Aandrijving van de toekomst: waterstof, elektrisch of iets anders?

De blog van vorige week ging over het ambitieuze AeroDelft-project, waar studenten een vliegtuig aandrijven met vloeibare waterstof, en aantoonden hoe veelbelovend waterstof kan zijn voor emissievrije luchtvaart, maar ook welke uitdagingen ermee gepaard gaan. Dit roept een bredere vraag op: wat wordt de aandrijving van de toekomst voor onze mobiliteit? Zoals beloofd, is dat het thema van deze blog, waarin het gaat over waterstof, elektrisch (batterijen) en andere alternatieven.

Waterstof: hoe staat het ervoor?

Waterstof wordt vaak genoemd als dé brandstof van de toekomst. De door waterstof gevoede brandstofcel levert namelijk energie aan de elektromotor, zónder CO₂-uitstoot. Daarnaast heeft waterstof een hoge energiedichtheid per massa, wat voertuigen een groot bereik geeft. In combinatie met het snelle “tanken” maakt dat waterstof aantrekkelijk, vooral voor zwaar vervoer zoals bussen en vrachtwagens.

Toch kleven er forse nadelen aan. Tijdens de productie (elektrolyse) van waterstof en omzetting naar elektriciteit gaat veel energie verloren. Een waterstofauto verbruikt daardoor per kilometer ongeveer drie keer zoveel energie als een standaard elektrische auto. Waterstof is vooralsnog dus een minder efficiënte én duurdere oplossing. Daarnaast is de productie vaak niet schoon. De meeste waterstof komt uit aardgas, waarbij CO₂ vrijkomt (grijze waterstof). Groene waterstof, gemaakt met hernieuwbare stroom, is schaars en kostbaar.

Opslag en infrastructuur zijn ook een uitdaging. Door de lage energiedichtheid per volume (let op: de energiedichtheid per massa is wél hoog!) moet het onder hoge druk (700 bar) of als vloeistof bij -253 °C moet worden opgeslagen. Dat vergt dure tanks en kost extra energie. Nederland telt momenteel zo’n 25 waterstoftankstations, met een doel van 50 in 2025, wat weinig is in vergelijking met de tienduizenden laadpunten voor elektrische auto’s.

Kortom, waterstof is vooral kansrijk waar batterijen tekortschieten, zoals bij zwaar vrachtverkeer, bussen, mogelijk de scheepvaart, en zoals vorige week besproken op termijn de luchtvaart. Ook waterstoftreinen kunnen uitkomst bieden op trajecten zonder bovenleiding. Ondanks de potentie, kampt waterstof voorlopig nog met praktische en energetische barrières.

Elektrische aandrijving lijkt tot nu toe het meest realistisch

In tegenstelling tot waterstof heeft de elektrische auto (EV) momenteel een flinke voorsprong in gebruik en infrastructuur. In 2024 was al 35% van alle nieuw verkochte auto’s in Nederland volledig elektrisch, en dat aandeel blijft groeien. De EU heeft bepaald dat vanaf 2035 alle nieuwe personenauto’s emissievrij moeten zijn, hoewel dit besluit later herroepen is. Het laat echter wel zien, dat het doel is om brandstofautos (en hybrides) langzaam uit te faseren.

EV’s hebben namelijk enorme voordelen, door onder andere de hoge efficiëntie: van de energie uit het stopcontact komt zo’n 70 tot 80% bij de wielen terecht, terwijl dit bij waterstof (~30%) en bij e-fuels (~16%) aanzienlijk lager is. Tijdens het rijden stoten EV’s niets uit en ze zijn stil. En elektriciteit is ook nog eens goedkoper dan traditionele brandstof. Opladen kan thuis, op het werk of bij een van de vele publieke laadpunten; dit is makkelijker dan bij waterstof. En met zonnepanelen laad je zelfs ‘gratis’ op. Ook qua onderhoud doen EV’s het goed: ze hebben minder bewegende delen en zijn in de praktijk betrouwbaarder en duurzamer dan auto’s met een verbrandingsmotor.

