Waterstof vs. batterij: niet óf óf, maar én én

 

“Batterijbussen zijn de nieuwe standaard”, begint TNO-onderzoeker Roel de Groot. Hij verwacht dat batterijprijzen steeds verder dalen. “Voor batterijcellen liggen prijzen van 100 dollar per kWh in het verschiet en vaak liggen batterijpakketten van 150 of 200 kWh in de bus. Maar de exacte meerprijs laat zich moeilijk berekenen.”

Een elektrische bus van Q-buzz bij de kick-off van de tender in 2019. Sindsdien rijdt Q-Buzz de grootste ZE-vloot van Europa.

Han van der Wal, adviseur duurzame energie, maakt de TCO-berekening (Totalcost of Ownership) graag. Hij gaat er prat op dat vervoerders liever geen diesel meer kopen. “De aanschafprijs van een dieselbus is 2 ton, tegenover 4 ton voor een batterijbus. Maar de e-bus kent een afschrijftermijn van 15 jaar, een diesel van 10 jaar. Dus je kunt investeringen beter uitsmeren bij elektrisch. Een dieselbus kost in het dagelijks onderhoud 20 cent per km tegenover 10 cent per elektrische km: als een bus 80.000 kilometer per jaar rijdt scheelt dat alweer 8000 euro. Diesel kost gemiddeld 1 euro per liter brandstof, dat is omgerekend 33 cent per km. Elektriciteit kost omgerekend 12 cent per km. Door veel kilometers te maken rendeert de investering het beste.”

Han van der Wal, adviseur duurzame energie: “De waterstofbus wordt TCO-technisch binnen afzienbare tijd concurrerend met de batterijbus” 

Strategische keuzes

Dat zag het OV-bureau Groningen Drenthe (GD) ook. In 2017 startte de aanbesteding met een grote vraag naar ZE. Ontwikkelingsmanager Erwin Stoker: “Voor stadslijnen op korte afstanden was batterij-elektrisch bij ons een no brainer”. De stadslijnen in Assen, Emmen en Groningen gingen volledig elektrisch. “We berekenden dat die investering in tien jaar kostenneutraal wordt. Nu, drie jaar later, wordt die som al anders, omdat diesels verouderen en de ervaring met batterijbussen groeit.”

Het OV-bureau Groningen Drenthe en Qbuzz kozen voor een gefaseerde uitrol van e-bussen op de stadsregionale hoogfrequente Q-linklijnen. In 2019 werden enkele lijnen geëlektrificeerd.

Qbuzz won die tender en rijdt sinds 2019 de grootste ZE-vloot van Europa: 186 stuks in totaal. “Een concessiewissel is een natuurlijk moment om over te gaan op zero emissie”, vertelt projectmanager Duurzaamheid Tim van Twuijver van Qbuzz. “Afhankelijk van de businesscase vervang je bij de concessiewissel of binnen bestaande concessies je diesels”. In 2023 loopt bijvoorbeeld de concessie in Utrecht af, waar Qbuzz ook rijdt. “Kies je nog voor diesel, dan heb je zeven jaar om die bussen af te schrijven. Neem je bussen uit de vorige concessie over, dan schrijf je die eerder af en vervang je ze gedurende de concessie. Dat zijn strategische keuzes.”

Stand der techniek

Binnen de TCO-berekening speelt ook de laadtechniek een belangrijke rol. De grote investering in de laadinfra moet terugverdiend worden. Van Twuijver: “In Groningen rijdt op sommige lijnen elke 8 minuten een gelede 18-meterbus, die 300 tot 400 kilometers per dag maakt. Daar is geen ruimte voor meer batterijen aan boord, dus is opportunity charging nodig. De investering in een laadpaal wil je over zoveel mogelijk bussen uitsmeren, dus dat werkt goed in de stad.” Bij de regionale lijnen in GD, uursdiensten met relatief weinig passagiers, ligt dat heel anders. “Daar zijn minder passagiers en gebruiken we grotere batterijen, die 300 kilometers op één acculading halen. Buiten de piek worden ze op het depot met een stekker geladen”, zegt hij.

Het OV-bureau en Qbuzz kozen voor een gefaseerde uitrol van e-bussen op de stadsregionale hoogfrequente Q-linklijnen. In 2019 werden enkele lijnen geëlektrificeerd, in 2023 en 2027 volgt de rest. Stoker legt uit: “Je wilt profiteren van de stand der techniek. Toen we begonnen met elektrisch hadden we 300 kW-laders op eindhaltes. Met de nieuwe concessie kwamen ook 450 kW-laders op de markt en ze zijn er nu al van 600 kW. Dat scheelt enorm in je laadtijd en daarmee je businesscase.”

