een marktkapitalisatie van 472 miljoen USD. (Plug Power, 2003; Fusie Stuart en Hydrogenics …, 2004) Plug Power ontwikkelt geen brandstofcellen voor de toepassing in voertuigen. Wel heeft Plug Power een strategische alliantie met Honda voor het gezamenlijk ontwikkelen van de Home Energy Station. Dit is een systeem voor het thuis aanmaken en tanken van waterstof. Het Home Energy Station levert tevens elektriciteit en warmte voor de woning. Dankzij dit systeem kan het gebrek aan infrastructuur voor het tanken van waterstof gedeeltelijk worden opgelost (zie infra, blz. 38). Voor korte ritten kan dan thuis waterstof getankt worden. Voor ritten die de autonomie van het voertuig overschrijden blijven tankstations voor waterstof nodig. Over de andere producten van Plug Power zullen we hier niet uitweiden, aangezien deze betrekking hebben op de markt van stationaire energievoorziening. (Plug Power, 2003)

30

III.7.

Besluit

Zowel de constructeurs van voertuigen, de ontwikkelaars van brandstofcellen als de leveranciers van waterstof werken samen om de marktintroductie van de brandstofceltechnologie te bespoedigen. De meeste autoconstructeurs verkiezen hiervoor samen te werken met een gespecialiseerde ontwikkelaar van brandstofcellen. General Motors, ’s werelds grootste autoconstructeur, werkt samen met Hydrogenics. DaimlerChrysler en Ford Motor Company bezitten de meerderheid van de aandelen van Ballard Power Systems, de wereldleider op vlak van PEM brandstofcellen. Toyota en Honda hebben ervoor gekozen zelf brandstofcellen te ontwikkelen. Honda gokt op beide kampen en bestelt eveneens brandstofcellen bij Ballard Power Systems. Autoconstructeurs proberen de brandstofceltechnologie bij het grote publiek bekend te maken door regelmatig prototypes te demonstreren. Tevens worden pilootprojecten opgezet om de technologie uitgebreid te testen en te verbeteren. Wanneer de cijfers en de kenmerken van de huidige brandstofcelauto’s worden vergeleken, valt op dat vooral het rijbereik van de voertuigen tegenvalt. De opslag van waterstof aan boord van het voertuig blijft een heikel punt. UTC Fuel Cells en Shell Hydrogen hebben een poging ondernomen om via de joint venture HydrogenSource dit probleem op te lossen. Dit trachtten ze te doen door het ontwikkelen van brandstofomvormers. De markt blijkt echter te evolueren naar het rechtstreeks opslaan van waterstof in het voertuig, waardoor HydrogenSource werd opgedoekt. Naast het opslagprobleem heeft de brandstofcelauto te kampen met een tankprobleem. Honda werkt in dit verband samen met Plug Power voor het ontwikkelen van een systeem om thuis waterstof te kunnen tanken. Naast de opslag en het tanken van waterstof, heeft de brandstofceltechnologie met een aantal andere technische barrières af te rekenen. Deze worden uitgebreid besproken in het volgende hoofdstuk.

31

HOOFDSTUK IV:

BARRIÈRES BRANDSTOFCELTECHNOLOGIE

De voorsprong die de interne verbrandingsmotor na meer dan een eeuw onderzoek en ontwikkeling heeft opgebouwd is vrij groot. Het is nu aan de brandstofceltechnologie om zich op korte tijd te ontwikkelen en haar superioriteit tegenover de interne verbrandingsmotor te bewijzen. Er zijn echter nog enkele moeilijke hindernissen met betrekking tot de technologie en de infrastructuur te overwinnen. Een aantal hiervan worden hieronder besproken. Dit is evenwel geen exhaustieve lijst. Eerst en vooral is er waterstof nodig. Aangezien deze stof alleen in gebonden toestand in de natuur voorkomt, moet waterstof geproduceerd worden. Bovendien eisen de lage temperatuurbrandstofcellen dat de waterstof vrij is van onzuiverheden. Waterstof moet daarna worden opgeslagen en naar tankstations worden getransporteerd. De waterstof wordt getankt en opgeslagen in het voertuig zelf. Uiteindelijk wordt de waterstof als brandstof gebruikt in de brandstofcel, die nog te kampen heeft met een te hoge kostprijs en een gebrekkige duurzaamheid. Daarnaast kan de elektrolyt bevriezen bij temperaturen onder het nulpunt. In dit hele proces moet ook de nodige aandacht geschonken worden aan veiligheid, daar waterstof is een licht ontvlambare brandstof.

IV.1.

Productie van waterstof

Waterstof is het meest voorkomende element in het universum. Vijfenzeventig procent van alle massa van het universum en negentig procent van alle moleculen bestaan uit waterstof. Dit alles maakt van waterstof een ideale brandstof, ware het niet dat waterstof nergens ter wereld in vrije vorm aanwezig is. Daarom moeten andere energiebronnen worden aangesproken om waterstof te produceren. Op dit ogenblik wordt waterstof al op industriële schaal geproduceerd, maar nog niet gebruikt als energiedrager. Dit komt doordat waterstof duurder is dan conventionele brandstoffen. Jeremy Bentham, hoofd van Shell Hydrogen (zie supra, blz. 29), merkt op dat waterstof nu ongeveer 15 USD per kilogram kost. Aan deze prijs wordt het moeilijk om te concurreren met benzine of diesel. Een kilogram waterstof komt qua energie-inhoud overeen met een gallon (3,8 liter) benzine. In Amerika kost een gallon benzine 32

slechts 2 USD, in België omgerekend ongeveer 6 USD. (HOOGERS G., 2003b; Lighthouses for Hydrogen, 2004) Waterstof wordt op dit moment reeds gebruikt in olieraffinaderijen en voor de productie van ammoniak. De hoeveelheden die nu worden geproduceerd, zijn echter niet te vergelijken met wat er nodig is om alle voertuigen op waterstof te laten rijden. Daarom wordt tegelijkertijd geëxperimenteerd met systemen die methanol of benzine omzetten in waterstof (en CO2) aan boord van het voertuig. Deze systemen verbruiken weliswaar veel energie, waardoor het rendement van het aandrijfgeheel daalt. Bovendien hebben ze een substantiële omvang en gewicht. (HOOGERS G., 2003b) Waterstof kan gehaald worden uit verschillende grondstoffen. Bovendien zijn hiervoor verschillende methoden beschikbaar. De elektrolyse van water is de meest ideale manier. Hierbij wordt water (H2O) onder invloed van de elektrische stroom gesplitst in waterstofgas (H2) en zuurstofgas (O2). Dit proces is technisch al goed ontwikkeld maar verbruikt wel veel elektriciteit. Het zou bovendien absurd zijn om de waterstof, die gebruikt wordt voor nietvervuilende toepassingen, te produceren met elektriciteit opgewekt door de conventionele en vervuilende elektriciteitscentrales. Indien men waterstof als brandstof wil gebruiken om het broeikaseffect af te remmen, zal men de elektriciteit moeten halen uit hernieuwbare bronnen. (NORBECK J.M. et al., 1996; H2 Hour, 2004) Een tweede mogelijkheid is het extraheren van waterstof uit fossiele brandstoffen als aardgas en aardolie. Dit is op dit moment de meest gebruikte techniek voor waterstofproductie en zal op korte en middellange termijn ongetwijfeld het meest aangewezen zijn. De extractie kan via verschillende methoden gebeuren. Een eerste methode is steam reformation (SR), die op dit moment de hoogste graad van efficiëntie haalt en dus het vaakst wordt toegepast. Bij deze werkwijze worden methanol en stoom in een reactor gebracht, waarbij methanol onder invloed van een katalysator (koper en zinkoxide) splitst in waterstofgas en CO2: CH3OH (g) + H20 (g) → CO2 + 3 H2 Deze reactie geeft de theoretische output weer. In de praktijk komen nog heel wat andere reacties voor. Zo wordt ook CO gevormd, die er met de water-gas-shift-reactie kan worden uitgehaald: CO + H2O (g) → CO2 + H2 33

De SR-methode kan eveneens worden toegepast op methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas. Opdat deze methode koolstofneutraal zou zijn, moet de CO2 worden opgevangen en opgeslagen, wat het kostenplaatje van deze werkwijze doet stijgen. (HOOGERS G., 2003b) Daarnaast kan waterstof geëxtraheerd worden uit fossiele brandstoffen via partial oxidation (POX). POX vereist wel dat de nodige lucht gezuiverd is van alle stikstof. De reactie voor methaan verloopt als volgt: CH4 + ½ O2 → CO + 2 H2 Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor zwaardere koolwaterstoffen (zoals benzine) of bij aanwezigheid van zuiver zuurstofgas. Met behulp van de water-gas-shift-reactie wordt de CO omgezet in CO2 en H2. (NORBECK J.M. et al., 1996; HOOGERS G., 2003b) Vervolgens kan waterstof uit biomassa worden gehaald. NORBECK J.M. et al. definieert biomassa als “alle planten- en dierenmateriaal, uitgezonderd fossiele brandstoffen, waaruit energie kan worden gewonnen (NORBECK J.M. et al., 1996, blz. 170)”. Waterstof kan direct of indirect worden aangemaakt. Indirect gebeurt dit door eerst methaan, methanol of andere KWS uit de biomassa te produceren en die daarna om te zetten in waterstof via de hierboven behandelde methoden. De energie kan ofwel via vertering in anaërobe fase, ofwel via de thermochemische behandeling worden geëxtraheerd. Bij de eerste methode wordt de biomassa in een anaërobe ruimte gebracht en door bacteriën afgebroken. Hierbij wordt eerst waterstofgas aangemaakt, die vervolgens wordt omgevormd tot methaan. In de directe methode wordt waterstofgas eruit gefilterd voordat het tot methaan wordt omgezet. Bij de thermochemische behandeling, ook wel de vergassing van de biomassa in superkritiek water genoemd, reageert de biomassa met stoom (bij een druk van 300 bar en een temperatuur van 400 tot 700°C) en zuurstof, wat leidt tot de vorming van waterstof, CO, CO2, water en methaan, samen met kleine hoeveelheden onzuiverheden. Uit dit geheel moet de waterstof worden gezuiverd. Eventueel kan het methaan worden gerecupereerd en via de hierboven vermelde methoden tot waterstof worden omgezet. (NORBECK J.M. et al., 1996; H2 Hour, 2004) Ongetwijfeld de meest futuristische van alle methoden is de productie van waterstof door bacteriën of schimmels. Tijdens het proces van fotosynthese kan het enzym hydrogenase de vorming van waterstof stimuleren. De hoeveelheden die hiermee geproduceerd worden, zijn 34

op dit moment nog veel te beperkt om de methode te integreren in concrete toepassingen. (NORBECK J.M. et al., 1996; H2 Hour, 2004)

IV.2.

Zuiverheid van waterstof

Door onzuiverheden in de brandstof kunnen de prestaties van de brandstofcel aangetast worden. Vooral de AFC, PEMFC en in mindere mate de PAFC zijn daar gevoelig voor. Algemeen kan worden aangenomen dat de tolerantie voor onzuiverheden in de brandstof stijgt bij een hogere werkingstemperatuur. In voertuigen worden vooral PEMFCs gebruikt, die bij lagere temperaturen werken. Dit maakt dat de waterstof voor voertuigtoepassingen een hoge graad van zuiverheid moet bezitten. (HOOGERS G., 2003a; NARUSAWA K. et al., 2004) Zowel wanneer waterstof aan boord van het voertuig gevormd wordt uit methanol of benzine als bij directe toevoer van waterstof worden heel wat onzuiverheden aan de brandstofcel toegevoerd. Bij omvorming uit methanol worden vooral onzuiverheden van CO, formaldehyde en mierenzuur (HCOOH) gevonden. Wanneer waterstof uit benzine gehaald wordt, bevat ze onder andere concentraties van zwaveldioxide, waterstofsulfide en benzeen. Bij directe toevoer van waterstof worden ook onzuiverheden aangetroffen, vooral omdat het onbetaalbaar is om alle verontreinigingen te verwijderen. Waterstof bevat nog concentraties van CO, methaan, waterstofsulfide, zwaveldioxide en benzeen. (NARUSAWA K. et al., 2004) Bepaalde onzuiverheden in de waterstof kunnen het MEA van de brandstofcel aantasten. Vergiftiging van de brandstofcel door CO gaat vrij snel. Dit kan worden tegengegaan door Ru (ruthenium) aan de katalysator op de elektrode toe te voegen. Ruthenium vermindert bovendien de vergiftiging door benzeen. Toevoeging van Ru veroorzaakt echter een daling van de elektriciteitsproductie bij vergiftiging door formaldehyde, mierenzuur, waterstofsulfide, zwaveldioxide en benzeen. Waterstofsulfide en zwaveldioxide komen in niet te verwaarlozen hoeveelheden voor. Vergiftiging door deze stoffen gaat traag, maar is onomkeerbaar. (NARUSAWA K. et al., 2004) Na de water-gas-shift-reactie (zie supra, blz. 32) bevat het waterstofgas nog 1 à 2 procent CO. De PEMFC vereist dat het toegevoerde waterstofgas verder ontdaan wordt van koolmonoxide.

35

Dit kan op verschillende manieren gebeuren. Een eerste methode is de CO laten reageren met waterstof ter vorming van methaan: CO + 3 H2 → CH4 + H2O (g) Hoewel deze methode het CO verwijdert, is het in de praktijk niet aangewezen ze te gebruiken. Een CO-molecule wordt verwijderd ten koste van drie waterstofmoleculen. Wanneer de concentratie van CO 1 à 2 procent bedraagt, verliest men al snel een substantieel deel van de geproduceerde waterstof. Bovendien moet CO competitie voeren tegen CO2, dat meestal in veel grotere hoeveelheden aanwezig is. CO2 reageert namelijk ook met waterstof, meer bepaald met vier waterstofmoleculen tot de vorming van methaan en waterdamp. Deze techniek brengt dus een te sterke verlaging van de hoeveelheid waterstof met zich mee. (HOOGERS G., 2003b) Een tweede en betere techniek voor het verwijderen van de CO is preferential oxidation. Hierbij wordt lucht of zuurstof door het onzuivere waterstofgas geblazen. De zuurstof reageert onder invloed van een katalysator (bijvoorbeeld platina, goud of ruthenium) met CO tot de vorming van CO2: CO + ½ O2 → CO2 (g) Deze methode is weliswaar veel complexer, doordat nauwkeurig afgemeten hoeveelheden lucht door de waterstof moeten worden gestuurd. Wanneer er teveel lucht aanwezig is, reageert de zuurstof met de waterstof. Dit leidt tot de vorming van waterdamp, wat natuurlijk ongewenst is. (HOOGERS G., 2003b) Om waterstof met een zeer hoge graad van zuiverheid te bekomen, kan gebruik worden gemaakt van palladium membranen. De onzuivere waterstof wordt door het permeabele membraan gestuurd. Het palladium membraan laat enkel waterstofmoleculen door en alle onzuiverheden worden tegengehouden. De techniek van de palladium membranen heeft echter te kampen met een aantal belangrijke problemen. De druk waarmee de onzuivere waterstof door het membraan gestuwd moet worden, is vrij groot. Bovendien is palladium een dure grondstof. Daarbovenop komt dat de levensduur van het membraan vrij klein is, doordat het membraan het CO adsorbeert. Dit alles maakt dat deze methode vrij duur is en enkel economisch verantwoord is wanneer waterstof met een zeer hoge graad van zuiverheid vereist is. (HOOGERS G., 2003b)

36

IV.3.

Transport waterstof

Nadat waterstof geproduceerd en gezuiverd is, moet ze worden opgeslagen en getransporteerd naar bijvoorbeeld de tankstations voor brandstofcelauto’s. De verschillende manieren om waterstof op te slaan (als gas onder druk, in vloeibare toestand, in een hydride en geadsorbeerd in koolstof), worden verder in dit hoofdstuk behandeld (zie infra, blz. 40). Vrachtwagens, treinen, boten en pijpleidingen zijn mogelijke transportmiddelen. Wat de goedkoopste transportmethode is, hangt af van de hoeveelheid te transporteren waterstof en de afstand over dewelke de waterstof getransporteerd moet worden. (AMOS W.A., 1998) Waterstof in gasvormige toestand kan worden getransporteerd via hogedrukcilinders, via buizenopleggers of via pijpleidingen. Bij hogedrukcilinders stijgt de kostprijs van de cilinder progressief bij een hogere druk. De opslagcapaciteit van de hogedrukcilinder stijgt echter degressief bij stijgende druk. Er moet dus een afweging worden gemaakt tussen ofwel meer opslagcapaciteit (waardoor je minder cilinders nodig hebt), ofwel een lagere kostprijs per cilinder. Buizenopleggers bestaan uit een aantal stalen cilinders die samengebonden zijn in een beschermend kader. Hierbij gelden dezelfde afwegingen als bij hogedrukcilinders. Zowel hogedrukcilinders als buizenopleggers kunnen op een vrachtwagen, op een trein en op een boot worden geplaatst. Pijpleidingen met een diameter van 25 tot 30 cm worden op dit ogenblik al gebruikt voor het transport van waterstof in geïndustrialiseerde gebieden. Ervaring hiervoor werd opgedaan bij het transport van aardgas via pijpleidingen. De langste pijpleiding ter wereld loopt over een traject van 400 km van het noorden van Frankrijk naar België. Het grootste deel van de transportkost bestaat hier uit de installatiekost van de pijpleiding en de bijhorende compressoren. (AMOS W.A., 1998) Transport van vloeibare waterstof bij extreem lage temperaturen gebeurt in dubbelwandige opslagtanks. Dit is nodig om de verdamping van de waterstof te beperken. Deze opslagtanks kunnen zowel op vrachtwagens, treinen als boten worden geplaatst. Bij vrachtwagens en treinen houdt men rekening met een verdamping van 0,3 tot 0,6 procent per dag. Doordat in boten grotere hoeveelheden worden vervoerd, bedraagt het verlies van waterstof 0,2 tot 0,4 37

procent per dag. Verscheidene boten zijn al ontworpen om grote hoeveelheden waterstof over grote afstanden te transporteren. De concrete realisatie bleef tot nu toe uit. Vooral Canada is geïnteresseerd in het transport van grote hoeveelheden waterstof met boten. Het land heeft namelijk een grote voorraad aan hydro-elektrische energie, die aangewend kan worden voor de productie van waterstof. Vloeibare waterstof kan ook vervoerd worden in een geïsoleerde pijpleiding. In deze leiding zou men een supergeleider kunnen aanbrengen om elektriciteit te transporteren over grote afstanden zonder de stroomverliezen waarmee men met de huidige kabels te kampen heeft. Er zijn helaas nog veel problemen te overwinnen opdat deze methode bruikbaar zou zijn. Zo moet voorzien worden in een speciale isolatie over de volledige pijpleiding. Er treden tevens verliezen op bij het oppompen en herkoelen van de vloeibare waterstof. (AMOS W.A., 1998) Het transporteren van waterstof kan eveneens met behulp van hydriden of door adsorptie in koolstof. Hierbij wordt de volledige opslagtank op een vrachtwagen, trein of boot geplaatst. De grootste kostenfactor bij deze werkwijzen is de kapitaalkost van de opslagtank. (AMOS W.A., 1998) Voor het transporteren van grote hoeveelheden waterstof over lange afstanden zijn pijpleidingen de goedkoopste methode. Uitzondering hierop is het vervoer over de oceaan. In deze toepassing is transport goedkoper via vloeibare waterstof in boten. Transport via pijpleidingen heeft het voordeel van een lage operationele kost. Daartegenover staat een hoge investeringskost. Bij het transport van vloeibare waterstof is het net omgekeerd: een hoge operationele kost, maar wel een minder hoge investeringskost. Het break-even-punt tussen deze twee methoden zal afhangen van de afstand en de hoeveelheid te transporteren waterstof. Voor kleinere hoeveelheden en over korte afstanden zijn het transport onder druk, in hydriden of geadsorbeerd in koolstof, de meest aangewezen oplossingen. Afhankelijk van de aanwezige infrastructuur gebeurt dit best per vrachtwagen, per trein of met de boot. (AMOS W.A., 1998)

IV.4.