Toch zijn er ook nadelen. De productie van batterijen is energie-intensief en vraagt om schaarse grondstoffen zoals lithium en kobalt. Er wordt echter wel gewerkt aan efficiëntere batterijen, minder materiaalgebruik en betere recycling. Actieradius is voor de meeste gebruikers geen probleem (meer), maar toch vergen lange ritten vaak nog een laadpauze. Snelladen wordt steeds sneller (15 tot 30 minuten voor 80%), maar het haalt het nog niet bij de vijf minuten tanken van waterstof of benzine. Voor men die de auto veel gebruikt, en géén thuislaadplek heeft, kan dit een obstakel zijn. Toch verbeteren batterijen snel en groeit het laadnetwerk mee, waardoor dit bezwaar afneemt. Voor personenauto’s lijkt de technologische race in het voordeel van de batterij te zijn beslist – de elektrische auto is de komende jaren de meest realistische keuze voor duurzame aandrijving.

Elektrisch vervoer is nu al de norm voor auto’s en bestelwagens, en ook stadsbussen en logistieke voertuigen schakelen om. Zelfs in de luchtvaart zijn er toepassingen: kleine elektrische vliegtuigen met beperkte actieradius bestaan al. Zo ontwikkelt Heart Aerospace een 30-persoons toestel voor regionaal verkeer. Door de lage energiedichtheid van accu’s zijn grotere vluchten voorlopig helaas nog niet haalbaar. In de scheepvaart is elektrisch vooral geschikt voor korte routes, zoals veerponten.

Kortom: elektrische aandrijving is nu al schaalbaar en effectief. Dat maakt het, zeker voor personenvervoer, de meest realistische optie voor duurzame mobiliteit in de komende jaren.

Alternatieven voor waterstof en elektriciteit?

Naast waterstof en batterij-elektrisch, wordt er ook hard gewerkt aan andere oplossingen en alternatieven.

E-fuels

Een eerste alternatief is synthetische e-fuel: een klimaatneutrale vervanger van benzine of diesel, gemaakt door CO₂ te combineren met hernieuwbare energiebronnen zoals groene waterstof. Groot voordeel is dat bestaande auto’s ermee kunnen rijden, zonder de motor of het tankstation aan te hoeven passen. Dit voorkomt dat alle op dit moment rondrijdende auto’s vervangen moeten worden.

Maar er zijn ook (flinke) nadelen. Allereerst zijn e-fuels duur door hun complexe productie, waarbij veel energie wordt gebruikt. Ten tweede zijn ze inefficiënt; maar zo’n 16% van de oorspronkelijke duurzame energie komt uiteindelijk bij de wielen terecht (bij EV’s is dat ~70%). Ook worden er nog steeds schadelijke stoffen uitgestoten, zoals stikstofoxiden en fijnstof, terwijl dit bij EV’s en waterstof niet het geval is.

De meeste experts zien e-fuels daarom niet als oplossing voor het wegverkeer, maar als noodoplossing voor sectoren waar elektrificatie lastig is, zoals binnen de lucht- en scheepvaart. Hier kunnen e-fuels bestaande scheeps- en vliegtuigbrandstof kan bestaande motoren verduurzamen zonder ingrijpende aanpassingen. Rond 2030 worden de eerste testvluchten op e-fuel verwacht.

Ammoniak

Ammoniak (NH₃) wordt steeds vaker genoemd als alternatief voor de scheepvaart en zwaar materieel. Het wordt gemaakt door stikstof uit de lucht aan waterstof te binden, en het maakt opslag en transport eenvoudiger dan bij pure waterstof. In deze vorm kan het worden opgeslagen met een lagere druk en/of hogere temperatuur, waardoor het in relatief goedkope tanks zonder extreme koeling worden vervoerd. Groene ammoniak, gemaakt met duurzame (groene) waterstof, stoot bij gebruik geen CO₂ uit en kan zelfs worden omgezet naar waterstof voor brandstofcellen. Grote fabrikanten zoals MAN en Wärtsilä testen al scheepsmotoren die op ammoniak draaien.

Ondanks dit alles, is het geen ideale brandstof. Lekkages zijn gevaarlijk, door de giftigheid van ammoniak. Bovendien onstaan er bij verbranding stikstofoxiden. Om de uitstoot te beperken, is er nabehandeling of bijmengen met waterstof. Maar volgens experts blijft ammoniak een veelbelovende optie voor langeafstandsscheepvaart, waar batterijen te zwaar zijn en waterstof te veel ruimte inneemt (en erg gevaarlijk kan zijn). Ook overheden en havens, zoals die van Rotterdam, investeren in pilots met ammoniakbunkerschepen (bunkering is brandstofoverdrage). Dit maakt ammoniak, hoewel erg specialistisch, heel interessant in de verduurzaming van brandstoffen.

