Ballart investeerd handenvol geld in pionierswerk en kan bedrijfsspionage missen als kiespijn." Sinds 1983 voert Ballard Power Systems diepgaand onderzoek naar het opwekken van elektriciteit door met waterstof aangedreven brandstoffen. Naar aanleiding van de olie-crisis in de jaren zeventig organiseerde de Canadese regering een onderzoeksproject naar brandstofceltechnologie. "Dat klonk als muziek in de oren van onze toenmalige inginieurs", zegt Becky. "Ballard begon in 1979 als onderzoekscentrum van lithiumbatterijen. In 1983 zijn we overgeschakeld naar brandstofcellen. Ballard Power Systems ontwikkelde zich in sneltreinvaart tot een aantrekkelijke bedrijf voor slimme, creative ingenieurs. Nu zijn we wereldleider op de markt van brandstofcellen."
Herontdekking van oude technologie
Eind vorige eeuw werden brandstofcellen de hemel in geprezen als hét schone en duurzame alternatief voor de vervuilendeen schaarser wordende olie. "Na de oliecrisis van de jaren zeventig beseften zelfs de grote Amerikaanse autoconstructeurs dat ze op zoek moesten naar een 'propere' motor", zegt Silvano Pozzi, hooft R&D van Ballard. "Dus hebben een aantal onder hen vanaf het begin veel geld in ons bedrijf geïnvesteerd. Om elektriciteit op te wekken worden brandstofcellen gevoed door de onuitputtelijke bronnen waterstof en zuurstof. De cellen zijn volkomen geluidloos, hebben geen CO2-uitstoot en produceren als enige bijproduct warm water."
De Puyo, een milieuvriendelijke conceptauto van Honda, rijdt niet op benzine of diesel, maar op waterstof.
Welkom in de wondere wereld van brandstofcellenfabrikant Ballard
Ballard Power Systems bouwde in 2000 in Burnaby blij Vancouver de allereerste brandstofcellenfabriek ter wereld. In het 5.000 m² grote complex worden dag en nacht brandstofcelstacks geproduceerd. Productie-manager Lance Woodring neemt ons op sleeptouw: "Dit is de belangrijkste plaats ter wereld waar commerciële applicaties voor brandstofcellen gemaakt worden", zegt hij fier. 200 operatoren, onderzoekers en inginieurs werken er continu in drie ploegen. De fabriek oogt als een grote, supercleane drukkerij, met printers, persmachines, ovens en computers. De sfeer is relaxed.
De branstofcel voor beginners
De kerns van elke brandstofcel is het 'protonuitwisselingsmembraan', een dun vliesje dat de cel in tweeën snijdt. Lance Woodring: "De ene helft van de cel krijgt waterstof (H2) toegevoegd, de andere helft zuurstof (O2). Van zodra waterstof en zuurstof elkaar in de gaten krijgen, willen ze samen (H2O) vormen. Het membraan doet dienst als zeef en laat alle protonen van de stoffen door, maar houdt de elektronen tegen. De elektronen gaan op zoek naar een weg om toch bij elkaar te geraken. Het membraan zit geklemd tussen twee katalysatoren, die de waterstofelektronen omleiden, rakelings langs het membraan. Die elektronenstroom zorgt voor elektriciteit."
Lance toont ons hoe het afgewerkte membraan in een machine tussen twee katalysators geperst wordt. "Het resultaat is een brandstofcel of MEA, 'Membraan Electro Assemblage'."
Verschillende MEA's worden samengevoegd tot een stack. "Een kleine stack bestaat uit vijtig brandstofcellen - wat goed is voor vier kilowatt stroom. In het begin worden die cellen samengehouden door lange vijzen en schroeven. Nu worden ze met lasertechnologie aaneen gelast. Omdat we al die vijzen en schroeven niet meer nodig hebben, is de stack veel kleiner en gebruiksvriendelijker geworden.
Productiemanager Lance Woodring: "Dit is de belangrijkste plaats ter wereld waar commerciële applicaties voor brandstofcellen gemaakt worden." 200 operatoren, onderzoekers en ingenieurs werken er continu in drie ploegen.
In de beginjaren bouwden de ingenieurs van Ballard voornamlijk prototypes, om de grondbeginselen van de brandstofceltechnologie tot in de finesses te leren doorgronden. Silvano: "Ook al was het principe van de brandstofcel vrij oud, toch stond de technologie begin jaren tachtig nog in haar kinderschoenen."