Waterstof tanken

De waterstof kan nu wel bij het tankstation worden gebracht, maar er is nog geen infrastructuur voor het tanken van waterstof. Het tanken van een gas als waterstof is immers niet compatibel met de huidige infrastructuur voor het tanken van vloeibare brandstoffen. Ook 38

zijn er nog maar een tiental waterstoftankstations over de hele wereld. Zolang er geen duidelijkheid is over hoe waterstof opgeslagen zal worden, is het moeilijk om de geschikte tankstations te bouwen. Zo is er voor het tanken van vloeibare waterstof een andere infrastructuur nodig dan voor het tanken van waterstof onder druk (zie infra, blz. 40). Bovendien kan het tekort aan tankstations voor waterstof vergeleken worden met het kip-ofei-probleem. Zolang er geen waterstoftankstations zijn, zullen autoconstructeurs niet starten met de massaproductie van brandstofcelvoertuigen. Aan de andere kant zullen investeerders geen waterstoftankstations bouwen, zolang er geen brandstofcelvoertuigen beschikbaar zijn. (Fill It Up With Hydrogen, 2004; BIRDSONG A., 2005) De huidige tankstations worden vooral gebouwd in het kader van een demonstratieprogramma, zoals het CUTE-project in tien Europese hoofdsteden (zie infra, blz. 61). In november 2004 werd in Berlijn het grootste tankstation voor brandstofcelvoertuigen ter wereld geopend. In het tankstation van Aral7 kan zowel gasvormige als vloeibare waterstof verkregen worden. Bovendien kan er ook gewoon benzine en diesel worden getankt. Voorlopig zal de capaciteit van 100 auto’s onderbenut zijn, aangezien er slechts 16 auto’s en een stadsbus in Berlijn rondrijden die waterstof als brandstof gebruiken. (Fill It Up With Hydrogen, 2004) Arnold Schwarzenegger, gouverneur van California, kondigde in oktober 2004 aan om ’s werelds eerste hydrogen highway te creëren. Een hydrogen highway is een autosnelweg die voldoende voorzien is van waterstoftankstations zodat een voertuig met waterstof als brandstof de volledige afstand kan overbruggen. Tegen 2010 wil men een California Hydrogen Highway Network opstarten. Op dit moment hinkt California nog achterop ten opzichte van de rest van Amerika op vlak van luchtkwaliteit. Meer dan 90 procent van de inwoners van California ademen lucht in die niet voldoet aan de Amerikaanse standaarden. De plannen voor het netwerk van waterstoftankstations voorzien in een eerste fase 150 tot 200 tankstations. Dit komt overeen met één tankstation elke 20 mijl (32,2 km) langs alle 21 autosnelwegen binnen California. Hiervoor is een investeringsbedrag nodig die verwacht wordt tussen 74 en 200 miljoen USD te liggen. Het grootste deel van dit bedrag wordt door de private sector bijeengebracht. (BIRDSONG A., 2005)

7

Aral behoort tot de BP-groep en is de nummer 1 in Duitsland met 2700 tankstations.

39

IV.5.

Opslag van waterstof in het voertuig

Het ontwerpen van een goed opslagsysteem voor waterstof is een belangrijke uitdaging in de ontwikkeling van de brandstofcelaangedreven voertuigen. Nochtans bezit een kilogram waterstof 2,8 keer meer energie dan hetzelfde gewicht aan benzine. Als je echter dezelfde volumes van beide brandstoffen vergelijkt, bezit vloeibare waterstof slechts een 27 procent van de energie die benzine bezit. Dit heeft gevolgen voor de opslag ervan. Zo weegt de opslagtank van waterstof gewoonlijk 100 keer meer dan het waterstofgas dat erin wordt bewaard. Waterstof kan op verschillende wijzen worden opgeslagen, namelijk in gasvormige toestand onder druk, in vloeibare toestand bij zeer lage temperaturen, als gas gebonden aan een metaal (hydride), als chemische hydride of door adsorptie in koolstof. (PEAVEY M.A., 2003)

IV.5.1.

Gasvormige opslag in druktanks

Bij deze methode wordt waterstof in gasvormige toestand en onder druk opgeslagen. Hiervoor zijn sterke materialen nodig die tegelijkertijd licht zijn. Traditioneel worden hiervoor aluminium cilinders gebruikt die versterkt zijn met glasvezel, kevlar of koolstofvezel, of plastic cilinders die met vezels zijn verstevigd. Hoe hoger de druk, hoe meer waterstof opgeslagen kan worden, maar ook hoe sterker de gebruikte materialen moeten zijn. Bij hogere drukken is tevens meer energie nodig om de waterstof in de opslagtank te krijgen. Bovendien kan de veiligheid in het gedrang komen bij hogere drukken. Er moet dus een afweging gemaakt worden tussen opslagcapaciteit en kosten/veiligheid. (NORBECK J.M. et al., 1996) Dit lijkt de gemakkelijkste methode om waterstofgas op te slaan. Er moet echter bij zeer hoge drukken worden gewerkt om voldoende rijbereik voor het voertuig te creëren, doordat de energiedichtheid te laag is. In de bussen van DaimlerChrysler die voor het CUTE-project in tien Europese steden rondrijden (zie infra, blz. 61), wordt gebruik gemaakt van gasvormige opslag van waterstof in druktanks. Op het dak van de Mercedes-Benz Citaro liggen negen opslagtanks die de waterstof bij een druk van 350 bar opslaan. Hiermee bereikt de twaalf meter lange bus een actieradius van ongeveer 200 kilometer. (Mercedes-Benz, 2005; ZHOU L., 2005)

40

IV.5.2.

Vloeibare opslag

Vloeibare opslag van waterstof gebeurt bij een temperatuur lager dan -253°C. Als gevolg hiervan moeten de opslagtanks zeer goed geïsoleerd zijn, bijvoorbeeld door een dubbele wand met een vacuüm ertussen. Zelfs met een dergelijke extreme isolatie gaat 1 à 2 procent van de brandstof per dag verloren door verdamping. Bovendien zijn er problemen met de toevoer van de zeer koude waterstof aan de motor. Metalen kunnen bij dergelijke lage temperaturen gemakkelijk breken, waardoor een speciale pomp moet worden gebruikt voor de toevoer van waterstof aan de brandstofcel. We merken vervolgens op dat bij het afkoelen van waterstof tot een temperatuur lager dan -253°C, een substantiële hoeveelheid energie moet worden gebruikt. Deze hoeveelheid is vergelijkbaar met 30 tot 40 procent van de energie die de waterstof zelf bezit. Echter, door het vloeibaar opslaan van waterstof, wordt een vrij hoge volumedichtheid bereikt. Van alle huidige technologieën voor het opslaan van waterstof, bereikt men met de vloeibare opslag de hoogste volumedichtheid. (NORBECK J.M. et al., 1996; PEAVEY M.A., 2003) Doordat er wordt gewerkt bij extreem lage temperaturen, kan zich nog een bijkomend probleem voordoen met betrekking tot de veiligheid. Bij contact met oppervlakken waar vloeibare waterstof aanwezig is, kan de menselijke huid vervriezen en zelfs scheuren. Alle buizen en oppervlakken met een extreem lage temperatuur moeten dus geïsoleerd en afgeschermd worden. Ook bij het tanken van vloeibare waterstof moeten extra veiligheidsvoorzieningen worden getroffen. (NORBECK J.M. et al., 1996) De belangrijkste beperkingen van deze methode zijn de verliezen van waterstof door verdamping en het energieverslindende proces van het afkoelen en vloeibaar maken van de waterstof. Daardoor wordt het gebruik van deze methode beperkt tot toepassingen waar de kost van waterstof niet belangrijk is en waarbij de waterstof op korte tijd wordt verbruikt. Een voorbeeld hiervan vinden we in de lucht- en ruimevaart. Ook in het studiemodel van General Motors, de Opel Zafira HydroGen 3, wordt gebruik gemaakt van vloeibare opslag van waterstof. De opslagtank heeft een volume van 68 liter en kan 4,6 kg waterstof opslaan. Hiermee wordt een rijbereik van 400 kilometer bereikt. (ZHOU L., 2005; General Motors, 2005)

41

IV.5.3.

Hydriden

Er bestaan verschillende soorten hydriden waarin waterstof opgeslagen kan worden. Er wordt nog continu gezocht naar nieuwe soorten hydriden met een grotere opslagcapaciteit. Hydride is de verzamelnaam voor stoffen die een vaste verbinding vormen met waterstof. Bij een bepaalde combinatie van temperatuur en druk wordt de waterstof opgeslagen of vrijgegeven. De belangrijkste hydriden zijn metaalhydriden en chemische hydriden. We bespreken deze hieronder.

a) Metaalhydriden Waterstof in gasvormige toestand kan worden opgeslagen in zogenaamde metaalhydriden. Het waterstofatoom wordt hierbij omringd door metaalatomen. Metaalhydriden worden gewoonlijk in korrelige of poedervorm gemaakt, zodat het contactoppervlak en de daarmee gepaard gaande opslagcapaciteit groter is. Bij hoge druk en lage temperatuur absorbeert de metaalhydride waterstof. Bij lage druk en hoge temperatuur wordt de waterstof terug afgegeven. Op die manier kan heel gecontroleerd waterstof opgeslagen en terug afgegeven worden. Via warmtewisselaars wordt de temperatuur en dus ook de opslag van waterstof in de metaalhydridetank geregeld. (PEAVEY M.A., 2003) Een aantal kenmerken van opslagsystemen op basis van metaalhydriden zijn gewenst bij voertuigtoepassingen. Een metaalhydridesysteem is gemakkelijk in die zin dat er noch hoge drukken, noch ultralage temperaturen nodig zijn. Bovendien is dit systeem zeer veilig. Wanneer bij een crash de opslagtank scheurt, zal de waterstof niet lekken. Indien de temperatuur in de tank stijgt (bijvoorbeeld als het voertuig in brand staat), zal de tank de waterstof geleidelijk vrijgeven. Het explosiegevaar wordt dus tot een minimum herleid. (NORBECK J.M. et al., 1996) Het grootste nadeel van de metaalhydriden is dat ze zwaar zijn in verhouding tot de hoeveelheid opgeslagen waterstof. Een metaalhydride kan slechts voor twee procent van zijn gewicht waterstof opnemen. Dit zware gewicht verlaagt de prestaties van de voertuigen. Bovendien kan de capaciteit van de metaalhydride aangetast worden door onzuiverheden in de waterstof. Vervuiling van zuurstof en water zijn de voornaamste oorzaken van de capaciteitsvermindering. Het water kan gemakkelijk verwijderd worden door de opslagtank 42

op te warmen. Een derde nadeel is dat de metaalhydride de neiging heeft om uit te zetten wanneer waterstof toegevoegd wordt. (NORBECK J.M. et al., 1996) De metaalhydriden kunnen in twee categorieën worden ingedeeld. De eerste groep is die van de lage temperatuur hydriden, waarbij de meest belovende ferrotitanium (FeTi-H2) is. Bij de lage temperatuur hydriden kan waterstof vrijgegeven worden met behulp van de warmte die de brandstofcel creëert. Nadeel is dat deze systemen zwaar zijn doordat ze procentueel weinig waterstof kunnen opnemen. Zo kan FeTi slechts 1,87 procent van zijn gewicht aan waterstof opslaan. De tweede groep is die van de hoge temperatuur hydriden, die een hogere temperatuur vereisen voor het afgeven van de waterstof. Deze zijn lichter dan de lage temperatuur hydriden, maar er is hiervoor meer warmte nodig dan de brandstofcel uitstoot. De belangrijkste hoge temperatuur hydride is Mg2Ni-H4, die 3,71 procent van zijn gewicht aan waterstof kan opslaan. In de praktijk blijken complexe metaalhydriden de beste oplossing. Deze maken gebruik van een combinatie van de twee. De lage temperatuur hydriden kunnen bij lagere temperaturen hun waterstof afgeven, terwijl de hoge temperatuur hydriden het gewicht en volume van de opslagtank beperken. (NORBECK J.M. et al., 1996)

b) Chemische hydriden Met de elementen uit de kolommen I, II en III van de tabel van Mendeljev zoals Li (lithium), Mg (magnesium), B (boor) en Al (aluminium) kunnen een groot aantal complexe hydriden worden gevormd. In theorie kunnen hiermee grote opslagcapaciteiten worden bereikt. Onder andere Mg2FeH6 en Al(BH4)3 bereiken in theorie een volume dichtheid van 150 kg/m³. Een grote gewichtdichtheid wordt gehaald met LiBH4 en Al(BH4)3, respectievelijk 18 wt% en 17 wt%. Een aantal onderzoekers beschouwen de complexe hydriden als een veelbelovende oplossing voor het opslagprobleem omdat er nog maar weinig onderzoek naar werd gedaan. Ook zijn deze chemische hydriden vloeibaar van vorm, of kunnen ze vloeibaar worden gemaakt, zodat ze gemakkelijk oppompbaar zijn. Er is echter nog een lange weg af te leggen, daar het verschil tussen de theoretische en de werkelijke opslagcapaciteit nog aanzienlijk is. (ZHOU L., 2005; Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005) Waarschijnlijk de meest ontwikkelde hydride is NaBH4. Wanneer NaBH4 in contact komt met water en een katalysator, leidt dit tot de vorming van waterstof en een onschadelijk, onbrandbaar bijproduct:

43

NaBH4 + 2 H2O + katalysator → 4H2 + NaBO2 Het waterstofgas dat hiermee wordt geproduceerd heeft een hoge graad van zuiverheid. Wanneer NaBH4 en de katalysator gescheiden worden, stopt de reactie. Belangrijk is dat het NaBO2 wordt opgevangen in een aparte afvaltank. Daarna wordt het naar een centraal verzamelpunt gebracht en gerecycleerd tot NaBH4. Dit systeem werd in 2001 voorgesteld in een prototype van DaimlerChrysler, namelijk de Chrysler Natrium. Deze wagen haalt een rijbereik van 480 km. (Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)

IV.5.4.

Adsorptie door koolstof

Een eerste manier is opslag in koolstof nanostructuren. Waterstof kan geadsorbeerd worden in de holtes van de koolstof. Na de eerste tests van deze methode verklaarden de onderzoekers dat de koolstof nanostructuren tot 70 procent van hun gewicht aan waterstof konden opslaan. Deze veelbelovende resultaten brachten een golf van onderzoeken teweeg. Helaas bleken deze het gevolg van fouten in de tests. De resultaten die General Motors en Sony haalden met deze opslagmethode zijn interessant, aangezien zij potentiële kopers zijn. GM veklaarde er dat alle resultaten die wijzen op een opname van waterstof hoger dan 1 wt% enkel het gevolg kunnen zijn van fouten in het experiment. Sony haalde zelfs niet meer dan 0,3 wt%. Tenzij er belangrijke doorbraken gerealiseerd worden, is deze methode onvoldoende competitief. (ZHOU L., 2005; HOOGERS G., 2003b) De opnamecapaciteit is evenredig met de specifieke oppervlakte van de koolstof. Op dat vlak kunnen koolstof nanostructuren niet concurreren met supergeactiveerde koolstof. Echter, om de opslagcapaciteit van supergeactiveerde koolstof te verhogen, zijn lage temperaturen nodig. De vereist temperaturen zijn weliswaar minder laag dan bij vloeibare opslag. Zo kan bijvoorbeeld vloeibare stikstof 8 worden gebruikt als koelmiddel. Bijkomend voordeel tegenover de opslag van vloeibare waterstof is dat bij opwarming niet de waterstof zelf verdampt, maar enkel het koelmiddel stikstof. Men verliest met andere woorden geen brandstof en bovendien is stikstof niet licht ontvlambaar. Bij een temperatuur van -196°C en een druk van 60 bar kan 1,08 kilogram waterstof per 10 kilogram supergeactiveerde koolstof worden opgeslagen. Materialen gebaseerd op dit type koolstof hebben een groot potentieel

8

Het kookpunt van stikstof ligt bij -195,8°C. Stikstof smelt bij -209,9°C.

44

voor de opslag van waterstof in de toekomst. Deze technieken behoeven echter nog veel onderzoek om aan de markteisen te voldoen. Overigens is op dit ogenblik nog geen enkele producent in staat om voldoende hoeveelheden van dit type koolstof te produceren. (ZHOU L., 2005)

IV.5.5.

Samenvatting en evaluatie

Het U.S. Deparment of Energy heeft een aantal doelstellingen geformuleerd met betrekking tot de opslag van waterstof (zie FIGUUR 3 blz. 45 en FIGUUR 4 blz. 46)9. Zo zou tegen 2010 de volumedichtheid van de opslag van waterstof 1,5 kWh/liter moeten bedragen. Op dit ogenblik voldoet enkel de vloeibare opslag hieraan. Aan de norm voor de energiedichtheid, die op 2 kWh/kg werd vastgelegd, voldoen zowel de vloeibare opslag als de gasvormige opslag in druktanks bij een druk van 350 bar. Aan de normen voor 2015 beantwoordt nog geen enkele methode. Ook qua kostprijs per kWh haalt geen enkele techniek de norm van 2010, laat staan die van 2015. (Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)

FIGUUR 3: Vergelijking van de volumedichtheid en energiedichtheid van de verschillende opslagmethoden (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)

9

Deze figuren bevatten geen gegevens over de opslag van waterstof via adsorptie door koolstof.

45

FIGUUR 4: Vergelijking kostprijs in $ per kWh voor de verschillende opslagmethoden. (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure …, 2005)

IV.6.