In de huidige concessie laat het OV-bureau de investering in de laadinfra voor de Qliners aan vervoerder Qbuzz. Stoker: “We schatten de kosten tussen de 6 en 10 miljoen euro en de vervoerder moet dat binnen de DRU-prijs zelf ophoesten. Maar we hebben de concessie nu voor tien jaar gegund, in plaats van acht jaar zoals de vorige keer. Zo betalen we dus deels mee. Op hoogfrequente lijnen waarbij je met hoge snelheden rijdt, zoals onze Q-links, is laden onder hoge vermogens noodzaak.”

Opportunity of overnight

Op het busstation Marsdijk aan de Martin Luther Kingweg in Assen is er gelegenheid tot opportunity charging.

Ov-adviseur Van der Wal wijst erop dat batterijen, die onderweg met hoge vermogens bijladen, sneller degraderen omdat ze zwaardere cycli maken. Hij pleit voor ’s nachts bijladen aan de stekker. “Over een jaar of tien hebben bussen 500 kWh of meer aan boord. Uitgaande van een degradatie in de batterij en wat restcapaciteit die nodig is in de batterij, houden ze dan 350 kWh netto over. Daarmee kun je in de stad rijden zonder tussentijds bijladen. En als een lijn écht te lang is, kun je hem altijd nog opknippen.”

Vanuit klimaatverandering gezien, raadt TNO-onderzoeker De Groot echter opportunity charging aan. “Bij overnight charging komt de stroom voor een groot deel uit basislastcentrales, die gestookt worden met fossiele brandstoffen. Die staan continu aan, daarom is de stroom uit deze centrales ’s nachts vaak goedkoper, maar dus niet duurzaam. Een echt duurzame oplossing is om wind- en zonnestroom te gebruiken. Het nadeel is dat dat minder goed te ‘regelen’ is.”

Opportunity charging geeft meer vrijheid om duurzaam geproduceerde stroom te bufferen, gaat hij verder, en daarom moeten we van oude modellen afstappen en durven te flexibiliseren. “De toekomst is dat het ov onderdeel uitmaakt van het gehele energiesysteem, we moeten kijken naar de hele keten en over conventionele systeemgrenzen heen. Met smart grids en vehicle-to-grid-technologie kan opgeslagen duurzaam opgewekte stroom later worden teruggeleverd aan het netwerk en kunnen snelladers een rol spelen in het stabiliseren van het elektriciteitsnetwerk. Dat is uiteindelijk een duurzamere oplossing dan ‘vuile’ nachtstroom gebruiken.”

Maatschappelijke kosten

Vervoerders moeten niet alleen ’s nachts willen laden omdat het TCO-technisch goedkoper is, vindt De Groot. “Het gaat ook om de maatschappelijke kosten en baten. ZE-bussen dragen bij aan het verbeteren van de luchtkwaliteit in de stad. Steden kampen met geluidsoverlast, de elektrische bus geeft minder geluidsdruk op de omgeving en levert meer comfort voor chauffeurs en reizigers. Ook de introductie van Euro VI-diesel of Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) levert een goede bijdrage aan de verbetering van de NOx-uitstoot, maar de voordelen van elektrificatie gaan verder. Zulke maatschappelijke baten laten zich moeilijk in geld uitdrukken.”

Zo koos Qbuzz voor bussen op HVO, een vorm van biodiesel, die de dieselbussen op de langste omlopen in GD vervingen. HVO bespaart meer dan 80 procent aan CO2, maar is niet uitstootvrij aan de uitlaat en voldoet daarmee niet aan de norm van het Bestuursakkoord Zero Emissie Bus. De TNO-onderzoeker: “In de politieke ambities om te verduurzamen en de luchtkwaliteit te verbeteren, is busvervoer laaghangend fruit: je weet hoeveel bussen er rijden en hoeveel kilometers ze maken. De operaties zijn voorspelbaar en de overheid heeft meer invloed om kaders te stellen en eventueel de transitie te stimuleren.” Een volgende stap is om te kijken naar het verduurzamen van de hele keten, van de bron tot het gebruik, hoopt hij.

Toch beloonde het OV-bureau wel op de HVO-bussen. Stoker: “Wij hebben het maatschappelijke doel om de luchtkwaliteit in stedelijk gebied te verbeteren en de uitstoot te beperken. Deze hernieuwbare biodiesel draagt daaraan bij. Maar het is inderdaad niet uitstootvrij, dus worden die HVO-bussen in 2029, als de concessie afloopt, wel vervangen.”

Waterstofproductie

In de technologische ontwikkelingen lijkt waterstof eindelijk vaste voet aan de grond te krijgen. Van der Wal gaf het drie jaar geleden geen schijn van kans, zegt hij, maar is inmiddels om. “De overtollige zonnestroom die we overdag opwekken, kan in waterstof juist worden opgeslagen en die kunnen we op andere momenten gebruiken. Energetisch levert dat proces een rendementsverlies van 40 procent op, maar anders gooi je 100 procent weg. Willen we volledig van het aardgas af, dan lukt dat niet alleen met batterij-elektrisch en is daarnaast waterstof echt nodig.”