De eerste brandstofcel werdt helverwege de negentiende eeuw ontwikkeld door de Engelse fysicus William Grove. In 1839 beschreef hij een experiment waarbij hij twee platinastrips in zwavelzuur plaatste. Hij bracht de ene strip met waterstof en de andere met zuurstof in contact, en ontdekte dat er een elektrische stroom liep tussen beide. Het zou tot de tweede helft van de twintigste eeuw duren vooraleer de ontdekking van Grove de eerste praktische toepassing kreeg. "De hoge kost heeft de massa-productie van brandstofcellen altijd in de weg gestaan", zegt Silvano. "On onderzoek focuste zich van bij de start op het drukken van de kosten. Alleen zo kunnen brandstof-cellen gecommercialiseerd worden. In samenwerking met Mercedes bouwden we het allereerste prototype voor een brandstof-celcombinatie - een stack - voor de auto. De stack vertegenwoordigde vijf kilowatt, zoveel als het vermogen van drie vaatwas-machines samen. Dat stond nog heel ver af het vermogen van een doorsnee verbrandingsmotor. Om een kleine bestelwagen aan de praat te krijgen, moesten we de hele laadruimte vol stacks plaatsen. Maar het lukte. De volgende uitdaging was om de stacks kleiner, lichter, krachtiger en goedkoper te maken." Het meest recente ontwerp voor een autobrandstofcelstack heeft volgens Silvano alles in zich om het commercieel te maken. "De stack produceert 85 kilowatt, of 120 pk, evenveel als een moderne verbrandingmotor."
Nieuwe strategie
Wereldwijd rijden er meer dan honderd prototypes rond van op waterstof aangedreven auto's, powered bij Ballard. "Ze moeten in niets onderdoen voor benzine- of diesel-auto's", zegt Guy McAree, directeur Strategie. "Integendeel, vanuit milieuoogpunt presteren ze stukken beter, ze maken geen lawaai, vervuilen niet en stoten geen gram CO2 uit." Toch nam Ballard begin november 2007 de ingrijpende beslissing om de commercialisering van brandstofcellen voor auto's in 2008 af te stoten. "Dat lijkt op het eerste gezicht bizar, maar we hebben een keuze. We schatten dat het nog minstens een decennium zal duren eer de brandstofcellenauto commercieel haalbaar is. Sinds de start draait Ballard verlies. We kunnen het ons gewoon niet meer permitteren om nog eens tien jaar lang handen vol geld aan de waterstofauto uit te geven. Daarom verkopen we nu onze automobieldivisie aan Daimler en Ford. We houden een stevige vinger in de pap doordat we 20 procent van de aandelen van de op te richten nieuwe firma in handen zullen hebben. Maar in de nabije toekomst kiezen we ervoor om al onze energie in brandstofceltoepassingen te investeren die wel snel rendabel kunnen worden, zoals stacks voor forklifts, residentiële warmtekrachtkoppelingcentrales, back-upstroom voor de telecom en autobussen.
Tussendoor
Men zou bijvoorbeeld het volgende kunnen doen: de elektrische auto die geheel aangedreven wordt met accu's opladen aan tankstations die elektriciteit produceren met waterstof stacks of binnekort gewoon in de garage waar de stekker gewoon in het stopcontact wordt gestoken. Kerncentrales kunnen vervangen worden door grote hoeveelheden stacks die elektriciteit produceren voor heel het land of men kan de centrale CV's van particulieren vervangen door waterstof stacks die de verbruiker voorzien van warm water en elektriciteit.
Ballard Power Systems in cijfers
- gesticht in 1979 als Ballard Research door Canadese zakenman Geoffrey Ballard.
- stelt 550 mensen tewerk
- Wereldmarktleider in de productie van brandstofcellen.
- genoteerd op de Canadese beurs en de Nasdaq
- verkochte brandstofcelunits in 2007: ongeveer 400 stuks
- omzet 2006: 50 miljoen dollar
- verlies 2006: 180 miljoen dollar
Waterstof: licht ontvlambaar en toch veilig?
Ingenieur Tony Cochrane: "Waterstof is tukken veiliger dan diesel of propaan. In Noord-Amerika houden gezinnen 's zomers een barbeque in de tuin, met een grote tank propaan vlakbij, zonder dat ze beseffen dat ze gevaar lopen. Waterstof is vrij risicoloos. Als er een lek is, vervliegt het snel, in tegenstelling tot benzine, Waterstof is gemakkelijker onder controle te houden dan de meeste brandstoffen die we elke dag gebruiken."
Waterstof in Vlaanderen
- in juni 2007 rolde bij busbouwer Van Hool (met financiële steun van de Vlaamse overheid) de eerste experimentele hybride waterstofbus in Vlaanderen van de band.
- het bedrijf Hydrogenics in Oevel produceert waterstof uit waterelektrolyse.
- Air Liquide, Umicor en Solvay voeren onderzoek naar brandstofcellen.
- het 'Vlaamse Samenwerkingsverbanc Branstofcellen' groepeert een aantal 'waterstofbedrijven' en verdedigt hun belangen bij de overheid.
Brandstofcellen in de praktijk
Waterstofauto's zijn niet voor morgen, maar welke marktsegmenten zijn wel rijp voor brandstofceltechnologie? De experts van Ballard spelen hun troeven uit.