Kostprijs

De hoge kostprijs van de huidige brandstofcellen is te wijten aan het feit dat ze nog niet in serieproductie worden gemaakt. De belangrijkste kostenfactor die niet zal verlaagd worden door serieproductie is platina. Er wordt platina gebruikt in de elektrolyt van de PEMFC en de DMFC. Platina is enorm duur, waardoor de prijs van deze brandstofcellen ook meteen in de hoogte wordt gejaagd. Veel onderzoek is gericht op het reduceren van de nodige hoeveelheid platina per brandstofcel. Op dit ogenblik kan er met 0,6 tot 0,8 mg platina per cm² MEA een energiedichtheid van 0,7 W per cm² MEA worden bereikt. Voor een brandstofcel van 85 kW komt dit neer op 72 tot 94 gram benodigd platina. (GASTEIGER H.A. et al., 2005) Hoewel de huidige hoeveelheden platina per brandstofcel al veel verminderd is tegenover de brandstofcellen van begin jaren ’90, is nog altijd een vijfvoudige reductie vereist. Dit is niet alleen noodzakelijk om de kostprijs van de brandstofcel te drukken, maar ook omdat de

46

toevoer van platina beperkt is. In het jaar 2000 werd 155.000 kg platina geproduceerd 10 . Zonder productieverhoging en met de huidige technologie kunnen slechts anderhalf tot twee miljoen brandstofcelauto’s per jaar worden geproduceerd. De productie van platina in de mijnen kan wel nog worden verhoogd. Bovendien kan er een aanzienlijke hoeveelheid platina gerecycleerd worden uit de katalysatoren van afgedankte voertuigen. (HILLIARD H.E., 2000; GASTEIGER H.A. et al., 2005) De vermindering van het benodigde platina kan op twee manieren worden bereikt. Eerst en vooral kan men proberen de energiedichtheid te verhogen tot 0,8 of 0,9 W per cm² MEA. Hierdoor is minder cm² MEA (en dus ook minder platina) nodig voor dezelfde output. De tweede methode, waarbij men de huidige energiedichtheid behoudt, is het benodigde platina per cm² MEA verminderen tot 0,15 mg. Om dit te bereiken is nog veel onderzoek vereist. (GASTEIGER H.A. et al., 2005)

IV.7.

Duurzaamheid

Doordat een brandstofcel vrijwel geen bewegende onderdelen bevat, zou men kunnen verwachten dat ze zeer duurzaam is. Echter de katalysatoren en de elektrolyten zijn onderhevig aan degradatie, vooral door onzuiverheden in de waterstof en in de lucht. Bovendien worden brandstofcellen in laboratoria ontwikkeld. Een goede werking in het laboratorium betekent niet noodzakelijk dat de brandstofcel dezelfde prestaties in de praktijk kan neerzetten. Op dit ogenblik gaat veel aandacht uit naar het testen van de duurzaamheid van de brandstofcellen bij omstandigheden uit het dagelijkse gebruik. Een voorbeeld hiervan is een project van DaimlerChrysler (zie supra, blz. 23). Tot in 2007 zullen verscheidene klanten van deze autoconstructeur in vier regio’s in de wereld deelnemen aan deze duurzaamheidtest. 60 voertuigen van het type Mercedes A-klasse F-Cell worden hiervoor ingezet. Volgens het plan moet elke auto 16.000 km per jaar afleggen. (DaimlerChrysler, 2005)

10

De belangrijkste producenten van platina zijn Zuid-Afrika en Rusland met een productie van respectievelijk

115.000 en 30.000 kg platina in het jaar 2000. Kleinere producenten zijn Canada en de Verenigde Staten.

47

IV.8.

Bevriezing elektrolyt

De elektrolyt van de PEMFC en de DMFC steunt op de aanwezigheid van water voor de geleiding van de elektronen. Bij temperaturen onder het vriespunt bevriest het water, maar niettemin moet de brandstofcel kunnen worden opgestart. Ballard Power Systems (zie supra, blz. 23) heeft al een brandstofcel gedemonstreerd die herhaaldelijk kan worden opgestart bij een temperatuur van 20°C onder het vriespunt. Bij de test wordt de brandstofcel en de randapparatuur afgekoeld tot -20°C. Vervolgens wordt de brandstofcel opgestart, op volle kracht gebracht en vervolgens terug afgezet. Daarna wordt gewacht tot de brandstofcel terug de omgevingstemperatuur van -20°C heeft bereikt. Deze cyclus wordt vijftig keer herhaald. Bij -20°C heeft de huidige brandstofcel van Ballard 100 seconden nodig om 50 procent van zijn potentiële kracht te ontwikkelen. In het jaar 2010 wil Ballard een opstarttijd bereiken van 30 seconden bij een temperatuur van 30°C onder nul. (Ballard Power Systems, 2005b; Ballard Power Systems, 2005c)

IV.9.

Veiligheid

Waterstof is licht ontvlambaar en dus potentieel gevaarlijk. Rond de term ‘waterstof’ hangt daarom meestal een negatieve connotatie. Dit werd mede in de hand gewerkt door onder andere de ramp met de Hindenburg11 en de waterstofbom. Nochtans is deze slechte reputatie niet terecht. Ook brandstoffen zoals benzine of aardgas zijn licht ontvlambaar en dus potentieel gevaarlijk. Bovendien is er absoluut geen relatie tussen de waterstofbom en de waterstof voor transportdoeleinden. Niettemin houdt waterstof een aantal gevaren in. (NORBECK J.M. et al., 1996) Een eerste kenmerk van waterstof dat voor gevaar kan zorgen, is dat het gas onzichtbaar en reukloos is. Daardoor is een lekkende tank moeilijk op te merken. Door het toevoegen van kleine hoeveelheden kleurstoffen of geurstoffen kan dit worden opgelost. (NORBECK J.M. et al., 1996)

11

De Hindenburg was een met waterstof gevulde zeppelin. In 1937 maakte het luchtschip zijn eerste vlucht van

Frankfurt naar New York. Bij zijn aankomst vatte de Hindenburg vuur. Hierbij kwamen 36 mensen om, 62 mensen overleefden de ramp.

48

Het grootste gevaar is dat de waterstof vuur vat of ontploft. Opdat dit zich zou voordoen, moet er voldoende waterstof, zuurstof en een minimale hoeveelheid ontstekingsenergie (0,02 mJ) aanwezig zijn. Deze minimale ontstekingsenergie is vrij laag, waardoor moet worden opgelet voor vonken afkomstig van elektrische apparaten. Bovendien heeft waterstof een hoge verbrandingssnelheid. We merken bovendien op dat een waterstofbrand niet veel warmte produceert en in het daglicht niet zichtbaar is. Waterstof heeft wel als voordeel dat het zeer snel verspreidt en opstijgt in de lucht. In open ruimtes zal een lek niet snel voor brand of ontploffing zorgen omdat de diffusie van waterstof snel genoeg verloopt. In een gesloten ruimte daarentegen verspreidt waterstof zich over de volledige ruimte. Wanneer genoeg waterstof lekt en er een minimale ontstekingsenergie aanwezig is, kan dit tot verbranding (of in het ergste geval tot ontploffing) leiden. Dit kan voor problemen zorgen in ondergrondse parkeergarages wanneer deze niet voldoende verlucht worden. (NORBECK J.M. et al., 1996) Waterstof op zich is niet giftig en bij de verbranding met zuurstof komen geen giftige stoffen vrij. Bij verbranding met andere gassen kan waterstof verstikkend werken. Ook hier kan een ventilatiesysteem in gesloten ruimtes als oplossing dienen. (NORBECK J.M. et al., 1996)

IV.10.

Besluit

De brandstofcel moet een aantal hindernissen overwinnen opdat ze rijp zou worden voor marktintroductie. Deze hindernissen bevinden zich zowel op het gebied van de brandstoftechnologie zelf, als op vlak van de infrastructuur. In de eerste plaats moet waterstof geproduceerd worden, daar deze stof niet ongebonden aanwezig is in de vrije natuur. Hiervoor bestaan verschillende methoden, afhankelijk van de grondstof die men gebruikt. Mogelijkheden zijn: elektrolyse (uit water), steam reforming en partial oxidation (beiden uit fossiele brandstoffen), vertering in anaërobe fase en thermochemische behandeling (beiden uit biomassa). Vervolgens moet waterstof ontdaan worden van bepaalde onzuiverheden als CO, waterstofsulfide, mierenzuur en zwaveldioxide. Het transport van waterstof kan geschieden in gasvormige toestand (in hogedrukcilinders, in buizenopleggers of in pijpleidingen), in vloeibare toestand (in dubbelwandige opslagtanks of geïsoleerde pijpleidingen), in hydriden en door adsorptie in koolstof. Voor grote 49

hoeveelheden zijn pijpleidingen de aangewezen methode, voor kleinere hoeveelheden is transport onder druk, in hydriden en door adsorptie in koolstof voordeliger. Het is nu reeds mogelijk waterstof tot bij een tankstation te brengen, maar het aantal waterstoftankstations is nog veel te klein om aan de behoeften van de consument te voldoen. Zolang er geen waterstoftankstations zijn, zullen autoconstructeurs niet starten met de massaproductie van brandstofcelvoertuigen. Aan de andere kant zullen investeerders geen waterstoftankstations bouwen, zolang er geen brandstofcelvoertuigen beschikbaar zijn. Bovenstaande hindernissen hebben vooral te maken met een tekort aan de nodige infrastructuur. Op technologisch vlak zijn tevens een aantal barrières te overwinnen. Vooreerst is er de gebrekkige opslagcapaciteit voor waterstof. Waterstof kan worden opgeslagen in gasvormige toestand (in druktanks), in vloeibare toestand, in een hydride (metaalhydride of chemische hydride) of door adsorptie door koolstof. Deze methoden hebben te kampen met een lage volumedichtheid, een lage energiedichtheid of een hoge kostprijs. Bovendien is de kostprijs van de brandstofcel zelf vrij hoog, voornamelijk door het gebruik van platina. De duurzaamheid van de brandstofceltechnologie is overigens onvoldoende getest in dagelijkse omstandigheden. Op dit moment wordt op dit vlak een inhaalbeweging gemaakt, met talrijke demonstratie- en pilootprojecten. Verder steunt de PEM brandstofcel op water voor de geleiding van elektriciteit. Bij temperaturen onder het vriespunt heeft de brandstofcel het moeilijk om snel op te starten. Ten slotte moet gewezen worden op het gevaar dat schuilt in het werken met waterstof. Dit mag weliswaar niet worden overdreven, aangezien waterstof qua veiligheid op vele vlakken beter scoort dan andere brandstoffen. Een andere hindernis voor de brandstofceltechnologie wordt gevat in de term carbon lock-in. Dit kan gezien worden als een institutionele barrière en wordt verder besproken in het volgende hoofdstuk.

50

HOOFDSTUK V: CARBON LOCK-IN

In de vorige hoofdstukken werden al heel wat problemen genoemd waar de brandstofceltechnologie mee te kampen heeft. Daarbovenop komt nog het feit dat de fossiele brandstoffen volledig in onze maatschappij zijn ingewerkt, wat het voor alternatieve brandstoffen moeilijk maakt om door te breken. Dit wordt de carbon lock-in genoemd. In een eerste punt wordt de betekenis van de term carbon lock-in afgebakend. Daarna worden de verschillende oorzaken van de carbon lock-in nader besproken. In een volgend punt wordt de term Techno-Institutional Complex toegelicht. Vervolgens worden een aantal theorieën en ideeën over het opheffen van de carbon lock-in uiteengezet. Dit hoofdstuk wordt afgesloten met twee praktische voorbeelden waarin de theorie die in dit hoofdstuk werd uiteengezet, wordt toegepast.

V.1.

Omschrijving (carbon) lock-in

De energiesystemen die gebaseerd zijn op fossiele brandstoffen brengen veel negatieve externe effecten met zich mee, zoals de uitstoot van broeikasgassen en andere schadelijke stoffen. Ondanks deze effecten kennen de fossiele brandstoffen een groot succes en het gebruik ervan is wereldwijd verspreid. Nochtans zijn er alternatieve technologieën beschikbaar die het milieu minder beschadigen. Alleen hebben die laatste het moeilijk om de energiesystemen op basis van fossiele brandstoffen te vervangen. Vanuit deze vaststelling is de term carbon lock-in ontstaan. (UNRUH G., 2000) De economie en de maatschappij in zijn geheel zijn volledig afhankelijk van fossiele brandstoffen. Algemeen betekent lock-in dat alternatieve technologieën door de dominante technologieën verhinderd worden om tot de markt door te dringen omdat de dominante technologie is ingeburgerd. In het geval van de carbon lock-in kan men stellen dat de ontploffingsmotor op benzine en diesel teveel is ingewerkt in onze maatschappij, waardoor alternatieven het zeer moeilijk hebben om zich te ontwikkelen. Het concept van carbon lockin helpt bij het begrijpen van de macro-economische barrières die de diffusie van milieuvriendelijke technologieën bemoeilijken. (UNRUH G., 2000) 51

V.2.

Oorzaken carbon lock-in

De verschillende redenen voor het ontstaan van de carbon lock-in worden onderverdeeld in vijf categorieën, namelijk technologische, organisatorische, industriële, sociale en institutionele oorzaken.

V.2.1. Technologische oorzaken Technologie moet hier gezien worden als kennis vervat in onderling afhankelijke systemen en subsystemen. Belangrijk hierbij is het niveau van analyse. Zo kan men het systeem van transport met de auto zien als een geheel dat bestaat uit verschillende onderling afhankelijke technologische systemen zoals de auto, wegen, verkeerslichten, tankstations, … Maar men kan de auto zelf eveneens zien als een verzameling van afhankelijke technologische systemen zoals de motor, de ophanging, de remmen, enz. (UNRUH G., 2000) Volgens de zuivere economische theorie met perfecte markten en perfecte informatie, zou een nieuwe en superieure technologie vrij snel de huidige dominante technologie vervangen. In de praktijk is echter gebleken dat dit niet altijd zo is. Strategie, timing en historische omstandigheden bepalen mee welke technologie de nieuwe standaard wordt. Op die manier worden soms inferieure technologieën dominant in de maatschappij. In het begin van de 20ste eeuw woedde er een hevige competitie tussen verschillende aandrijvingen ter vervanging van het paard en kar. Mogelijkheden waren de aandrijvingen met stoom of elektriciteit en de interne verbrandingsmotor (internal combustion engine of ICE). De ICE werd in het begin gezien als de slechtste kandidaat, ondermeer omdat die motor luidruchtig, vervuilend en ingewikkeld was. Toch werd de ICE de dominante design doordat benzine toen zeer goedkoop was. Deze lock-in van de ICE zorgde ervoor dat de producenten van stoom- en elektrische aandrijvingen uit de markt werden verdreven. Er ontstond een oligopolie en de overblijvende fabrikanten spitsten zich toe op procesinnovatie in plaats van productinnovatie. Ondertussen zijn we honderd jaar verder en is de ICE nog altijd de dominante design. (UNRUH G., 2000)

52

V.2.2. Organisatorische oorzaken Hier kan op het voorbeeld van de ICE verder worden gebouwd. Wanneer men de organisatie van een autoconstructeur bekijkt, valt op dat de projecten voor de ontwikkeling van nieuwe motoren opgedeeld worden naar de onderdelen van de ICE, bijvoorbeeld de ontsteking, brandstoftoevoer, enz. Doordat de ICE niet in zijn geheel wordt ontwikkeld, maar enkel aparte onderdelen, kan de dominante design niet in vraag worden gesteld. De dominante design zit vast in de organisatorische structuur. (UNRUH G., 2000) Bedrijven ontwikkelen en verfijnen continu de dominante design (zie infra, blz. 72). Hierdoor ontstaat een proces van het incrementeel opbouwen van knowhow. Ze richten zich dan ook liever op het verder uitbouwen van de huidige kennis van zaken dan op het ontwikkelen van alternatieven die hun huidige kennis teniet zou doen. Dit wordt nog versterkt doordat populaire managementtechnieken zoals integrale kwaliteitszorg en kaizen de nadruk leggen op het continue verbeteren. Bovendien wordt bij het toewijzen van de budgetten de voorkeur gegeven aan projecten voor kostenreductie of kwaliteitsverbetering. (HALL J. en KERR R., 2003; UNRUH G., 2000)

V.2.3. Industriële oorzaken Het ontwikkelen van een auto of de aandrijving van een auto steunt op een complex netwerk van relaties tussen de autoconstructeur en leveranciers van technologieën en grondstoffen. De verschillende industrieën ontplooien zich naast elkaar, maar ze zijn wel complementair en afhankelijk van elkaar. Hierdoor kunnen economies of scope ontstaan, waarbij verschillende industrieën profiteren van het onderling uitwisselen van knowhow of van het gemeenschappelijk gebruiken van grondstoffen. Deze effecten kunnen voor een langdurige lock-in zorgen als de invoering van een nieuwe technologie gecoördineerde veranderingen vereist tussen verscheidene industrieën. Ontwikkelaars hebben er alle vertrouwen in dat hun innovatie de nieuwe dominante design wordt en dat tevens de nodige investeringen in ondersteunende netwerken zullen volgen. Soms kan het echter te riskant zijn om de marktintroductie te financieren omdat de investeringen irreversibel zijn. Dezelfde onzekerheid verhindert de ondersteunende industrieën om mee te stappen in het investeringsproject. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005; UNRUH G., 2000) 53

Door de vorming van een complex netwerk van technologieën en industrieën groeit de nood aan afspraken en standaarden. Door het introduceren van standaarden daalt de onzekerheid betreffende de nieuwe technologieën. Investeringen worden hierdoor aangemoedigd. Standaarden kunnen door private organisaties, zoals ISO (International Standards Organization), of door de overheid worden bepaald. Nieuwe technologieën vereisen soms het aanpassen of afschaffen van bepaalde standaarden. Dit vraagt echter enige tijd en, vooral, voldoende vertrouwen in de nieuwe technologie waardoor de lock-in van de huidige dominante technologie wordt verstevigd. (UNRUH G., 2000) De manier waarop bedrijven zich financieren kan eveneens de lock-in van de dominante design versterken. Het kapitaal voor nieuwe investeringen wordt vooral gehaald uit de interne cashflow of uit de gecumuleerde winsten. Producenten van de dominante design maken veel winst en zullen hiermee hun knowhow van de dominante design verdiepen. Dit creëert een lock-in in de bestaande technologieën. Bovendien kunnen financiële instellingen dit effect nog versterken wanneer ze verkiezen risicovrij te beleggen. Aangezien bedrijven die alternatieve technologieën ontwikkelen en vervaardigen zich nog moeten bewijzen, is het voor hen moeilijk en duur om een lening te verkrijgen. (UNRUH G., 2000)