Volgens de ov-adviseur loont het om zonnestroom in de Sahellanden op te wekken en om te zetten in waterstof, dat naar Nederland wordt vervoerd. “Een zonnepaneel in Nederland levert 250 kWh per m2 op, in Sahellanden is dat ruim 600 kWh. Omdat de zon daar vaker schijnt, is die productie veel stabieler en ook nog eens veel goedkoper.” Volgens De Groot gaat een deel van dat rendement echter verloren vanwege transportverliezen en compressie. “Olie uit het Midden-Oosten is relatief goedkoop te winnen, maar men betaalt er hier een commodity-prijs voor. Wie garandeert dat dit met gele waterstof ook niet het geval gaat zijn?”

Waterstoftransport

Een landelijk dekkend netwerk met waterstoftankstations zou zo’n 200 miljoen euro kosten, berekende Alexander Hablé van de TU Delft in 2017. Is zo’n investering realistisch? “Ik denk van wel”, aldus De Groot namens TNO. Relativerend: “In 2019 was het Nederlandse begrotingsoverschot 15 miljard euro. Dan is een investering van 200 miljoen euro echt een no brainer, en je kunt het uitsmeren over meerdere jaren.”

Erwin Stoker, OV-bureau Groningen Drenthe: “Waterstofbussen zijn niet iets magisch: uiteindelijk is het gewoon een elektrische bus en is de brandstof een goede energiedrager. Dat is geen rocket science.” 

Ontwikkelingsmanager Erwin Stoker van het OV-bureau merkt op dat onze oosterburen windstroom van Noord- naar Zuid-Duitsland willen vervoeren via het hoogspanningsnetwerk: dat kost 25 miljard euro. “Met waterstof door aardgasleidingen was dat ongeveer 1 miljard geweest. En bovendien: daardoor kun je meer energie via waterstof transporteren dan via de hoogspanning."

Een bus op het waterstoftankstation in Delfzijl.

Nederland telt momenteel vier operationele openbare en zeven niet-openbare waterstoftankstations, berekende Waterstofnet. n 2018 werd een station in Delfzijl geopend door de provincie Groningen, Groningen Seaports, Qbuzz, OV-bureau Groningen Drenthe en AkzoNobel. Die laatste partij produceert op grote schaal waterstof. Door meerdere industrieën en vervoervormen aan te laten haken, wordt de afname van waterstof rendabeler. De Groot en Stoker zien een rol voor logistieke vrachtvervoerders weggelegd. Ook voor langeafstandvervoerders als Flixbus kan waterstof een belangrijke rol spelen. De Groot: “De use case bepaalt of batterij-elektrisch kan of waterstof nodig is.”

Drijft nog steeds op subsidie

Maar zover is het nog niet. Waterstof kan nog steeds niet zonder subsidie. Momenteel rijdt Qbuzz met twee waterstofbussen van Van Hool in GD. Eind 2020 komen er nog twintig bij in Groningen en tien in Emmen. Van Twuijver: “Waterstof wint aan terrein in Europa, daarin willen wij graag meelopen.” Connexxion rijdt inmiddels met vier VDL-waterstofbussen in Hoeksche Waard/Goeree-Overflakkee (HWGO) en eind 2021 volgen er nog twintig van Solaris. Al deze bussen worden gesubsidieerd vanuit het Europese JIVE 2-project.

Tim van Twuijver, Qbuzz: “Wij blijven inzetten op batterijen en waterstof. Je moet je niet blindstaren op één energiedrager, dan kun je zomaar de bus missen” 

Maar waarom zou waterstof zonder subsidie moeten, vraagt De Groot zich af: “Doordat de overheid relatief veel invloed heeft in het ov, kan ze belastinggeld gebruiken om de maatschappelijke baten van het ov te verhogen door innovatie aan te jagen. Ov kost per definitie belastinggeld. Dus de vraag is: waar geef je het aan uit? Het is relevant om waterstof te blijven testen en toepassen, zodat je kunt doorgroeien, verder kunt verduurzamen en kunt toewerken naar duurzame en kosteneffectieve operatie voor situaties waar je met alleen batterijen niet uit kunt.”

Roel de Groot, TNO: “Doordat de overheid relatief veel invloed heeft in het ov, kan ze belastinggeld gebruiken om de maatschappelijke baten van het ov te verhogen door innovatie aan te jagen ” 

De kosten voor waterstof liggen nu nog veel hoger dan voor batterijen, rekent Van der Wal voor: “De aanschafprijs van een waterstofbus is 6 ton. Een kilo waterstof kost 8 euro exclusief btw, in GD subsidieert het OV-bureau 5 euro per kilo, Qbuzz betaalt zo’n 3 euro per kilo. Daar rijd je 12 kilometer mee en dus kost dat zonder subsidie 70 cent per km. De brandstofcel, die nodig is om waterstof en zuurstof samen te voegen, kost 1 ton en heeft een afschrijftermijn van acht jaar. Dus die subsidie is er niet één, twee, drie vanaf.” Schaalvergroting is nodig.