Zonne-energie en vervoer?

Een ander concept is de auto die zichzelf oplaadt via ingebouwde zonnepanelen; terwijl de auto stilstaat of rijdt, vult hij zijn accu bij met (gratis) zonlicht. Prototypes zoals de Lightyear en Sono Sion hebben al aangetoond dat dit tientallen extra kilometers per dag kan opleveren. Echter, in de praktijk blijkt dit lastig door het beperkte oppervlak van een auto. Volledig op zon rijden lukt alleen met ultralichte voertuigen onder ideale omstandigheden (zoals bij Brunel Solar Team). De benodigde technologie, efficiënte, dunne zonnepanelen, maakt auto’s duur en complex, waardoor meerdere zonneauto-startups inmiddels zijn en/of het moeilijk hebben. Daarom lijkt zonne-energie interessanter voor het opladen van EV’s via daken of zonneparken, en blijft een massa geproduceerde zonneauto ver weg.

Hyperloop en andere vormen van vervoer

Los van brandstof- en aandrijflijninnovatie zijn er ook volop nieuwe vervoersconcepten in ontwikkeling, zoals bijvoorbeeld de hyperloop. Dit is een voorstel om met elektrische capsules door een buis met vacuüm te reizen, met snelheden tot boven 800 km/u. Door de lage luchtweerstand en magnetische zweeftrein-technologie, is een hyperloop extreem zuinig – tot wel 10x energiezuiniger dan vliegtuigen of hogesnelheidstreinen bij vergelijkbare snelheden. Hoewel er al hard aan wordt gewerkt door bedrijven en studententeams, blijft de hyperloop nog ver weg dankzij technische, veiligheids- en vooral infrastructurele bezwaren. Andere concepten zoals drones en eVTOL’s (elektrische luchttaxi’s) zijn net zoals de hyperloop nog in testfasen. Vooralsnog lijken opties als batterijen, waterstof en andere duurzame brandstoffen dus realistischer.

Hybride systemen (brandstof + elektrisch)

Tot slot nog een korte blik op hybride aandrijflijnen. (Plug-in) hybrides combineren een verbrandingsmotor met een (al dan niet oplaadbare) batterij, en verlagen zo het brandstofverbruik zonder de beperkingen van volledig elektrisch rijden. Maar ze lijken geen toekomstbestendige oplossing. Ze blijven deels op fossiele brandstof rijden en bevatten twee aandrijfsystemen, wat extra gewicht en kosten met zich meebrengt. Helemaal door de snelle ontwikkeling van EV’s en strenger wordende emissienormen lijken hybrides overbodig te raken. Overheden bouwen subsidies af en scherpen emissienormen aan. Hybrides zullen geleidelijk verdwijnen ten gunste van volledig elektrische of waterstofauto’s. In enkele niches, zoals range-extenders voor speciaal gebruik, kunnen ze nog een rol spelen. Maar als eindpunt van innovatie worden ze niet gezien. Ze vormden vooral een nuttige brug naar echt emissievrij vervoer.

Conclusie

Batterij-elektrisch lijkt op dit moment de meest realistische keuze voor duurzame mobiliteit. De techniek is er, voertuigen zijn beschikbaar en de infrastructuur groeit snel. Ondanks dit blijft waterstof kansrijk, maar dan vooral voor grotere en zwaardere vormen van transport. Synthetische e-fuels kunnen hier ook een uitweg bieden, zolang waterstof nog schaars is. Andere alternatieven zoals ammoniak en zonneauto’s staan nog in de kinderschoenen, en worden hopelijk verder ontwikkeld.

Een combinatie van elektrificatie en waterstof lijkt het meest schaalbaar en duurzaam, met e-fuels als vangnet voor de lastigste toepassingen. Hoewel nog geen van deze oplossing perfect is, geeft alle innovatie wel hoop. Hoe zie jij de toekomst van mobiliteit voor je? Wordt alles elektrisch, tanken we waterstof, of komt er iets totaal nieuws?

Robert Dilber

Bronnen