V.2.4. Sociale oorzaken Een belangrijke sociale oorzaak van lock-in is dat consumenten afkerig staan tegenover veranderingen. In een democratie, waar de overheid verkozen is door het volk (de consumenten), wil de overheid handelen naar de wensen van het volk. Hierdoor zal ze slechts kleine en incrementele veranderingen (zie infra, blz. 72) doorvoeren. Het doorvoeren van grote, radicale veranderingen, die nodig zijn voor het opheffen van de carbon lock-in, durft de overheid niet doorvoeren. Hierdoor blijft de huidige dominante design ‘locked-in’. (UNRUH G., 2000) Bovendien wordt de auto tegenwoordig als meer aanzien dan alleen maar een transportmiddel. Grote en krachtige auto’s stralen een status van rijkdom uit. Een nieuwe technologie wordt dan ook altijd beoordeeld op basis van de karakteristieken van de huidige dominante technologie. Slechts enkele consumenten zullen aanvaarden dat hun nieuwe auto minder

54

vermogen heeft, in ruil voor meer milieuvriendelijkheid. Zo werd een systeem van Volkswagen, dat de motor van de auto aflegt tijdens het stilstaan of vertragen, totaal niet geaccepteerd door de consument. Nochtans kon men via dit systeem twintig tot dertig procent brandstof besparen. Consumenten vreesden echter dat de auto niet meer zou herstarten, wat hen in schaamte zou brengen. (HALL J. en KERR R., 2003)

V.2.5. Institutionele oorzaken Vorige oorzaken bevonden zich op het niveau van de consument, het bedrijf of de industrie. In dit punt worden de barrières besproken die door instituten worden gecreëerd. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt naar private en publieke instanties. Private instanties zijn onder andere de vakbonden, de automobielclubs en de media. Publieke instituten zijn enerzijds de overheid zelf en anderzijds organisaties die ingericht zijn door de overheid. (UNRUH G., 2000)

a) Private organisaties De private organisaties ontwikkelen zich naast de industrie, maar hebben wel een belangrijke invloed op de evolutie en lock-in van de dominante design. Gebruikers en professionals van een ontwikkelende technologie ontdekken hun gemeenschappelijke noden en belangen en verenigen zich in belangengroepen. Volgens UNRUH G. creëren deze organisaties lock-in door “coalition building, voluntary association and the emergence of societal norms and customs (UNRUH G., 2000, blz. 823)”. Daarnaast bezitten ze vaak ook politieke macht door via lobbywerk de belangen van het technologische systeem te verdedigen. (UNRUH G., 2000) Bovenstaande bevindingen kunnen geïllustreerd worden aan de hand van een toepasselijk voorbeeld, namelijk de opkomst van de auto(mobiel). Verschillende organisaties ontwikkelden zich samen met de auto-industrie. Zo ontstond er een nood aan gespecialiseerde arbeidskrachten voor de reparatie van auto’s. Dit leidde tot het oprichten van technische scholen. Ook nieuwe academische disciplines werden opgezet voor het uitbreiden van de knowhow rond de dominante design. Op dezelfde manier werden vakbonden en industriële organisaties opgericht ter bescherming van de eisen van respectievelijk de werknemers en de auto-industrie in zijn geheel. (UNRUH G., 2000)

55

Ook journalisten kunnen een belangrijke invloed hebben op de lock-in of op het onsnappen aan de lock-in. Zij bepalen voor een deel de verwachtingen, de voorkeur en de houding van de consumenten tegenover een opkomende dominante design. (UNRUH G., 2000) Het oliebedrijf ExxonMobil probeert van deze organisaties op een dubieuze manier gebruikt te maken om verdeeldheid te zaaien betreffende de klimaatverandering. In de periode van 2000 tot 2003 betaalde ExxonMobil een 40-tal denktanks, mediakanalen en consumenten- en mensenrechtenorganisaties

voor

het

verspreiden

van

kritiek

over

de

voorspelde

klimaatverandering. In totaal werd hiervoor een bedrag van acht miljoen USD uitgetrokken. Via deze weg probeert ExxonMobil de carbon lock-in te versterken en de eigen machtspositie te vrijwaren. (MOONEY C., 2005)

b) Publieke organisaties De lock-in die werd gecreëerd door de hiervoor aangehaalde oorzaken kan nog worden versterkt door het ingrijpen van overheidsorganisaties of door de wetgeving. Twee belangrijke redenen kunnen hiervoor worden aangehaald. Als eerste wordt gesteld dat de overheid boven de markt staat. Met andere woorden: ze bepaalt de regels die in de markt gelden. Bijvoorbeeld, tijdens de ontwikkeling van nieuwe technologieën kan de overheid via haar beleid een voorkeur voor een bepaalde technologie laat blijken. Hierdoor kan ze de onzekerheid met betrekking tot deze technologie op de markt wegnemen, waardoor deze wordt bevoordeeld. Dit kan leiden tot een lock-in van deze technologie. Een tweede reden is dat overheidsinstellingen de neiging hebben om een beleid, eenmaal geïnstalleerd, voor een langere tijd aan te houden. Voorbeelden van lock-in door private organisaties zijn monopolies die van overheidswege vastgelegd zijn en de door de staat gesponsorde standaarden en technologieën. (UNRUH G., 2000)

V.3.

Techno-Institutional Complex (TIC)

De term Techno-Institutional Complex of TIC wordt ingevoerd omdat sommige ingewikkelde technologische systemen, zoals de infrastructuur voor autotransport (met auto’s, wegen, tankstations, verkeersregels, enz), beter begrepen kunnen worden als één geheel. Ze worden gezien als een complex systeem van technologieën die zijn verstrengeld in verschillende

56

takken van de maatschappij. Tijdens de ontwikkeling van een nuttige technologie, kan een TIC een belangrijke rol spelen in het vergemakkelijken van de diffusie (zie infra, blz. 78) ervan. Eenmaal een TIC ontwikkeld is, laat ze zich zeer moeilijk vervangen door alternatieve technologieën, zelfs wanneer de alternatieven grote voordelen vertonen ten opzichte van de heersende TIC. Andere gebruikte termen voor een TIC zijn technologiecluster en technoeconomisch paradigma. (UNRUH G., 2000; SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)

V.4.

Opheffen carbon lock-in

Dit onderdeel wordt in drie delen opgesplitst. In een eerste deel worden de verschillende niveaus beschreven waarop een beleidsaanpassing kan worden doorgevoerd. Het tweede deel beschrijft een aantal concrete voorstellen tot aanpassing van het beleid die moeten leiden tot het opheffen van de carbon lock-in. Vervolgens wordt de weerstand tegen veranderen van de publieke opinie en de gevolgen daarvan op het beleid beschreven. In een laatste punt wordt verteld welke aanpassingen van de industrie worden verwacht.

V.4.1. Niveau van beleidsaanpassing Hoe langer gewacht wordt met de introductie van milieuvriendelijke alternatieven voor de verbrandingsmotor, des te groter de klimaatverandering zal zijn. Het zo snel mogelijk introduceren van deze nieuwe technologieën is dan ook een grote uitdaging. Politici kunnen via beleidsaanpassingen oude technologieën het vuur aan de schenen leggen, of nieuwe technologieën stimuleren. Hiervoor zijn drie methodes: de end-of-pipe benadering, de continue en de discontinue benadering. (UNRUH G., 2002) De end-of-pipe benadering (EOP) stelt dat het systeem in zijn geheel behouden blijft, enkel de emissie van uitlaatgassen wordt herzien. Deze methode wordt meestal als eerste gebruikt omdat het slechts minimale veranderingen in het systeem vereist. De EOP benadering bewaart de bestaande infrastructuur en voegt additionele technologieën toe, vooral aan de outputzijde van het systeem (bijvoorbeeld het uitrusten van dieselauto’s met een roetfilter). Dit heeft ook als gevolg dat de methode zeer populair is. Als nadeel kan worden opgemerkt dat het onderliggende systeem nooit in vraag wordt gesteld. (UNRUH G., 2002)

57

Wanneer EOP onvoldoende resultaten biedt, kan worden overgeschakeld op de continue benadering. Hierbij worden bepaalde onderdelen van het systeem herzien en vervangen. De algemene structuur van het systeem blijft daarbij gespaard van veranderingen. Er wordt telkens voor gezorgd dat er zoveel mogelijk overeenkomst is tussen de nieuwe en de oude onderdelen. Ook Thomas Alva Edison had dit begrepen toen hij zijn uitvinding (de gloeilamp) wou verkopen. Hierbij moest hij concurreren tegen de dominante design van toen, namelijk de stadsverlichting op gas. Edison maakte gebruik van verschillende technieken om de conceptuele en fysieke continuïteit tussen beide systemen te garanderen. Zo omschreef hij zijn elektrische verlichting zoveel mogelijk in termen van de gasverlichting. Hij maakte ook gebruik van het buizennetwerk voor gas om de draden voor elektriciteit te leggen en hij gebruikte de gaslantaarns om zijn lampen in te draaien. (UNRUH G., 2002) De derde methode is de meest ingrijpende. Hierbij doet er zich een radicale verandering voor. Het volledige systeem wordt opgeheven en vervangen door een nieuw en superieur systeem. Dit beleid kan dan ook als discontinu omschreven worden. In het verleden zijn enkele voorbeelden van discontinue veranderingen te vinden, zoals de omschakeling van communicatie binnen het gezichtsveld naar communicatie op basis van telegrafie. Hoe complexer het systeem, hoe moeilijker het wordt om een discontinue verandering door te voeren. (UNRUH G., 2002) Algemeen kan aangenomen worden dat de weerstand tegen verandering stijgt naarmate de verandering groter is. Daarom verkiezen veel beleidsmakers de continue methode boven een discontinu beleid wanneer EOP niet genoeg resultaat oplevert. Hierbij moeten wel twee opmerkingen worden gemaakt. Ten eerste is het onderscheid tussen continu en discontinu afhankelijk van de schaal waarop men kijkt. Zo zou het vervangen van de verbrandingsmotor (ICE) door een brandstofcel continu zijn op het niveau van het autotransportsysteem (bijvoorbeeld op het vlak van wegen en verkeersregels). Wanneer echter de schaal verkleind en gekeken wordt naar het aandrijfmechanisme van een auto, dan is de omschakeling naar de brandstofcel discontinu. De verbrandingsmotor wordt immers volledig vervangen door de combinatie van de brandstofcel en de elektromotoren. Voor de fabrikanten van de ICE is de omschakeling discontinu. Een tweede belangrijke opmerking is dat het maximaliseren van de continuïteit in de overgang naar een nieuw systeem kan zorgen voor een lagere performantie. Doordat op bepaalde punten de continuïteit met het oude systeem moet worden verzekerd, wordt de 58

efficiëntie van het nieuwe systeem niet optimaal benut. Zo zou men bij de omschakeling naar brandstofcellen ervoor kunnen kiezen om gebruik te maken van de bestaande infrastructuur om benzine te tanken. In de auto wordt dan een omvormer geïnstalleerd om benzine om te zetten in waterstof. Een meer discontinue methode zou zijn om een nieuw distributienetwerk op te bouwen voor waterstof. Studies hebben aangetoond dat systemen voor het direct tanken van waterstof een betere efficiëntie vertonen over het volledige systeem. Ze vereisen echter ook een grotere investering. Het maximaliseren van de continuïteit op korte termijn kan dus zorgen voor een suboptimale oplossing op langere termijn. (UNRUH G., 2002; HOOGERS G., 2003b)

V.4.2. Effectieve beleidsaanpassingen In dit onderdeel worden eerst een aantal mogelijke beleidsaanpassingen besproken. Achtereenvolgens worden het invoeren van een prijs op CO2-uitstoot, het steunen van de ontwikkeling van nieuwe technologieën en het Stategic Niche Management toegelicht. Daarna worden enkele voorwaarden behandeld waaraan een beleid moet voldoen, namelijk het moet uitgebalanceerd, juist getimed en continu zijn. In een laatste punt wordt het belang van het onderhouden van de technologische diversiteit uitgelegd.

a) Invoering prijs op CO2-uitstoot Het voor de hele economie invoeren van een prijs op CO2-uitstoot12 wordt aangehaald als één van de meest kosteneffectieve manieren om de CO2-uitstoot naar beneden te halen. Het invoeren van de prijs op CO2-uitstoot leidt tot (i) een verhoging van de competitiviteit van koolstofneutrale technologieën, (ii) een verhoging van de energieprijs (dit lokt op zijn beurt verbeteringen in energie-efficiëntie uit) en (iii) een stimulans voor de private sector om technologieën te ontwikkelen voor een meer geavanceerde toevoer, omzetting en eindgebruik van energie. Onder andere Noorwegen en Zweden hebben dit systeem met succes ingevoerd. De prijs van de CO2-uitstoot kan op twee manieren worden bepaald, namelijk via een belasting (een vast bedrag per eenheid CO2) of via een cap-and-trade systeem. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)

12

Het invoeren van een prijs op de uitstoot kan ook ingevoerd worden voor andere vervuilende stoffen naast CO2.

59

Van het cap-and-trade systeem bestaan twee varianten, het absolute en het relatieve cap-andtrade systeem. Bij het absolute cap-and-trade systeem wordt een algemene limiet (de “cap”) voor een bepaalde vervuilende stof (in dit geval CO2) opgesteld. Deze limiet geldt voor een bepaalde tijdsperiode en in een bepaald gebied. Voor de hoeveelheid van de limiet worden toelatingen tot vervuilen of uitstootrechten opgesteld. Een vervuiler kan dus enkel CO2 uitstoten wanneer hij daarvoor een uitstootrecht heeft, en enkel voor de hoeveel die bepaald is in het uitstootrecht. De uitstootrechten zijn verhandelbaar zodat hiervoor een markt ontstaat. Een vervuiler kan dus kiezen tussen het kopen van extra uitstootrechten of investeren in uitrusting om de uitstoot te reduceren. In het relatieve cap-and-trade systeem wordt de limiet niet globaal bepaald, maar in relatie met een bedrijfsactiviteit. Zo kan bijvoorbeeld de maximale hoeveelheid CO2-uitstoot per ton staalproductie worden bepaald. Ook hier kunnen uitstootrechten verkocht en verhandeld worden. (KUIK O. en MULDER M., 2004)

b) Ontwikkeling nieuwe technologieën steunen Ondanks dat de prijs op CO2-uitstoot met succes werd ingevoerd in een aantal landen in Scandinavië, blijkt het zeer moeilijk om dit systeem voor de rest van de wereld in te voeren. Bovendien is vastgesteld dat deze techniek niet aanspoort tot het verder ontwikkelen van koolstofneutrale technologieën zoals de brandstofcel. De kans dat deze technologieën zich zonder de hulp van de overheid kunnen ontwikkelen en concurrentieel worden in de markt is zeer klein. De politiek heeft een brede waaier aan mogelijkheden voor het ondersteunen van de ontwikkeling van nieuwe technologieën. Zo kan ze bijvoorbeeld het O&O van koolstofneutrale technologieën subsidiëren. Het is belangrijk dat niet alleen het wetenschappelijk onderzoek naar de technologie zelf gesubsidieerd wordt, maar wel het volledige proces van innovaties tot aan de marktintroductie. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005) Het geven van demonstraties is een tweede mogelijkheid van overheidssteun. Zowel de performantie van het systeem als de feedback van de gebruikers worden hierbij gemeten. Een demonstratie is ook de ideale gelegenheid om een nieuwe technologie in de media te brengen en om de betrokkenheid van de consumenten te verhogen. Een voorbeeld van een demonstratie is de Fuel Cell Marathon van GM met de Opel Zafira HydroGen 3 (zie supra, blz. 20). Hierbij werd met deze brandstofcelwagen vanuit het meest noordelijke punt van Europa (het Noorse Hammerfest) naar het meest westelijke punt van het Europese vasteland

60

(Cabo da Roca in Portugal) gereden. Onderweg hield men halt in een aantal grote Europese steden zoals Brussel en Londen om de auto voor te stellen aan pers en publiek. In totaal legde men 9.696 km af in 38 dagen. (GM Fuel Cell Marathon; SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005) De politiek kan eveneens de vorming van een netwerk rond de nieuwe technologie helpen verbreden door het organiseren van conferenties, meetings en workshops en door het ontwikkelen van organisaties voor de bevordering van de samenwerking. Een variant hiervan is het Strategic Niche Management dat in het volgende punt wordt besproken. Een aantal andere mogelijkheden zijn het stimuleren van de standaardisatie, het ontwikkelen van nieuwe infrastructuur en het aanpassen van het onderwijs (zodat de nieuwe industrieën bevoorraad kunnen worden met bekwame vakmensen). (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)

c) Strategic Niche Management Bij het Strategic Niche Management (SNM) wordt op de markt gezocht naar niches van waaruit een nieuwe technologie zich kan ontwikkelen, de zogenaamde nursing markets. De nichemarkten worden zo gekozen dat de kwaliteiten van de nieuwe technologie een belangrijk voordeel leveren. Zelfs indien de markt te kampen heeft met een lock-in, kan SNM een oplossing bieden. Aan de ene kant zijn de producenten van de dominante design niet geïnteresseerd in de niches van de markt omdat ze hierin te weinig omzet kunnen halen. SNM in nichemarkten wordt daarom niet gezien als een bedreiging voor de TIC. Aan de andere kant is het gemakkelijker voor politieke instellingen om projecten in nichemarkten te ondersteunen. Beleidsmakers ondervinden hierbij geen tegenwind van de industrie en hun belangengroepen. Bovendien komen ze hiermee tegemoet aan de eisen van actiegroepen om iets te ondernemen tegen de klimaatsveranderingen. (JACOBSSON S. en BERGEK A., 2004; UNRUH G. en CARRILLO-HERMOSILLA J., Forthcoming) Het ontwikkelen van nieuwe technologieën in nichemarkten laat toe deze technologieën in de praktijk te testen. Er wordt tevens rekening gehouden met de feedback die van de gebruikers wordt verkregen. Het doel van SNM is om de technologie rijp en competitief te maken zodat ze op nieuwe markten geïntroduceerd kan worden. Eerst volgt een uitbreiding naar bridging markets, die het produceren van grotere volumes toelaten. Daarna volgt een volledige marktintroductie. (JACOBSSON S. en BERGEK A., 2004)