Richting rendement batterijbus

En er gloort hoop, vervolgt Van der Wal: “Brandstofleveranciers stellen dat de prijs gaat dalen naar 4 euro per kg, omdat de productie omhooggaat. En als brandstofcellen een levensduur krijgen van bijvoorbeeld 15 jaar wordt de bus betrouwbaarder. In de nieuwe generaties rijd je niet meer 1 op 12 km, maar 1 op 17 km. Door grotere productieaantallen daalt ook de aanschafprijs van de bus naar minder dan 5 ton. De waterstofbus wordt daarmee TCO-technisch binnen afzienbare tijd concurrerend met de batterijbus.” De Groot voegt toe dat waterstof geproduceerd uit aardgas, drie tot vier keer goedkoper, maar dus ook niet duurzaam is geproduceerd en wel CO2-uitstoot oplevert.

Stoker ziet in waterstof dé oplossing voor streeklijnen van 800 tot 1000 kilometer per dag, zoals de Qliner Groningen-Emmen. “Dat lukt met batterijbussen gewoon nog niet. Dat doen we nu met HVO, maar voor de toekomst is waterstof het alternatief. Waterstofbussen zijn niet iets geks of magisch: uiteindelijk is het gewoon een elektrische bus en is de brandstof een goede energiedrager. Dat is geen rocket science.”

“Wat uiteindelijk het belangrijkste is”, besluit Stoker, “is dat je kijkt naar de gehele opgave in Groningen en Drenthe. Elektrificatie met batterijbussen kost TCO-technisch in tien jaar bij ons niets méér. Waar elektrisch nog niet kan moet er soms nog geld bij. Maar dat betalen we niet vanuit ov-middelen, alle investeringen komen vanuit milieupotjes vanuit Europa. Of waterstof het uiteindelijk gaat redden? Ik denk het wel. Maar het gaat niet om batterij óf waterstof, het wordt én én."

Maar ook batterijbussen kunnen zich ontwikkelen tot grotere afstanden. De technische grenzen zijn nog niet bereikt, zegt Van Twuijver namens Qbuzz. “Er gaat de komende jaren veel gebeuren: steeds meer leveranciers ontwikkelen diversere producten, concurrentie leidt tot innovatie. Daarom blijven we op batterijen en waterstof inzetten. Je moet je niet blindstaren op één energiedrager, dan kun je zomaar de bus missen.”

Alternatieve brandstoffen

Het laboratorium van TNO.

In het laboratorium van TNO ontwikkelen ze ook brandstoffen, die met het oog op de toekomst als alternatief voor batterij-elektrisch en waterstof kunnen dienen. Roel de Groot noemde zeewier als grondstof voor duurzame brandstof op het SVA-congres. “Dat onderzoek is nu afgerond en voertuigen kunnen op ethanol net zo schoon en efficiënt rijden als de huidige Euro VI-dieselmotor. Bij butanol kan dat, met aanpassingen aan de motor, op termijn ook verwachten we. Voor goederentransport met zware belading over grote afstanden zaait dat hoop voor de toekomst. Onderzoek is van belang om nieuwe alternatieven aan te dragen. Zo begon dat ook ooit met wind- en zonnestroom.”

Duurzame-energie-adviseur Van der Wal moet het eerst nog maar eens zien. “Ik hoor ook veel over mierenzuur of geothermische energie. Dat klinkt allemaal heel mooi. Maar ik ben een man van de praktijk. Voordat iets vanuit het laboratorium praktisch toepasbaar is, ben je zo 15 jaar verder. En we moeten nu al om. De komende jaren zet ik mijn geld in op batterij en waterstof. En we moeten verder doorontwikkelen, om bussen zo licht mogelijk te maken. Als we andere vervoervormen in de toekomst, zoals vrachtwagens, ook op de laadinfra laten aansluiten, komen we het verst.”

Zero Emissie Conferentie

Tijdens de gratis en digitale Zero Emissie Conferentie op 26 november spreken Han van der Wal en Erwin Stoker mee over de kansen van waterstof. Namens Qbuzz schuift Michel van der Mark aan in het panelgesprek en verder neemt Sebastiaan van der Zee van Alstom zitting.

Geïnteresseerd? Bekijk het hele programma en meldt u aan.

Dit artikel is eerder verschenen in OV-Magazine 3-2020. Wilt u OV-Magazine voortaan in print of digitaal ontvangen? Neem contact op of neem een abonnement.