1. Huis verwarmen met warmtekracht-koppeling
Het grootste commerciële succes scoort Ballard met de productie van brandstof-cellen voor residentieel gebruik. "Vooral in Japan gooien onze warmtekracht-koppelingcentrales hoge ogen", zegt ingenieur Terry Howe. "Japan is gedoemd om 84 procent van zijn totale energieverbruik te importeren. Daarom heeft de regering een programma opgestart om warmtekrachtkoppeling op basis van brandstofcellen te promoten. In onze wartekrachtkoppelingcentrale zit een systeem dat vaak gebruikte brandstoffen zoals aardgas, propaan of kerosine omzet in waterstof. De waterstof gaat naar onze brandstofcel die elektriciteit produceert. Het bijproduct, warm water, wordt opgeslagen in een boiler en dient om het huis te verwarmen. De Japanse huizen zorgen met hun warmtekrachtkoppeling volledig autonoom voor hun elektriciteit, warm water en verwarming. Een Japanse familie bespaart zo jaarlijks 600 dollar. 550 gezinnen halen momenteel hun energie uit onze brandstofcellen. Ons systeem kan het totale energie-verbruik van Japan met 30 procent verminderen en reduceert de CO2-emissie met 40 procent. De Japanse regering geeft subsidies aan mensen die onze warmtekrachtkoppelinginstallatie aanschaffen."
2. Heftrucks op waterstof
We hebben ons eerste contract voor de levering van stacks (brandstofcel-combinatie, nvdr) voor heftrucks binnen", glundert ingenieur Mike Rosenberg. "Eind 2009 hopen we helemaal concurrentieel te zijn. Onze heftrucks zijn veertien maanden lang uitgebreid getest in de magazijnen van Wal-Mart en Nissan. En we weten het nu wel zeker: de technologie lost alle verwachtingen in. De Noor-Amerikaanse heftruckmarkt is immens. Elk jaar worden er 700.000 nieuwe conventionele heftrucks op batterijen of diesel verkocht. Onze brandstofcellen zijn milieuvriendelijker dan diesel, en veel duurzamer dan batterijen. Brandstofcellen geven constante energie en kunnen snel hervuld worden. Waterstof tanken duurt minder dan twee minuten. Het grootste bezwaar voor bedrijven om in onze heftrucks te investeren, is dat ze meteen ook veel geld kwijt zijn aan een waterstof-tankstation."
3. Back-upstroom voor gsm-zendmast
Ingenieur Tony Cochrane voorspelt een voorspoedige toekomst voor brandstof-cellen als leverancier van back-upstroom. "GSM-operatoren hebben over het hele land zendmasten staan. Elke mast moet een voorziening voor back-upstoom hebben, want als de elektriciteit uitvalt, light het hele netwerk plat. Vandaag wordt de meeste back-up geleverd door batterijen of diesel-generatoren. Door de stijgende terreurdreiging is de bezorgdheid over falende netwerken gestegen. Vroeger moesten zendmasten over 4 uur back-up beschikken, nu zijn er regels die tot 24 uur back-up voorschrijven. Dat haal je nooit met gewone batterijen. Met brandstofcellen wel, want hun back-uptijd is oneindig. Ze hebben en kleine ecologische voetafdruk en kunnen alle weersomstandigheden aan. Als we de benodigde waterstof produceren door elektrolyse van water met behulp van wind en zonne-energie, kunnen we back-upstroomunits installeren die totaal autonoon en milieu-vriendelijk zijn. Dit zou ook een goede oplossing zijn voor ziekenhuizen waar een stroompanne desastreuze gevolgen kunnen hebben.
4. Bussen op waterstof
Wereldwijd rijden er dertig Ballard-autobussen rond met branstofcellen die gevoed worden door waterstof. "Als je een dieselbus vervangt door een bus op waterstof, bespaar je 135 ton CO2 per jaar", zegt ingenieur Paul Cass. "Omwille van de zero-uitstoot is er veel overheidsinteresse in brandstofcellen voor bussen. Sinds 1993 zijnn we bezig met de ontwikkeling van brandstofcelbussen. In het begin van onze experimenten reden al onze bussen alleen op waterstof. Nu opteren we voor hybride versies, waarbij een batterij mee de motor van de bus draaiende houdt. Dat helpt de kosten te drukken.
1. Wereldwijd olieverbruik.
2. Prijsontwikkeling van ruwe olie (in dollars per vat).
3. De top 10 van de oliemaatschappijen.
4. Het gevecht om de winnende technologieën in de hernieuwbare energie.
5. Wereldwijde race naar hernieuwbare energie bronnen.
6. Zonne-energie uit Midden-Oosten.
7. Waterstof, de brandstof van de toekomst?
8. De rol van nationale overheden bij energie verdeling.
9. Hoe kunnen we afkicken van olie? Grote bedrijven doen het ons voor.
10. Kernfusie, de eeuwige belofte als duurzame energie?
11. De goudkoorts in hernieuwbare energie
12. Stoot waterstof olie van de troon?
13. Olievoorraden in de wereld.
14. Natuurlijk afbreekbaar plastic op basis van natuurproducten zoals maïs.