61

Een voorbeeld van succesvol SNM is de industrie van windturbines in Denemarken. In de jaren ’70 van de vorige eeuw ontstond de belangstelling voor deze technologie. Ervaring en kennis over de windturbines werd verder uitgediept door kleine producenten en hobbyisten. Deze groepen lobbyden vervolgens bij de Deense overheid voor steun. Deze werd ook toegekend, onder de vorm van subsidies voor O&O en aanpassingen van bepaalde regels en wetten. De Deense overheid kocht ook zelf heel wat windturbines aan. Dankzij al deze inspanningen is Denemarken wereldleider op de markt van windturbines, met ongeveer de helft van de markt in handen. (UNRUH G. en CARRILLO-HERMOSILLA J., Forthcoming) Een SNM beleid voor brandstofcellen is vooral interessant voor voertuigen met voorspelbare reiswegen, omdat er zo centrale tankstations voor waterstof kunnen worden gebouwd. Dit is bijvoorbeeld het geval voor bussen van het openbare vervoersmaatschappijen. Stadsbussen zijn naast de gecentraliseerde tankstations ook aantrekkelijk vanwege, de beschikbaarheid van vakmensen, het vaste onderhoudsschema en het verhogen van de bekendheid van de brandstofceltechnologie bij het brede publiek. Zo lanceerde de Europese Unie een project waarbij 30 brandstofcelbussen ingezet worden in 10 Europese steden. Het project wordt vervat onder de namen CUTE (Clean Urban Transport for Europe) en ECTOS (Ecological City Transport System). De bussen van het type Mercedes-Benz Citaro werden in de loop van 2003 geleverd aan de steden Amsterdam, Barcelona, Hamburg, Londen, Luxemburg, Madrid, Porto, Reykjavik, Stockholm en Stuttgart. (KARLSTRÖM M., 2005; Fuel cell car, bus fleets launched by DaimlerChrysler, 2002)

d) Vicieuze cirkels, timing en continuïteit Bij het uitstippelen van het beleid moet met een aantal factoren rekening worden gehouden. Zo moet een beleid zowel een hoofdstuk bevatten voor het subsidiëren van het O&O als een hoofdstuk over het stimuleren van de markt. Zonder O&O worden geen technologieën ontwikkeld die op de markt kunnen worden gebracht en zonder marktstimulus kunnen de ontwikkelde technologieën niet profiteren van leereffecten of schaaleffecten op de markt. Wanneer een nieuwe technologie succesvol op de markt wordt gebracht, groeit de interesse naar deze technologie. Dit zorgt op zijn beurt voor meer middelen voor O&O en een verbetering van de technologie. Hierdoor wordt de diffusie nog aangemoedigd, zodat er terug meer geïnvesteerd wordt in O&O, enz. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)

62

Een tweede vicieuze cirkel kan gevonden worden in de relatie tussen de adoptie van de technologie en de institutionele veranderingen. Wanneer er meer onderzoek naar een technologie gedaan wordt, groeien de belangengroepen en het netwerk van de technologie. Deze grotere belangengroepen kunnen ook meer druk zetten op de beleidsmakers tot het aanpassen van het beleid in hun voordeel. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005) Belangrijk is bovendien rekening te houden met de timing van de beleidsaanpassing. Zo is het nutteloos om de markt te stimuleren voor een product of technologie die nog niet voldoende volgroeid is. Omgekeerd is het ook nutteloos te investeren in het O&O van een product wanneer het al klaar is om op de markt te worden gebracht of wanneer meer zou kunnen worden bijgeleerd door het organiseren van demonstratie- en pilootprojecten. Dit klinkt allemaal logisch, maar in de praktijk is soms moeilijk te bepalen of een technologie rijp genoeg is voor een volgend stadium in het innovatieproces. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005) Een beleid moet voorspelbaar zijn over een langere periode. Dit is niet altijd even gemakkelijk wanneer regeringen elke legislatuur van bezetting veranderen. Het begin van de ontwikkeling van een nieuwe technologie gebeurt door een select groepje wetenschappers. Wanneer hun subsidies wegvallen door een onstabiel beleid, trekken ze weg naar andere landen waar hun onderzoek wel wordt gesubsidieerd. Ze nemen hierbij ook al hun knowhow mee. Een beleid moet dus gebalanceerd, getimed en stabiel zijn. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005)

e) Onderhouden van de technologische diversiteit Wanneer verschillende technologieën in de running zijn om de dominante design te worden, is het belangrijk de technologische diversiteit te behouden. In het geval dat een technologie start met een voorsprong, kan ze hierdoor belangrijke kosten- en prestatievoordelen verkrijgen door leer- en schaaleffecten. Deze technologie kan zo de rest uitsluiten en een lock-in creëren. De technologie die op deze manier de dominante design wordt, is niet noodzakelijk de beste optie op lange termijn. De weg die wordt ingeslagen kan evengoed een doodlopend pad zijn. Op die manier wordt kostbare tijd verloren en dit omwille van twee redenen. Ten eerste werden de potentieel betere technologieën niet verder ontwikkeld en is zo een belangrijke achterstand opgelopen. In het slechtste geval gaat ook heel wat kennis verloren wanneer een

63

technologie wordt opgegeven door bedrijven of door vakmensen. Ten tweede kan de diffusie van een doodlopende technologie zijn stempel drukken op de markt, zodat het voor alternatieve technologieën nog moeilijker wordt om op de markt te komen. Beleidskeuzes die een bepaalde technologie bevoordelen kunnen dus implicaties hebben over meerdere decennia. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005) Een belangrijke taak van het beleid bestaat erin om vroegtijdige lock-in tegen te gaan. Bijvoorbeeld voor de brandstofcelauto moet een strategische keuze worden gemaakt tussen zuivere waterstof als brandstof of een alternatieve brandstof (zoals methanol, ethanol of benzine), die dan in de auto eerst moet worden omgezet naar waterstof. Het voordeel van de laatstgenoemde brandstoffen is dat ze vloeibaar zijn. Dankzij deze eigenschap zijn ze veel gemakkelijker op te slaan in de auto zelf en kunnen ze gebruik maken van de huidige infrastructuur om te tanken. Nadeel is echter dat de omvormer duur en energieverslindend is, waardoor het rendement van het aandrijfgeheel lager is. Ook stoten deze voertuigen nog altijd schadelijke stoffen uit, afhankelijk van welke brandstof er wordt gebruikt. Algemeen wordt aangenomen dat de opslag van waterstof in de auto, dus zonder omvormer, op de lange termijn de beste oplossing is. Hierbij zijn wel grote investeringen nodig voor de uitbouw van de nodige infrastructuur voor de productie en het tanken van waterstof. Een beleid dat geen rekening houdt met technologische diversiteit kijkt enkel op korte termijn. Een systeem met brandstofomvormer zou dan verkozen worden als de beste technologie, met een lock-in van deze technologie als gevolg. (SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005; HOOGERS G., 2003b)

V.4.3. Opheffen weerstand tegen verandering Doordat de publieke opinie afkerig staat tegenover grote veranderingen, geven overheden de voorkeur aan het geleidelijk aanpassen van haar beleid. Men hoopt hierbij dat milieuvriendelijke technologieën op de markt komen voordat er onomkeerbare schade aan het milieu ontstaat. In het debat over milieuvriendelijke technologieën zijn echter grotere veranderingen nodig. Probleem hierbij is dat je in de politiek maar iets kan veranderen als de publieke opinie daar klaar voor is. Overheden kunnen dan een poging doen om de publieke opinie naar hun hand te zetten. (UNRUH G., 2002)

64

Een eerste methode is het sensibiliseren van de publieke opinie. Er wordt duidelijk gemaakt dat onze omgeving ernstige schade ondervindt van de op fossiele brandstoffen gebaseerde technologieën. Dit kan via wetenschappelijk onderzoek en onderwijs over de effecten op het milieu. Het doel hiervan is om een kritische groep te creëren die aandringt op snelle politieke actie. Het probleem met het vraagstuk van de klimaatsverandering is echter dat het één van de meest complexe uitdagingen is. Daarom is het gemakkelijk voor leden van de TIC om verdeeldheid en onzekerheid te verspreiden omtrent milieuvriendelijke technologieën (zie in dit verband het voorbeeld van ExxonMobil, zie supra, blz. 55). (UNRUH G., 2002) Indien vorige methode niet succesvol is, zit er niets anders op dan te wachten op een focusing event. Dit is een belangrijke gebeurtenis die de aandacht van de publieke opinie op het probleem vestigt, zoals een erkende klimaatcrisis. Dankzij het focusing event maakt de publieke opinie een ommezwaai. Hiervan kunnen beleidsmakers profiteren om omvangrijke veranderingen door te voeren. Een groot probleem hierbij is dat wetenschappers nog niet met zekerheid een oorzaakgevolg relatie kunnen bevestigen tussen een klimaatcrisis en de ophoping van broeikasgassen in de atmosfeer. Bovendien wordt de overheid gedwongen tot het nemen van extreme maatregelen na een focusing event. Er wordt een nieuwe TIC gecreëerd om de diffusie van de milieuvriendelijke technologieën te versnellen, maar deze nieuwe TIC zal ongetwijfeld op zijn beurt voor nieuwe onvoorziene moeilijkheden zorgen. “Elke nieuwe technologische infrastructuur of beleid mag niet gezien worden als ‘de oplossing’ voor het klimaatprobleem, maar als een volgende stap in het ontwikkelingsproces (UNRUH G., 2002, blz. 324)”. (UNRUH G., 2002)

V.4.4. Vereiste inspanningen van de industrie Opdat er zich een markt voor de brandstofceltechnologie zou vormen, moet ook door de bedrijven zelf een inspanning worden gedaan. Zo moeten er belangengroepen worden gevormd om te lobbyen bij de beleidsmakers en moeten nieuwe bedrijven toetreden tot de markt.

a) Vorming van belangengroepen Wanneer verschillende spelers, die baat hebben bij de vorming van een markt voor de brandstofceltechnologie, hun krachten bundelen, ontstaat een machtige belangengroep. Deze 65

belangengroep is veel sterker in het lobbyen bij de overheid dan alle spelers afzonderlijk. Hierdoor kan het beleid van de overheid worden beïnvloed ten voordele van deze groep. De ontwikkeling

van

een

gemeenschappelijke

visie

betreffende

de

rol

van

de

brandstofceltechnologie is een sleutelfactor in dit proces. In het hier behandelde geval van de brandstofceltechnologie, kunnen onder andere producenten en ontwikkelaars van de brandstofcel, universiteiten en niet-commerciële organisaties (zoals Greenpeace) zich bij de belangengroep aansluiten. (JACOBSSON S. en LAUBER V., Forthcoming)

b) Toetreding van nieuwe bedrijven Nieuwe toetreders kunnen de industrie van de nieuwe technologie op drie manieren beïnvloeden. Ten eerste brengt elk nieuw bedrijf vers kapitaal en kennis in de industrie. Ze hebben een nieuwe visie op de industrie of experimenteren met nieuwe combinaties. Ten tweede positioneren ze zich in een ongebruikte niche van de markt of komen ze tegemoet aan een nieuwe vraag op de markt door bijvoorbeeld nieuwe toepassingen te ontwikkelen. Ten derde ontstaan positieve externe voordelen, zoals het opleiden van gespecialiseerde werkkrachten en het ontwikkelen van gespecialiseerde toeleveranciers. Vroege toetreders versterken ook de belangengroep en daarmee ook de politieke macht van de industrie. (JACOBSSON S. en LAUBER V., Forthcoming)

V.5.

Praktijkvoorbeelden

In dit onderdeel worden twee voorbeelden uit de praktijk aangehaald die raakvlakken hebben met de ontwikkeling van de brandstofcellen. Hierbij wordt vooral aangestipt wat de rol van de overheid in deze gevallen is. Een eerste voorbeeld handelt over de ontwikkeling van de door batterijen aangedreven voertuigen in Japan. Het tweede voorbeeld past de aanbevelingen van de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technologies toe op de theorie van het opheffen van de carbon lock-in. Deze werkgroep werd in oktober 2002 door de Europese Commissie opgericht. In juni 2003 werd het rapport met de aanbevelingen gepresenteerd op een conferentie te Brussel.

66

V.5.1. Batterijaangedreven voertuigen in Japan De Japanse regering deed in de jaren ’70 al een eerste poging tot het opheffen van de carbon lock-in. Het verlagen van de Japanse afhankelijkheid van olie uit het buitenland was hiervoor de voornaamste reden. Elektriciteit en waterstof kwamen naar boven als mogelijke alternatieven. Uiteindelijk werd gekozen voor voertuigen die zijn aangedreven door batterijen en een elektrische motor. (ÅHMAN M., Forthcoming) De verschillende programma’s die daarna werden uitgewerkt voor de ontwikkeling van een elektrisch aandrijfgeheel en batterijen bestonden meestal uit drie onderdelen. In een eerste fase werd het O&O naar de technologieën gesubsidieerd. Vervolgens werd de technologie uitgewerkt in een prototype en gedemonstreerd. In de laatste fase werd overgegaan tot de productie en een poging tot marktintroductie. Alle drie de fasen werden door de Japanse regering gesubsidieerd. De rol van de overheid kan hier gezien worden als begeleider en bestuurder van het ontwikkelingsproces. Hierbij zorgt ze voor ondersteuning van O&O, de creatie van nichemarkten, het uitwerken van standaarden en het aanpassen van de wetgeving voor het vergemakkelijken van de diffusie van de nieuwe technologie. (ÅHMAN M., Forthcoming) Ondanks alle inspanningen van de Japanse regering, zijn de voertuigen op batterijen geen succes. Toch zijn deze inspanningen niet voor niets geweest. Zo kan de huidige opkomst van hybride voertuigen voor een deel toegeschreven worden aan de ontwikkeling van aandrijfsystemen met batterijen. Een aantal componenten zoals de batterijen en de elektrische motor zijn immers essentiële onderdelen van een hybride aandrijfsysteem. Japan was het eerste land ter wereld waar een hybride voertuig, de Toyota Prius, gekocht kon worden op de markt van personenvoertuigen. (ÅHMAN M., Forthcoming)

V.5.2. Aanbevelingen

HLG

for

Hydrogen

and

Fuel

Cells

Technologies Het verslag van de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology (zie supra, blz. 13) vermeldt vijf acties die ondernomen moeten worden ter bevordering van waterstof als energiedrager. Er zijn grote overeenkomsten tussen de aanbevelingen van de HLG for 67

Hydrogen and Fuel Cells Technology en de theorie voor het opheffen van de carbon lock-in die in dit hoofdstuk werd besproken. (EUROPEAN COMMISSION, 2003) Om te beginnen moet er werk gemaakt worden van een politiek kader rond duurzame energie. Dit moet nieuwe technologieën toelaten om toe te treden tot de markt. Het beleid moet ook consistent zijn, omdat dit de stabiliteit van de industrie verhoogt. Dit zorgt voor hogere investeringen doordat het betere voorspellingen van de risico’s voor de investeerders mogelijk maakt. In het politiek kader moeten ook onder andere volgende zaken vervat zitten: steun voor pilootprojecten en demonstratieprojecten, promotie van maatregelen ter bevordering van de energie-efficiëntie en het verwijderen of aanpassen van regels die de marktintroductie van waterstof en brandstofcellen verhinderen. (EUROPEAN COMMISSION, 2003) Ten tweede moet er op Europees niveau een strategische investeringsagenda opgesteld worden die de nationale onderzoeksprogramma’s coördineert en stuurt. Door de krachten in Europa te bundelen, wordt een substantiële massa van grondstoffen, inspanningen en competenties gegenereerd. Dit moet toelaten de overblijvende technische barrières waarmee de brandstofceltechnologie te kampen heeft (zie supra, blz. 32), op te lossen. De strategische investeringsagenda moet er bovendien voor zorgen dat de beschikbare middelen efficiënt worden benut. Het bepalen en implementeren van deze agenda vereist de samenwerking tussen een brede waaier van belangengroepen, onder andere universiteiten, onderzoekscentra, eindgebruikers, kleine en middelgrote bedrijven en de publieke autoriteiten op lokaal en Europees niveau. (EUROPEAN COMMISSION, 2003) Een derde aanbeveling is het uitwerken van een ontplooiingsstrategie. Dit moet helpen om de brandstofceltechnologie van het prototypestadium naar de marktintroductie te doen evolueren. De strategie moet gericht zijn op het creëren van de nodige infrastructuur en het verhogen van de productievolumes. Het verhogen van de productievolumes kan gebeuren door het uitwerken van toepassingen voor bepaalde niches in de markt waar de voordelen van de brandstofceltechnologie uitgespeeld kunnen worden (ook wel Strategic Niche Management genoemd). (EUROPEAN COMMISSION, 2003) De werkgroep maant de Europese Commissie aan tot het opstellen van een Europese roadmap voor waterstof en brandstofcellen. Deze moet als leidraad dienen voor de overgang naar de waterstofeconomie

en

moet

doelstellingen

en

beslissingspunten

voor

onderzoek, 68

demonstraties, investeringen en commercialisering bevatten. Met betrekking tot de brandstofceltechnologie zijn vele verschillende opties mogelijk. Zo moet onder andere gekozen worden hoe en waar waterstof geproduceerd zal worden: lokaal of centraal, door elektrolyse van water of uit biomassa, enz. Daarom is het noodzakelijk een zorgvuldige strategische planning op te stellen, en dit zowel op korte (tot 2010), middellange (tot 2020) en lange termijn (na 2020). (EUROPEAN COMMISSION, 2003) Ten vijfde wordt aangeraden een European Hydrogen and Fuel Cell Technology Partnership op te zetten. Deze instelling moet advies verlenen, initiatieven stimuleren en toezien op de vooruitgang. Dit is het controleorgaan dat alle bovenstaande aanbevelingen op basis van de consensus tussen de belanghebbers moet stroomlijnen en implementeren. De European Hydrogen and Fuel Cell Technology Partnership kan gezien worden als de vertegenwoordiger van alle belangengroepen rond de brandstofceltechnologie. (EUROPEAN COMMISSION, 2003)

V.6.

Besluit

Het feit dat fossiele brandstoffen volledig in onze maatschappij zijn ingewerkt en daardoor verhinderen dat alternatieve brandstoffen tot de markt toetreden, wordt carbon lock-in genoemd. De carbon lock-in heeft verschillende oorzaken, gelegen op technologisch, organisatorisch, industrieel, sociaal en institutioneel vlak. Door de lock-in kan een TIC (Techno-Institutional Complex) worden gevormd. Hiermee wordt een gecompliceerd systeem van technologieën bedoeld die zijn verstrengeld in verschillende takken van de maatschappij. Voor het opheffen van de carbon lock-in en het vervangen van een TIC worden zowel van de overheid en de consumenten als van de industrie inspanningen gevraagd. De beleidsaanpassing van de overheid kan op drie niveaus gebeuren. De end-of-pipe benadering behoudt het systeem in zijn geheel, enkel de emissie van uitlaatgassen wordt herzien. Deze methode vereist slechts minimale veranderingen in het systeem. Wanneer EOP onvoldoende resultaten biedt, kan worden overgeschakeld op de continue benadering. Hierbij blijft de algemene structuur van het systeem behouden, maar bepaalde onderdelen worden herzien en vervangen. Er wordt telkens gezorgd dat er zoveel mogelijk overeenkomst is tussen de nieuwe

69

en de oude onderdelen. De meest ingrijpende methode is de discontinue benadering, waarbij het volledige systeem opgeheven en vervangen wordt door een nieuw en superieur systeem. De overheid beschikt over een aantal mogelijke beleidsaanpassingen voor het opheffen van de carbon lock-in. Een eerste mogelijkheid is het invoeren van een prijs op de CO2-uitstoot. Dit kan via een belasting (een vast bedrag per eenheid CO2) of via een cap-and-trade systeem. Tevens kan de overheid de ontwikkeling van nieuwe technologieën steunen door het subsidiëren van O&O, het geven van demonstraties of het organiseren van conferenties, meetings en workshops. Voor de geleidelijke marktintroductie van brandstofcellen wordt Strategic Niche Management gebruikt. Er worden niches in de markt gezocht waar de kwaliteiten van de brandstofceltechnologie een belangrijke rol spelen. In deze niches wordt praktijkervaring opgedaan. Bij het uitstippelen van het beleid moet met een aantal factoren rekening worden gehouden, onder andere met de vicieuze cirkels en de timing van het beleid. Bovendien moet het beleid een zekere continuïteit uitstralen. Daarnaast is het belangrijk de technologische diversiteit te bewaren. Consumenten staan meestal afkerig tegenover grote veranderingen. Via sensibilisatiecampagnes kan de overheid de consumenten inlichten over de klimaatverandering en zo het nut van de brandstofceltechnologie verduidelijken. Indien dit niet lukt, zit er niets anders op dan te wachten op een focusing event, bijvoorbeeld een erkende klimaatcrisis. Dankzij het focusing event maakt de publieke opinie een ommezwaai. Hiervan kunnen beleidsmakers profiteren om radicale beleidsaanpassingen door te voeren. Van

de

industrie

wordt

verwacht

dat

ze

belangengroepen

vormen

met

een

gemeenschappelijke visie betreffende de rol van de brandstofceltechnologie. Door deze bundeling van krachten ontstaat een belangengroep die veel sterker is in het lobbyen bij de overheid dan alle spelers afzonderlijk. Hierdoor kan het beleid van de overheid worden beïnvloed ten voordele van deze groep. Bovendien zijn nieuwe toetreders belangrijk om de industrie alert te houden en kennis bij te brengen. De theorie voor het opheffen van de carbon lock-in kan in de praktijk toegepast worden op de ontwikkeling van batterijaangedreven voertuigen in Japan en de aanbevelingen van de HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technologies.

70

HOOFDSTUK VI:

TECHNOLOGISCHE INNOVATIE EN DIFFUSIE

In dit onderdeel wordt het algemene proces van innovatie en diffusie van een technologie besproken. Hierbij wordt verondersteld dat deze theorieën ook toepasbaar zijn bij de technologische innovatie en diffusie van de brandstofcel.

VI.1.

Technologische innovatie

Na de omschrijving en de afbakening van het begrip innovatie, wordt het verschil tussen radicale en incrementele innovaties besproken. Daarna wordt het innovatieproces toegelicht. Vervolgens worden de verschillen in de manier en de snelheid van innovatie tussen de sectoren en binnen de sectoren behandeld.

VI.1.1.

Omschrijving innovatie

Technologische innovatie wordt door DOSI G. omschreven als “de zoektocht, ontdekking, proefneming,

ontwikkeling,

imitatie

en

adoptie

van

nieuwe

producten,

nieuwe

productieprocessen en nieuwe organisatiestructuren (DOSI G., 1988b, blz. 222)”. Innovatie is geen eenmalige gebeurtenis, maar is een continu proces van verbeteringen en aanpassingen. In wat volgt gaan we in op een aantal stylised facts van innovatie. (DOSI G., 1988b; GORT M. en KLEPPER S., 1982) Innovatie is in de eerste plaats een onzeker gebeuren. Vooraf kan nooit precies worden voorspeld wat de impact van de innovatie zal zijn. Een innovatie wordt bovendien pas ontwikkeld wanneer de economische agent verwacht dat de innovatie winstgevend zal zijn. Doorheen de tijd is gebleken dat innovaties steeds afhankelijker zijn van de vooruitgang in wetenschappelijke kennis. Dit wordt beschouwd als een tweede kenmerk van innovatie. Ook de manier waarop innovatie tot stand komt is in de 20ste eeuw sterk veranderd. Iets meer dan honderd jaar geleden werd de ottomotor grotendeels ontwikkeld door één persoon, namelijk Nicolaus August Otto (1831-1891). De brandstofcel daarentegen werd de laatste jaren door een team van specialisten in verschillende bedrijven, laboratoria, universiteiten, etc 71

ontwikkeld. Het toenemende belang van formele organisaties in innovatie is een derde kenmerk. Een groot deel van de innovaties zijn het gevolg van learning-by-doing en learning-by-using. Door bijvoorbeeld het luisteren naar gebruikers of het oplossen van problemen in het productieproces kan het product of productieproces verder worden verbeterd. Dit wordt gezien als de vierde eigenschap. Ten vijfde wordt opgemerkt dat het proces van innovatie cumulatief is. Voor nieuwe innovaties baseert men zich op innovaties uit het verleden. (DOSI G., 1988b)

VI.1.2.

Radicale versus incrementele innovaties

In de wetenschappelijke literatuur wordt een onderscheid gemaakt tussen radicale en incrementele innovaties. Incrementele innovaties gebeuren continu. Het gaat om kleine veranderingen aan bestaande producten of diensten, meestal betreft een kwaliteitsverbetering of een uitbreiding van de gebruiksmogelijkheden. Ze bouwen verder op de huidige stand van zaken. Deze veranderingen worden veelal geïnitieerd via learning-by-doing of learning-byusing. Incrementele innovaties veroorzaken het minst weerstand voor de industrie en de beleidsmakers. Ze vereisen geen aanpassing van de administratie of van de manier van managen. Aan de andere kant moet benadrukt worden dat deze vorm van innoveren hoogstwaarschijnlijk geen oplossing kan bieden voor het klimaatprobleem. (HALL J. en KERR R., 2003; DOSI G., 1988b) Radicale innovaties verlopen, in tegenstelling tot de incrementele innovaties, niet continu. Bij deze vorm van innoveren wordt een deel van de reeds opgebouwde kennis (bijvoorbeeld technologische kennis of kennis van de markt) ‘weggegooid’ en vervangen door nieuwe kennis. Ze vergen grote investeringen in onderzoek en ontwikkeling. Deze innovaties vragen vaak een nieuwe organisatievorm, met daarmee gepaard nieuwe vereisten op vlak van administratie of management. Ook de infrastructuur rondom het product of dienst ondergaat soms veranderingen. De graad van “radicaliteit” van een technologische innovatie hangt af van de nodige gedragsaanpassingen die gevraagd worden van de gebruiker van de producten of diensten. Daarnaast kan de radicaliteit van een innovatie worden bepaald aan de hand van de hoeveelheid kennis die ze vernietigd. In beide opzichten kan de brandstofceltechnologie beschouwd worden als een radicale innovatie. Enerzijds vraagt deze technologie aanpassingen

72

van de gebruikers. Anderzijds wordt heel wat knowhow over de interne verbrandingsmotor overbodig. Wanneer een technologisch systeem nieuwe radicale innovaties verhindert, spreekt men van een lock-in (zie supra, blz. 51). (HALL J. en KERR R., 2003; DOSI G., 1988b)

VI.1.3.

Het innovatieproces

Een innovatie begint als opportuniteit en groeit uit tot een paradigma. Daarna wordt een technologisch traject gestart, waaruit een technologie ontstaat. Na verloop van tijd wordt deze geïmiteerd.

a) Opportuniteit Een nieuw product of een nieuwe technologie vormen voor een bedrijf een opportuniteit wanneer aan drie voorwaarden wordt voldaan. Ten eerste mag die bepaalde technologie nog niet eerder ontdekt zijn. Vervolgens moet er een markt voor het nieuwe product zijn. Ten derde moet verwacht worden dat men er winst mee kan maken. Wanneer aan deze drie voorwaarden wordt voldaan, zal een bedrijf middelen vrijmaken voor het ontwikkelen van de opportuniteit. (DOSI G., 1988a) Twee theorieën voorspellen de evolutie van het aantal innovaties in het nieuwe product gedurende de levenscyclus ervan. De voorspellingen van beide theorieën zijn wel tegenovergesteld aan elkaar. Kuznets en Burns oordelen dat het aantal technologische opportuniteiten afneemt tijdens de levenscyclus van een product. Ze veronderstellen dat elke technologie beperkt is in het aantal opportuniteiten die ontwikkeld kunnen worden. In het begin van de levenscyclus worden de meest belovende opportuniteiten verder ontwikkeld. Na verloop van tijd vermindert het aantal innovaties omdat er geen geschikte meer voorhanden zijn. Kuznets redeneert dat output gegenereerd wordt door prijsreducerende innovaties. Wanneer de graad van innovatie daalt, zal de prijsverlaging van het product worden afgeremd. Bijgevolg vermindert ook de outputgroei. Eenzelfde redenering kan gemaakt worden voor kwaliteitsverbeterende innovaties. (GORT M. en WALL R.A., 1986) De visie van Smookler staat recht tegenover deze van Kuznets en Burns. De kost van innovatie blijft gelijk over de levenscyclus, maar de opbrengsten die door de innovatie worden gegenereerd stijgen met de marktgrootte. Wanneer het product net is gelanceerd, is er 73

weinig marktvraag en zijn de winsten beperkt. Daardoor is er weinig ruimte om te investeren in innovaties. Wanneer de markt zich verder heeft ontplooid en er een grotere output (en een hogere winst) is, zal dus meer geïnvesteerd worden in innovatie. (GORT M. en WALL R.A., 1986) Deze twee visies kunnen samengebracht worden in één theorie, die zowel op de evolutie in de technologische opportuniteiten als in de vraag gebaseerd is. Historische gegevens tonen aan dat de technologische verandering vooral afhankelijk is van de marktgrootte. (GORT M. en WALL R.A., 1986)

b) Paradigma Technologische innovatie betekent een oplossing bieden voor een serie van ongestructureerde problemen. Om een overzicht te krijgen van welke problemen opgelost moeten worden, wordt een technologisch paradigma opgesteld. Een paradigma bevat een voorbeeld van het nieuwe product of productieproces en een vragenlijst. Het voorbeeld is een prototype of een eerste schets van een product dat nog verder ontwikkeld en verbeterd moet worden. De richting waarin dit gebeurt, wordt afgeleid uit de vragenlijst. Aan de hand van die lijst wordt een gestructureerd beeld gevormd van de toekomstverwachtingen van het product. Om die verwachtingen in te lossen, moet men bepaalde, specifieke kennis ontwikkelen in functie van de richting waarnaar men met het product naartoe wil. Belangrijk is dat men focust op de wensen van de markt. (DOSI G., 1988a) Het paradigma definieert de noden die vervuld moeten worden opdat het product zou voldoen aan de eisen van de potentiële klanten. Het bundelt de eigenschappen die het finale product moet bezitten. Ook worden de wetenschappelijke principes en de gebruikte materialen toegelicht. (DOSI G., 1988a)

c) Technologisch Traject Oude kennis fungeert als input bij de ontwikkeling van nieuwe kennis. Of met andere woorden, huidige innovaties zijn afgeleid van innovaties uit het verleden en zullen op hun beurt toekomstige innovaties beïnvloeden. Op die manier wordt onbewust een technologisch traject opgebouwd. (GORT M. en WALL R.A., 1986)

74

“Een technologisch traject is de activiteit van de vooruitgang van een technologie langs de economische en technologische trade-offs die in het paradigma omschreven zijn (DOSI G., 1988b, blz. 225).” Zo werd bij de ontwikkeling van de interne verbrandingsmotor heel wat vooruitgang geboekt, vooral op vlak van kracht en kostprijs. Een verandering in het paradigma zorgt er echter ook voor dat het technologisch traject afwijkt. Na de oliecrisissen van de jaren 1970 veranderde het paradigma richting zuinigere auto’s. Het technologisch traject volgde de verandering van het paradigma. (DOSI G., 1988a)

d) Technologie Een technologie wordt veelal gezien als een bundeling van informatie, die bedrijven verzamelen door het uit een gemeenschappelijke ‘pot’ te halen. Informatie is echter slechts een onderdeel van een technologie. In elke technologie zitten zowel logische als specifieke kennis die niet vervat kunnen worden in een tekst. Ze kunnen dus niet volledig verspreid of in de gemeenschappelijke pot van informatie gestopt worden. Dit betekent niet dat deze vormen van informatie volledig immobiel zijn. Mensen die deze informatie bezitten kunnen weggekocht worden door andere bedrijven of het leerproces van een bedrijf kan geïmiteerd worden. (DOSI G., 1988a; DOSI G., 1988b) In realiteit proberen bedrijven door hun eigen technologie te diversifiëren op basis van hun eigen kennis en naar de wensen van de eigen markt. Technologie ontstaat vanuit een cumulatief proces. Wat een bedrijf op technologisch vlak in de toekomst zal doen, hangt nauw samen met wat ze in het verleden heeft gedaan. Hierbij wordt de technologie bij voorkeur binnen het bedrijf zelf ontwikkeld. Dit biedt een aantal voordelen. Zo is de kans kleiner dat belangrijke informatie uitlekt naar andere bedrijven. De technologie kan bovendien volledig afgestemd zijn op de strategie van het bedrijf en op de wensen van de andere afdelingen (zoals de marketing afdeling). Technologie kan ook verhandeld worden via licenties of overeenkomsten voor het geven van advies. Maar deze methodes vereisen de nodige kennis binnen de onderneming om de gepaste technologie te vinden, te evalueren en te onderhandelen en om ze uiteindelijk aan te passen aan het specifieke product van het bedrijf. (DOSI G., 1988a; DOSI G., 1988b)

75

e) Imitatie Nadat een technologie door een bepaald bedrijf werd ontwikkeld, bestaat de kans dat de concurrentie van dat bedrijf de nieuwe technologie imiteert. Onder meer patenten, geheimhouding, lead times, de tijd en kosten die nodig zijn voor duplicatie, leereffecten en superieure inspanningen voor verkoop en service kunnen een technologie beschermen tegen imitatie. Voor de concurrentie is het natuurlijk gemakkelijker om innovaties van andere bedrijven toe te passen op hun eigen producten, dan ze zelf te ontwikkelen. De mate waarin imitatie mogelijk is, zal de motivatie tot innovatie voor een bedrijf bepalen. (DOSI G., 1988b) Aan de ene kant bestaat het geval dat er geen mogelijkheid is tot bescherming van de eigen innovaties en dat de imitatie onmiddellijk, perfect en zonder kosten kan verlopen. Hier zal een bedrijf niet geneigd zijn te innoveren aangezien dit geen concurrentieel voordeel oplevert. In het andere extreme geval waarin er geen mogelijkheid is tot imitatie, kunnen efficiëntieverbeteringen niet tot de rest van de economie doordringen. Dit maakt de economie minder efficiënt. In de praktijk blijkt de bescherming van de innovaties voldoende om aan te zetten tot innovatie, maar tegelijk wordt het imiteren van economische voordelen door andere bedrijven niet volledig verhinderd. (DOSI G., 1988b)

VI.1.4.

Intersectoriële verschillen in innovatie

PAVITT K. (1984) deelt de verschillende economische sectoren op in vier groepen. Het criterium hiervoor is het verschil in de manier en de snelheid van innovatie. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen aanbodgedomineerde sectoren, schaalintensieve sectoren, gespecialiseerde aanbieders en wetenschappelijke sectoren. (PAVITT K., 1984) Een eerste groep is die van de aanbodgedomineerde sectoren. De innovaties in deze sector zijn vooral gericht op verbeteringen in het productieproces. Dit gaat gepaard met investeringen in kapitaalgoederen of nieuwe soorten intermediaire input. Deze innovaties worden buiten de aanbodgedomineerde sector ontwikkeld, bijvoorbeeld in de sector van de machinebouw. Tot deze sectoren behoren gewoonlijk kleine bedrijven, bijvoorbeeld uit de textielsector of uit de landbouw. Maar ook drukkerijen en producenten van houtproducten maken deel uit van aanbodgedomineerde sectoren. (PAVITT K., 1984)

76

Ten tweede zijn er de schaalintensieve sectoren, waar zowel proces- als productinnovatie voorkomen. De productie gaat in dit geval gepaard met complexe processen of de productie van complexe producten. De bedrijven in deze sectoren zijn omvangrijk doordat er significante schaalvoordelen zijn. Een groot deel van de eigen inkomsten gaat naar onderzoek en ontwikkeling. Tot de schaalintensieve sectoren behoren onder meer de producenten van auto’s, elektrische apparaten, cement, voedingswaren en glas. (PAVITT K., 1984) De gespecialiseerde aanbieders zijn de producenten van kapitaalgoederen die in de hierboven besproken sectoren worden gebruikt. Innovaties zijn dus vooral gericht op het verbeteren van het product. Bedrijven in deze sectoren zijn vrij klein en hebben een zeer gespecialiseerde kennis in het ontwerpen en bouwen van machines en installaties. (PAVITT K., 1984) Een laatste groep van sectoren focust zich vooral op wetenschappelijk kennis. Innovaties kunnen worden ontwikkeld in laboratoria. Bedrijven trachten hun voorsprong op de concurrentie te verdedigen via patenten, leereffecten en lead times. De productinnovaties worden in een brede waaier van sectoren gebruikt. Deze bedrijven zijn meestal groot, met uitzondering van deze die zich sterk specialiseren. Voorbeelden vinden we in onder andere elektronicabedrijven, de farmaceutische en de chemische industrie. (PAVITT K., 1984)

VI.1.5.

Intrasectoriële verschillen in innovatie

DOSI G. (1988a) omschrijft drie belangrijke oorzaken van de verschillen in innovatie tussen de bedrijven van dezelfde sector, namelijk de graad van asymmetrie binnen een sector, de technologische verscheidenheid en de gedragsdiversiteit. (DOSI G., 1988a) De Shumpeterian hypothesis beschrijft dat de innovatiegraad van een bedrijf toeneemt naarmate dat bedrijf groter is. Wanneer in een sector zowel grote als kleinere bedrijven werkzaam zijn, zal volgens deze hypothese de graad van innovatie binnen de sector verschillen vertonen. De graad van asymmetrie binnen een sector zal dus de intrasectoriële verschillen in innovatie voor een stuk bepalen. Een eerste oorzaak van deze asymmetrie zijn de schaaleffecten die eigen zijn aan een technologie. Ook de efficiëntie van het proces van innovatie zal verschillen tussen bedrijven. Hierdoor kunnen bepaalde bedrijven die over minder innovatiecapaciteiten bezitten achterop geraken en daardoor kleiner blijven. De graad

77

van asymmetrie kan vastgesteld worden ofwel via de efficiëntie van de input voor een gegeven output, ofwel via de vergelijking van de prijsgewogen outputs. (DOSI G., 1988a) Technologische verscheidenheid duidt op alle verschillen in de technologie die niet te maken hebben met een hiërarchie (bijvoorbeeld het “beter” of “slechter” zijn van producten). Wel kunnen ondermeer de inputcombinaties verschillen. Dit kan het gevolg zijn van de bedrijfsspecifieke geschiedenis, of met andere woorden het resultaat van het volgen van een ander technologisch traject. Bedrijven kunnen bij de innovatie van hun producten de nadruk op verschillende deelaspecten van het product gelegd hebben, zodat ze zich op een andere manier naar de markt richten. (DOSI G., 1988a) Intrasectoriële verschillen zijn tenslotte het gevolg van de diversiteit in het gedrag van de ondernemingen. Binnen eenzelfde industrietak en binnen dezelfde omgeving zullen bedrijven verschillen vertonen op het vlak van prijszetting, investeringen, onderzoek en ontwikkeling, enz. Bedrijven kunnen kiezen tussen een aantal strategieën met betrekking tot innovatie. Zo kunnen ze innovator zijn, of toch liever een imitator. Ze kunnen ook een afwachtende houding aannemen, wait and see. Een aantal ondernemingen zal verkiezen van continu kleine, incrementele verbeteringen aan te brengen, anderen verkiezen risicovolle projecten. Dit alles heeft invloed op de graad van innovatie van een onderneming en wordt samengebracht onder de noemer gedragsdiversiteit. (DOSI G., 1988a)

VI.2.

Diffusie van innovaties

In een eerste punt wordt het begrip diffusie in detail besproken. Daarna worden twee theorieën betreffende de technologische diffusie behandeld, namelijk het dynamisch model en de evenwichtstheorieën. In een laatste deel wordt ingegaan op het specifieke geval van de diffusie van complementaire technologieën.

VI.2.1.

Omschrijving diffusie

Diffusie wordt door GORT M. en KLEPPER S. omschreven als “de uitbreiding of toename van het aantal producenten dat zich toelegt op de productie van een nieuw product (GORT M.

78

en KLEPPER S., 1982, blz. 630)”. Met andere woorden, diffusie behandelt de netto toetreding van nieuwe producenten tot de markt. Algemeen bestaan twee groepen van theorieën rond de diffusie van innovaties. Eerst wordt het dynamisch model, die de levenscyclus van een nieuw product opdeelt in vijf fasen, besproken. Daarna worden de verschillende evenwichtstheorieën besproken en toegepast op de vijf fases van het dynamisch model. Het fundamentele verschil tussen de groep van evenwichtstheorieën en het dynamisch model zit in het antwoord op de vraag naar het aantal producenten die in een markt aanwezig zijn. In tegenstelling tot het dynamisch model gaat men bij de evenwichtstheorieën uit van een uniek evenwicht. (GORT M. en KLEPPER S., 1982) Andere verschillen tussen de modellen wordt per evenwichtstheorie afzonderlijk besproken.

VI.2.2.

Dynamisch model

Het dynamisch model werd ontwikkeld door GORT M. en KLEPPER S. en wordt uitgebreid beschreven in ‘Time Paths in the Diffusion of Product Innovation’. Het model geeft een prototype van de levenscyclus van een nieuw product. Het woord levenscyclus betekent hier de periode die loopt van de marktintroductie tot aan het eventuele verval of de inkrimping van de markt. Dit tijdsinterval wordt opgedeeld in vijf fasen, gebaseerd op het aantal producenten dat in de markt van het product aanwezig is (zie FIGUUR 5, blz. 80). (GORT M. en KLEPPER S., 1982) Er moet worden benadrukt dat dit model een prototype is. Dit wil in de eerste plaats zeggen dat niet alle fasen in de levenscyclus van elk product voorkomen. Het model is gebaseerd op historische gegevens over de levenscyclus van 46 producten. Ten tweede betekent dit dat het aantal fasen en de grenzen ervan niet volledig vastliggen. De vijf fasen leggen wel de belangrijkste verschuivingen en overgangen in het aantal producenten (en de krachten die tot de veranderingen leiden) vast. De theorie van PEREZ C. en SOETE L. is gelijkaardig aan deze theorie, doch wordt bij hen het tijdsinterval opgedeeld in vier fasen. Deze fasen worden bepaald door de graad van maturiteit die een product bezit. In tegenstelling tot het model van M. en KLEPPER S. is er bij PEREZ C. en SOETE L. geen vervalfase. (GORT M. en KLEPPER S., 1982; PEREZ C. en SOETE L., 1988)

79

De verschillende fasen in het model van GORT M. en KLEPPER S. worden onderscheiden op basis van de evolutie van de netto toetreding tot de markt van het product. De graad van netto toetreding is afhankelijk van het organisationele kapitaal (kapitaal heeft hier de betekenis van informatie over de technologie van het nieuwe product). Er wordt een onderscheid gemaakt tussen menselijk kapitaal en organisationeel kapitaal. Het menselijk kapitaal is in het bezit van een individuele werknemer, terwijl het organisationeel kapitaal tot het bedrijf behoort omdat het legaal de eigenaar ervan is (via een patent bijvoorbeeld), of omdat het afhankelijk is van informatie bij meer dan één werknemer. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

FIGUUR 5: De vijf fasen in de levenscyclus van een product volgens de evolutie van het aantal producenten. (GORT M. en KLEPPER S., 1982, blz. 639)

a) Fase I Deze fase begint bij de introductie van het nieuwe product op de markt. In de meeste gevallen gebeurt dit door één producent, een zeldzame keer door twee of meer producenten gelijktijdig. Het product moet naar behoren functioneren zodat het kan doorbreken op de markt. Tijdens deze eerste fase worden al de eerste verbeteringen aangebracht, zoals het verminderen van de productiekosten en de verbetering van de kwaliteit en betrouwbaarheid. Dit moet de markt voor het product verruimen. Het is ook een leerproces voor zowel de ingenieurs, de werknemers en het management van het bedrijf als voor de consument. (GORT M. en KLEPPER S., 1982; PEREZ C. en SOETE L., 1988)

80

Daaropvolgend treden de concurrenten toe tot de markt. De tijd die zij daarvoor nodig hebben, hangt onder andere af van de grootte van de markt voor het product kort na de introductie, van het aantal potentiële toetreders tot de markt en van het gemak waarmee de innovatie geïmiteerd kan worden. De lengte van de eerste fase is afhankelijk van de graad van verspreiding van technologische informatie. In deze eerste fase is informatie nog vrij gemakkelijk te verkrijgen. Bovendien speelt ervaring op dat moment geen grote rol. Vanuit een historisch perspectief ziet men de communicatiesnelheid alsmaar toenemen, waardoor de lengte van fase I steeds kleiner wordt. De informatie in deze fase wordt vooral verzameld via bronnen buiten de huidige producenten, zoals universiteiten, producenten van onderdelen en machines, etc. Het einde van fase I wordt gekenmerkt door een snelle toename van nieuwe toetreders in de markt. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

b) Fase II In het begin van fase II kent de markt een sterke toename van het aantal toetreders, en dus ook van het aantal producenten. Deze fase komt bij vrijwel elk product voor. Ze wordt enerzijds veroorzaakt doordat innovaties nog vooral extern worden ontwikkeld en anderzijds door de grote winsten van de bestaande producenten. Naar het einde van de tweede fase toe daalt de graad van toetreding. Een eerste oorzaak hiervan is de toenemende ervaring van de bestaande bedrijven (learning by doing), waardoor de toetreders niet met gelijke wapens kunnen concurreren. Een eventuele daling van de winst per bedrijf zorgt ervoor dat het minder aantrekkelijk is om tot de markt toe te treden. Ten derde kan erop gewezen worden dat het aantal potentiële toetreders die nog niet zijn toegetreden tot de markt daalt. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

c) Fase III Fase III begint met een sterke daling van het aantal nieuwe toetreders. Deze daling gaat door tot op het punt waar het aantal nieuwe toetreders gelijk is aan het aantal uittreders uit de markt. De netto toetreding is dus ongeveer nul. Dit is echter geen stabiel evenwicht, maar is afhankelijk van structurele veranderingen in de markt. Naarmate die structurele veranderingen belangrijker worden, evolueert de markt naar fase IV. De technologie is volwassen geworden en de belangrijkste opportuniteiten tot innovatie zijn al benut. Veranderingen zijn vooral gericht

op

kwaliteitsverbeteringen,

nieuwe

marketingtechnieken

en

incrementele

productverbeteringen. (GORT M. en KLEPPER S., 1982) 81

Vanaf deze fase wordt de informatie voor de innovatie meer en meer intern in het bedrijf gecreëerd. Een deel van deze informatie is overdraagbaar en kan dus overgenomen worden door de (toekomstige) concurrenten. Echter een belangrijk en steeds groter wordend deel van de informatie is gebaseerd op ervaring en learning by doing en dus niet overdraagbaar. Deze informatie groeit zo uit tot een belangrijke toetredingsbarrière. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

d) Fase IV De netto toetreding wordt in fase IV negatief. Dit is het gevolg van de opstapeling van structurele veranderingen in fase III. Prijzen en winstmarges bereiken het normale peil onder druk van imitatoren. Hierdoor stijgt opnieuw de druk om te innoveren. Er worden vooral intern in de bedrijven innovaties ontwikkeld. Hierdoor wordt niet alleen de toetredingsbarrière groter, maar dit zorgt er ook voor dat de winstmarges van de minst efficiënte bedrijven verkleinen. Als logisch gevolg daarvan treden een aantal bedrijven uit de markt. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

e) Fase V In fase V is er terug een netto toetreding tot de markt van ongeveer nul. Dit betekent niet dat de markt een uniek evenwicht van het aantal producenten (bijvoorbeeld op basis van de marktgrootte en de schaalvoordelen) heeft bereikt. Deze fase gaat door tot de eventuele inkrimping van de markt door bijvoorbeeld het lanceren van een nieuw product. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

VI.2.3.

Evenwichtstheorieën

Een aantal evenwichtstheorieën, die uitgaan van een uniek evenwicht op de markt, worden hieronder besproken. Achtereenvolgens wordt besproken: de schaaleffecten, de veranderingen in technologie en optimale bedrijfsgrootte, de aanpassingskosten en de toetreding en technologische verandering.

82

a) Schaaleffecten De hypothese van de schaaleffecten stelt dat de productie op lange termijn wordt gekenmerkt door dalende schaalvoordelen. Wanneer door een verandering in het aantal producenten, de totale kost verlaagd kan worden, zal er toetreding of uittreding zijn tot de markt het evenwicht met de laagste totale kosten heeft bereikt. Een verandering van het evenwicht is meestal het gevolg van een toename in het verkoopsvolume. Aangezien alle bedrijven in de markt eenzelfde optimale grootte hebben, kan een toename in het verkoopsvolume enkel verkregen worden door het toetreden van nieuwe bedrijven. Die optimale grootte ligt tussen een minimum en maximum waarde waarbij het bedrijf volop de schaalvoordelen benut en dus het meest efficiënt is. (GORT M. en KLEPPER S., 1982) Wanneer het minimum en het maximum efficiëntieniveau van output constant blijft gedurende de levenscyclus, is de graad van toetreding enkel afhankelijk van het verkoopsvolume. In termen van de vijf fasen van het dynamisch model, voorspelt de theorie van de schaaleffecten een zeer lage outputtoename in de eerste fase, een grotere toename in de tweede fase, een stabilisatie in de derde fase, een afname in de vierde fase en terug stabiel in de laatste fase. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

b) Veranderingen in technologie en optimale bedrijfsgrootte In tegenstelling tot de theorie van de schaaleffecten waarbij men een vaste en optimale bedrijfsgrootte veronderstelt, gaat men hier uit van een veranderlijke optimale bedrijfsgrootte. Deze verandering kan het gevolg zijn van de gecumuleerde informatieverzameling van de bestaande producenten (learning by doing), waardoor de toetredingsbarrières groter worden en dus ook de minimale efficiënte grootte van de bedrijven. (GORT M. en KLEPPER S., 1982) Een andere verklaring is dat wanneer de technologische groei slabakt, installaties en machines minder snel verouderen (de economische levensduur wordt groter). Hierdoor is het voor de producenten voordeliger om over te schakelen op kapitaalintensieve productiemethodes. Dit vergroot evenwel de minimale efficiënte grootte van de bedrijven. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

83

Wanneer we dit model vergelijken met de vijf fasen van het dynamisch model kan gesteld worden dat de graad van toetreding sterk zal afhangen van het outputvolume, behalve wanneer de minimale efficiënte grootte van de bedrijven verandert. In de eerste fase groeit de output nauwelijks, maar wordt die groei positief in de tweede fase. Na fase II stijgt de optimale bedrijfsgrootte door de vertraging van de technologische groei. Fasen III en IV zijn niet direct afhankelijk van de output. In fase V voorspelt de theorie een nulgroei van de output. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

c) Aanpassingskosten Hoewel deze theorie niet werd ontwikkeld voor het verklaren van de graad van toetreding, kan men ze er wel op toepassen. De theorie van aanpassingskosten gaat uit van een optimale groeivoet. Wanneer de markt sterker groeit dan de optimale groeivoet, wordt de bestuurscapaciteit overschreden. Er moeten dan extra kosten gemaakt worden om aan de marktvraag te voldoen. Nieuwe bedrijven treden toe tot de markt, zodat de bestaande bedrijven niet sterker moeten groeien dan de optimale groeivoet en er geen extra kosten gemaakt worden. Onder de optimale groeivoet wordt de bestuurscapaciteit onderbenut met uittreding als gevolg. (GORT M. en KLEPPER S., 1982) Toegepast op de vijf fasen van het dynamisch model, voorspelt de theorie van de aanpassingskosten dat de groei in output ongeveer gelijk is aan de optimale groeivoet in fasen I, III en V. Fase II wordt gekenmerkt door een output die sterker groeit dan de optimale groeivoet, wat tot een sterke toetreding tot de markt leidt. In fase IV daarentegen is de outputgroei kleiner dan de optimale groeivoet, waardoor er bedrijven uit de markt treden. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

d) Toetreding en technologische verandering Een omgeving met een hoge graad van innovatie zorgt voor een grote verscheidenheid in de winstmarges van de bestaande producenten, met als gevolg een groot aantal faillissementen. Dit verhoogt de concentratie van de markt. Wanneer een technologische verandering gemodelleerd wordt als een stochastisch proces, vindt men dat hoe hoger het gemiddelde niveau van de technologische verandering, hoe groter de concentratie in de markt is. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

84

Vertaald naar de vijf fasen van het dynamisch model betekent dit dat er in fase IV een hoge graad van technologische innovatie zou moeten zijn. Gevolg daarvan is een kleine (of negatieve) toetreding. De graad van technologische innovatie neemt terug af in de vijfde fase. (GORT M. en KLEPPER S., 1982)

VI.2.4.

Diffusie van complementaire technologieën

De theorieën die hiervoor werden besproken gaan telkens uit van de diffusie van een geïsoleerde technologie. We kunnen echter veronderstellen dat er interconnecties bestaan tussen verschillende technologieën, zodat de diffusie van de ene technologie de diffusie van de andere beïnvloedt. Technologieën kunnen complementair of substitueerbaar zijn. Twee technologieën die elkaar aanvullen, worden complementair genoemd. Als ze elkaar overlappen, zijn ze substitueerbaar. Stel twee technologieën A en B in een bedrijf. Wanneer de winst van het bedrijf groter is bij het produceren van zowel technologie A als technologie B, zijn de technologieën complementair. In het omgekeerde geval wordt van substituten gesproken. Zo zijn de brandstoftechnologie en de interne verbrandingsmotor substituten. De technologie voor het tanken en produceren van waterstof is complementair met de technologie van de branstofcellen. (STONEMAN P. en KWON M.J., 1994) Wanneer twee technologieën A en B een hoge graad van complementariteit vertonen, zal de diffusie van A niet alleen afhangen van de prijs van A, het aantal gebruikers van A. Ook de prijs van B en het aantal gebruikers van technologie B beïnvloeden de diffusie van A. De volgorde en het tijdstip van diffusie van beide technologieën zal sterk afhangen van de graad van complementariteit tussen technologieën. Hoe groter de graad van complementariteit, hoe groter de verwachting op een vroegere en gelijktijdige diffusie van de technologieën. (STONEMAN P. en KWON M.J., 1994)

VI.3.

Besluit

Innovatie is geen eenmalige gebeurtenis, maar een continu en cumulatief proces van verbeteringen en aanpassingen aan een product of een dienst. Bovendien is het proces van innovatie een onzeker gebeuren, veelal het gevolg van learning-by-doing en learning-byusing. Doorheen de geschiedenis is gebleken dat innovatie steeds afhankelijker is van de 85

vooruitgang in wetenschappelijke kennis. Hierdoor groeit het belang van formele organisaties, zoals universiteiten en gespecialiseerde laboratoria. Ruwweg zijn er twee soorten innovaties. Aan de ene kant zijn er de incrementele innovaties, die continu verlopen. Het zijn slechts kleine veranderingen en aanpassingen, waardoor ze weinig weerstand veroorzaken. Aan de ander kant zijn er radicale, discontinue innovaties. In bepaalde gevallen, zoals bij de brandstofceltechnologie, vereisen ze veranderingen in de infrastructuur. Radicale innovaties veroorzaken meer weerstand, waardoor ze moeilijker te introduceren zijn. Een innovatie begint als opportuniteit en groeit uit tot een paradigma. Daarna wordt een technologisch traject gestart, waaruit een technologie ontstaat. Na verloop van tijd wordt deze geïmiteerd. Een nieuwe technologie vormt een opportuniteit voor een bedrijf wanneer aan drie voorwaarden wordt voldaan. Ten eerste mag die bepaalde technologie nog niet eerder ontdekt zijn. Vervolgens moet er een markt voor het nieuwe product zijn en ten derde moet verwacht worden dat men er winst mee kan maken. Het paradigma definieert de noden die vervuld moeten worden opdat het product zou voldoen aan de eisen van de potentiële klanten. Bij de ontwikkeling van nieuwe kennis, wordt gesteund op de voorheen opgebouwde kennis. Op die manier wordt onbewust een technologisch traject opgebouwd. Op die manier ontstaat een technologie, die ruimer is dan een bundeling van informatie. Ze bevat namelijk logische en specifieke kennis, die niet vervat kan worden in een tekst. Nadat een technologie door een bepaald bedrijf werd ontwikkeld, bestaat de kans dat een concurrerend bedrijf de nieuwe technologie imiteert. PAVITT K. (1984) deelt de economie op volgens de verschillen in de manier en de snelheid van innovatie. Hierdoor ontstaan vier groepen, namelijk de aanbodgedomineerde sectoren, de schaalintensieve sectoren, de gespecialiseerde aanbieders en de wetenschappelijke sectoren. Dit zijn de intersectoriële verschillen in innovatie. Daarnaast vinden we intrasectoriële verschillen in innovatie. DOSI G. (1988a) omschrijft drie belangrijke oorzaken van deze verschillen, namelijk de graad van asymmetrie binnen een sector, de technologische verscheidenheid en de gedragsdiversiteit. Daarna volgt de diffusie van de innovatie, dit is de toename van het aantal producenten dat zich toelegt op de productie van het nieuwe product. Algemeen bestaan twee groepen van theorieën rond de diffusie van innovaties. Enerzijds is er het dynamisch model, dat de levenscyclus van een nieuw product opdeelt in vijf fasen. Anderzijds zijn er de verschillende 86

evenwichtstheorieën, die uitgaan van een uniek evenwicht op de markt. Het dynamisch model werd ontwikkeld door GORT M. en KLEPPER S. en geeft een prototype van de levenscyclus van een nieuw product. Het tijdsinterval wordt opgedeeld in vijf fasen, gebaseerd op het aantal producenten dat in de markt van het product aanwezig is (zie FIGUUR 5, blz. 80). De verschillende evenwichtstheorieën bekijken de levenscyclus van een product telkens vanuit een andere invalshoek. Zo bestaan theorieën rond schaaleffecten, veranderingen in technologie en optimale bedrijfsgrootte, aanpassingskosten en toetreding en technologische verandering. Er bestaan interconnecties tussen verschillende technologieën, zodat de diffusie van de ene technologie de diffusie van de andere beïnvloedt. Twee technologieën die elkaar aanvullen, worden complementair genoemd. Als ze elkaar overlappen, zijn ze substitueerbaar.

87

ALGEMEEN BESLUIT De brandstofceltechnologie is een belangrijke technologie voor het verminderen van het broeikaseffect. Bovendien kan ze een oplossing bieden voor de nakende uitputting van de oliereserves. Brandstofcelvoertuigen zijn echter nog niet verkrijgbaar op de markt. Ondanks de inspanningen van de publieke en private organisaties, bestaan nog heel wat hindernissen die moeten worden overwonnen. Het tijdstip waarop de brandstofceltechnologie in grote getale gebruikt zal worden in voertuigen, is moeilijk te voorspellen. De omvorming van een op fossiele brandstoffen gebaseerde economie naar een waterstofeconomie is immers een zeer complex proces. Autoconstructeurs als General Motors, Ford en DaimlerChrysler verwachten een beperkte introductie van de brandstofcelauto’s in 2010. Toyota daarentegen verwacht dat de markt pas in 2030 klaar zal zijn voor brandstofcelauto’s. De brandstofceltechnologie staat niet meer in zijn kinderschoenen, maar is eveneens nog niet volledig ontwikkeld. Een aantal heel belangrijke barrières hebben te maken met tekorten in de technologie. Zo zijn er problemen om een voldoende hoeveelheid waterstof aan boord van het voertuig op te slaan. Wanneer men bovendien eist dat het opslagsysteem een aanvaardbare kostprijs, een beperkt gewicht en een beperkt volume heeft, blijkt de huidige technologie verre van toereikend. Daarenboven wordt nog teveel gebruik gemaakt van het dure platina in het MEA van de brandstofcel en moet de duurzaamheid ervan bij dagelijkse omstandigheden nog worden bewezen. Overigens heeft de brandstofcel problemen met het starten bij koude temperaturen. De producenten van brandstofcellen en opslagsystemen werken hard om deze barrières te overwinnen, maar dit alleen is niet genoeg. Zelfs wanneer alle technologische hindernissen worden overwonnen, betekent dit niet noodzakelijk een snelle introductie van brandstofcelvoertuigen. Er is namelijk een enorm gebrek aan infrastructuur. Hierdoor is het op dit moment nog onmogelijk voor de brandstofceltechnologie om geïntroduceerd te worden op de markt. Het tijdstip waarop dit wel mogelijk zal zijn, hangt af van de snelheid waarmee een netwerk van infrastructuur kan worden opgebouwd. De private sector en de overheden bundelen de krachten, vooral voor het bouwen van waterstoftankstations. Het kost het enorm veel om een netwerk van waterstoftankstations uit te bouwen. Bovendien kan er nog niets terugverdiend worden, 88

aangezien er nog geen auto’s op waterstof rondrijden. Zolang er niet genoeg tankstations zijn voor waterstof, zullen consumenten weigeren een brandstofcelauto te kopen. Naast de infrastructuur voor het tanken van waterstof, vereist de introductie van de brandstofcelauto een uitbreiding van de capaciteit voor de productie en de zuivering van waterstof. Bovendien moet waterstof worden getransporteerd naar de verschillende tankstations. Om dit alles te verwezenlijken zijn belangrijke investeringen nodig, die zowel van de private als de publieke sector kunnen komen. Zelfs wanneer de infrastructuur voldoende wordt uitgebouwd en de technologische hindernissen overwonnen worden, is het succes van de brandstofcelauto niet volledig verzekerd. Er bestaat immers zoiets als de carbon lock-in. Een deel van deze lock-in wordt opgelost door de uitbouw van de infrastructuur. De fossiele brandstoffen zitten echter ingewerkt in de industrie. Vooreerst moeten autoconstructeurs belangrijke veranderingen ondergaan. De brandstofcel kan de interne organisatie van een autoconstructeur volledig omgooien. Daarenboven bestaat rond een autoconstructeur een netwerk van toeleveranciers, die door de radicale verandering hun werk kunnen verliezen. Producenten van interne verbrandingsmotoren worden vervangen door producenten van brandstofcellen en elektrische aandrijvingen. Dit zal echter niet zonder kleerscheuren verlopen, aangezien de belangengroepen van de ICE-producenten op dit moment veel macht hebben. Daarenboven hebben ook de olieproducenten machtige belangengroepen. Consumenten zorgen tevens voor een deel van de carbon lock-in. Door het radicale karakter van de omvorming naar brandstofcelvoertuigen, heerst er bij de consumenten een grote weerstand. Het is belangrijk dat gewoonten zo weinig mogelijk moeten worden veranderd. Bovendien hebben consumenten slechts een matig vertrouwen in een nieuwe technologie. Een voldoende duurzaamheid moet daarom bewezen zijn. Het is eveneens noodzakelijk dat de consument door het kopen van een brandstofcelauto niets moet inleveren, bijvoorbeeld op het vlak van prestaties of comfort. Voor het opheffen van de carbon lock-in is een belangrijke rol weggelegd voor de beleidsvoerders. In de eerste plaats is het noodzakelijk dat de wetgeving die de fossiele brandstoffen bevoordeeld, wordt afgeschaft. Vervolgens kan een nieuwe wetgeving worden opgezet ter bevordering van de introductie van brandstofcelvoertuigen. De beleidsmakers kunnen de vereisten van de voertuigen die worden verkocht immers zodanig aanpassen dat de 89

brandstofceltechnologie hierbij voordeel heeft. De introductie zal voor een groot deel afhangen van de inspanningen die de overheid doet. Om veranderingen door te voeren, zal de overheid weliswaar moeten opboksen tegen de machtige belangengroepen van de industrie rond fossiele brandstoffen. Een bruikbare methode is het Strategic Niche Management. Via SNM wordt de publieke opinie beïnvloed en tegelijk de brandstofceltechnologie getest. Bovendien wordt hiermee weinig tegenwind gecreëerd, omdat het ‘slechts’ om nichemarkten gaat. Zo kunnen de lijnbussen en overheidsvoertuigen vervangen worden door exemplaren met brandstofcellen. Het CUTE-project in de Europese Unie, waarbij lijnbussen worden ingezet in een aantal grote Europese steden, is hiervan een mooi voorbeeld. Algemeen kan besloten worden dat de marktintroductie van brandstofcelvoertuigen nog niet voor de eerstkomende jaren is. Of die introductie zich zal voordoen in 2010 (zoals General Motors, Ford en DaimlerChrysler verwachten), dan wel in 2030 (zoals Toyota verwacht), hangt af van het tempo waarmee de technologische barrières worden overwonnen en waarmee de carbon lock-in kan worden weggewerkt. De inspanningen van de publieke en private organisaties bepalen voor een groot stuk dit tempo.

90

LIJST VAN GERAADPLEEGDE WERKEN ÅHMAN M., Forthcoming, Government policy and the development of electric vehicles in Japan, Energy Policy, 11 blz. AMOS W.A., 1998, Cost of Storing and Transporting Hydrogen, National Renewable Energy Research, 216 blz. Ballard Power Systems, 2004a, Consolidated Financial Statements, 36 blz. Ballard Power Systems, 2004b, Transportation – clean reliable efficient quiet progressive – Power to change the world, URL: . (09/04/2005) Ballard Power Systems, 2004c, About Ballard – technology responsibility expertise vision – Power to change the world, URL: . (09/04/2005) Ballard Power Systems, 2005a, 2004 Ballard Management’s discussion and analysis, URL: . (21/03/2005) Ballard Power Systems, 2005b, News Release: Ballard Power Systems Announces Significant Advances in Fuel Cell Stack Technology, URL: . (04/03/2005) Ballard Power Systems, 2005c, Commercially Viable Fuel Cell Stack Technology Ready by 2010, URL: . (30/03/2005)

VIII

BIRDSONG A., 2005, California Drives the Future of the Automobile, World Watch, vol. 18, nr. 2, blz. 26-30. BUSH

G.W.,

2005a,

The

State

of

the

Union,

2

Februari

2005,

URL:

. (26/02/2005) BUSH G.W., 2005b, President discusses American and European alliance in Belgium, 21 Februari 2005, URL: . (26/02/2005) Chronology of a European commitment, 2004, RTD Info – Magazine on European Research, nr. 42, Augustus 2004, blz 5. DaimlerChrysler, 2005, On Course for the Real World - Fuel-Cell Vehicles Tested in Every Day Life, URL: . (09//04/2005) DaimlerChrysler Unveils New Fuel Cell Vehicle in Geneva, 2005, Hydrogen & FC Cars, URL: . (06/04/2005) Diesel Advocate – DaimlerChrysler’s Prof. Kohler argues for diesels over hybrids and lays out his views on hydrogen fuel cell vehicles, 2004, Automotive Industries, December 2004, blz. 11. DOSI G., 1988a, Sources, Procedures, and Microeconomic Effects of Innovation, Journal of Economic Literature, vol. 26, nr. 3, September 1988, blz. 1120-1171. DOSI G., 1988b, The Nature of the Innovative Process’, in: DOSI G. et al., ‘Technical Change and Economic Theory, Printer Publishers, London en New York, blz. 221-238. ERDLE K.E., 2001, Grundlagen, Stand und Perspektiven der Brennstoffzellen-Technik, in: Stationäre Brennstoffzellenanlagen - Markteinführung, VDI-Berichte 1596, Düsseldorf, 175 blz.

IX

EUROPEAN COMMISSION, 2000, Green Paper – Towards a European strategy for the security of energy supply, 111 blz. EUROPEAN COMMISSION, 2003, ‘EUR 20719 EN - Hydrogen Energy and Fuel Cells – A vision of our future’, 36 blz. EUROPEAN COMMISSION, 2004, Waterstofeconomie: nieuw “Quick Start”-initiatief van de EU op het gebied van waterstof en brandstofcellen, 18 maart 2004, URL: . (02/04/2005) FERNANDES T.R.C., CHEN F., DA GRAÇA CARVALHO M., 2005, “HySociety” in support of European hydrogen projects and EC policy, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 30, nr. 3, blz. 239-245. Fill It Up With Hydrogen, 2004, Deutsche Welle, 13 november 2004, URL: . (02/04/2005) Fuel cell car, bus fleets launched by DaimlerChrysler, 2002, Fuel Cell Bulletin, December 2002. Fuel Cell Handbook (Sixth Edition), 2002, U.S. Department of Energy, Office of Fossil Energy en National Energy Technology Laboratory, 451 blz. Fuel Cell Vehicle World Survey 2003, 2004, Breakthrough Technologies Institute, Washington, 144 blz. Fusie Stuart en Hydrogenics moet waterstofbedrijf rendabel maken, 2004, De Tijd, 13 november 2004, blz. 11. GASTEIGER H.A., KOCHA S.S., SOMPALLI B. en WAGNER F.T., 2005, Activity benchmarks and requirements for Pt, Pt-alloy, and non-Pt oxygen reduction catalysts for PEMFCs, Journal of Applied Catalysis B: Environmental, vol. 56, blz. 9-35.

X

General Motors, 2005, GMability – Advanced Technology: Fuel Cell Vehicles, URL: . (09/04/2005) GM Fuel Cell Marathon, URL: . (04/03/2005) GORT M. en KLEPPER S., 1982, Time Paths in the Diffusion of Product Innovations, The Economic Journal, vol. 92, nr. 367, September 1982, blz. 630-653. GORT M. en WALL R.A., 1986, The Evolution of Technologies and Investment in Innovation, The Economic Journal, vol. 96, nr. 383, September 1986, blz. 741-757. H2 Hour, 2004, RTD Info – Magazine on European Research, nr. 42, Augustus 2004, blz 9-11. HALL J. en KERR R., 2003, Innovation dynamics and environmental technologies: the emergence of fuel cell technology, Journal of Cleaner Production, nr. 11, blz. 459-471. HILLIARD H.E., 2000, Platinum-Group Metals, U.S. Geological Survey Minerals Yearbook 2000, 13 blz. HOGARTH M., 2003, Prospects of the Direct Methanol Fuel Cell, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology Handbook, CRC Press, 11 blz. HOOGERS G., 2003a, Introduction, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology Handbook, CRC Press, 5 blz. HOOGERS G., 2003b, The Fueling Problem: Fuel Cell Systems, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology Handbook, CRC Press, 23 blz. HOOGERS G., 2003c, Automotive Applications, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology Handbook, CRC Press, 41 blz. Hydrogenics Corporation, 2003, Annual Report 2003, 76 blz.

XI

Hydrogenics Corporation, 2005a, Hydrogenics Corporation Succeeds In Bid For Stuart Energy Systems Corporation, URL: . (09/04/2005) Hydrogenics Corporation, 2005b, Hydrogenics Reports Fourth Quarter And Full Year 2004 Results, URL: . (09/04/2005) HydrogenSource,

2004,

HydrogenSource

to

be

dissolved,

URL:

. (23/04/2005) Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program – Multi-Year Research, Development and Demonstration Plan, 2005, U.S. Department of Energy – Energy Efficiency and Renewable Energy, 280 blz. Hydrogen is on the way, 2004, RTD Info – Magazine on European Research, nr. 42, Augustus 2004, blz 3-5. International Partnership for the Hydrogen Economy, 2003, Terms of Reference for the International Partnership for the Hydrogen Economy, URL: . (02/04/2005) IPCC, 2001, Climate Change 2001: Synthesis Report – Summary for Policymakers, 34 blz. IVANHOE L.F., 1997, Get ready for another oil shock!, The Futurist, vol. 31, nr. 1, blz. 2024. JACOBSSON S. en BERGEK A., 2004, Transforming the Energy Sector : The Evolution of Technological Systems in Renewable Energy Technology, Industrial and Corporate Change, vol. 13, nr. 5, blz. 815-849. JACOBSSON S. en LAUBER V., Forthcoming, The politics and policy of energy system transformation – explaining the German diffusion of renewable energy technology, Energy Policy, 21 blz.

XII

KARLSTRÖM M., 2005, Local Environmental Benefits of Fuel Cell Buses – A Case Study, Journal of Cleaner Production, vol. 13, nr. 7, blz. 679-685. KUIK O. en MULDER M., 2004, Emissions trading and competitiveness: pros and cons of relative and absolute schemes, Energy Policy, vol. 32, nr. 6, blz. 737-745. Leading the way – Fuel-cell vehicles from Toyota and Honda are hitting the streets for customer use in both Japan and the U.S., 2003, Automotive Engineering International, maart 2003, blz. 54-58. Lighthouses for Hydrogen, 2004, Shell Venster, november/december 2004, blz. 6-10. Mercedes-Benz, 2005, De F-Cell Citaro met een actieradius van 200 kilometer, URL: . (16/04/2005) MOONEY C., 2005, Some Like It Hot, Mother Jones, mei/juni 2005, URL: . (20/04/2005) NARUSAWA K. et al., 2004, Study on Fuel Cell Poisoning Resulting From Hydrogen Fuel Containing Impurities – F2004 F397, Fisita World Automotive Congress, Barcelona, mei 2004, 14 blz. NORBECK J.M. et al., 1996, Hydrogen Fuel for Surface Transportation, Society of Automotive Engineers, Warrendale, 548 blz. PAVITT K., 1984, Sectoral Patterns of Technical Change: Towards a Taxonomy and a Theory, Research Policy, vol. 13, nr. 6, blz. 343-374. PEAVEY M.A., 2003, Fuel From Water – Energy Independence With Hydrogen, Merit, Louisville, 256 blz. PEREZ C. en SOETE L., 1988, Catching up in Technology: Entry Barriers and Windows of Opportunity, in: DOSI G. et al., ‘Technical Change and Economic Theory’, Printer Publishers, London en New York, blz. 458-479. XIII

Plug Power, 2003, Annual Report 2003, 48 blz. RIFKIN J., 2004, De Waterstofeconomie – schone en duurzame energie voor iedereen, Lemniscaat, Rotterdam, 327 blz. SANDÉN B.A. en AZAR C., 2005, Near-term technology policies for long-term climate targets – economy wide versus technology specific approaches, Energy Policy, vol. 33, nr. 12, blz. 1557-1576. STONE R., 2003, Competing Technologies for Transportation, in: HOOGERS G., Fuel Cell Technology Handbook, CRC Press, 29 blz. STONEMAN P. en KWON M.J., 1994, The Diffusion of Multiple Process Technologies, The Economic Journal, vol. 104, nr. 423, Maart 1994, blz. 420-431. STUBBE E., 1998, Brandstofcellen voor stationaire energieproductie, in: Studienamiddag: brandstofcellen, De Nayer Instituut, Sint-Katelijne-Waver. Toyota: Volume fuel cell cars are at least 25 years away, 2005, Automotive News, vol. 79 nr. 6130, blz. 36. Types Of Fuel Cells, 2004, U.S. Department of Energy – Energy Efficiency and Renewable Energy, URL: . (20/02/2005) UNRUH G., 2000, Understanding carbon lock-in, Energy Policy, vol. 28, nr. 12, blz. 817-830. UNRUH G., 2002, Escaping carbon lock-in, Energy Policy, vol. 30, nr. 4, blz. 317-325. UNRUH G. en CARRILLO-HERMOSILLA J., Forthcoming, Globalizing carbon lock-in, Energy Policy, 13 blz. United States Department of Energy, 2002a, National Hydrogen Energy Roadmap, 58 blz. XIV

United States Department of Energy, 2002b, A National Vision of Amerika’s Transition to a Hydrogen Economy – To 2030 and Beyond, 35 blz. U.S.

Has

Three-Pronged

Climate

Change

Strategy,

Envoy

Says,

2004,

URL:

. (02/04/2005) VAN LANGENHOVE H. en SERCU B., 2004, Milieutechnologie – luchtverontreiniging, 67 blz. Waterstofbedrijven Hydrogenics en Stuart fuseren, 2004, De Tijd, 12 november 2004, blz. 14. ZHOU L., 2005, Problems and progress in hydrogen storage methods, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 9, blz. 395-408.

XV