Draagbare waterstofcartridges onderstrepen de aantrekkingskracht van FCEV’s

Elektrische voertuigen (EV’s) zijn nu helemaal in trek. Met de populariteit en adoptie van EV’s die wereldwijd snel toenemen, wordt verwacht dat ze een marktomvang van $1,084 miljard zullen bereiken voordat het decennium voorbij is.

2021 was een groot jaar voor EV-verkopen, aangezien ze van 2020 tot 6,75 miljoen verdubbelden, en vervolgens in 2022 de 10 miljoen‑grens overschreden. Ondertussen wordt verwacht dat de eenheidsverkopen van EV’s tegen 2029 18,84 miljoen voertuigen zullen bedragen.

EV-voertuigen, in tegenstelling tot conventionele benzine-aangedreven verbrandingsmotoren, gebruiken elektrische motoren en oplaadbare batterijen om te bewegen.

Er zijn eigenlijk verschillende typen: batterij‑EV’s, die volledig worden aangedreven door een oplaadbare batterijpack; plug‑in hybride EV’s, die zowel traditionele benzinemotoren als een elektrische motor gebruiken die van een externe stroombron kan worden opgeladen; hybride EV’s, die een batterij‑aangedreven motor hebben naast een verbrandingsmotor; en brandstofcel‑EV’s die waterstof gebruiken om de elektrische motor van stroom te voorzien.

Net als alle EV’s gebruiken brandstofcel‑elektrische voertuigen (FCEV’s) elektriciteit om een elektrische motor aan te drijven, maar in plaats van een batterij gebruiken ze een brandstofcel die wordt aangedreven door waterstof om elektriciteit te produceren.

De werking van FCEV’s berust op een brandstofcel met twee elektroden — een anode (negatieve elektrode) en een kathode (positieve elektrode). Beide zijn omgeven door een elektrolyt. Waterstof wordt vervolgens bij de anode geïntroduceerd, terwijl lucht naar de kathode wordt geleid.

Op de anode wordt een katalysator gebruikt om de waterstofmoleculen te splitsen in elektronen en protonen.

Een katalysator versnelt de chemische reactie, en wetenschappers zoeken naar een katalysator die de productiekosten van waterstofbrandstofcellen kan verlagen. Platina is de meest gebruikte katalysator, gevolgd door nikkel, palladium en ijzer.

In waterstofbrandstofcellen reizen de elektronen via een externe stroomkring om elektriciteit te creëren, terwijl protonen door de kathode gaan, waar ze zich met zuurstof en elektronen combineren tot water en warmte. Zo fungeert een brandstofcel als een energietransformator, in tegenstelling tot een batterij, die een opslagapparaat is.

Klik hier om te lezen waarom brandstofcel‑elektrische voertuigen de toekomst van transport vormen

Waterstofbrandstofcellen: een duurzame toekomst voor voertuigen

Een brandstofcel gebruikt in principe de chemische energie van brandstoffen zoals waterstof om efficiënt en schoon elektriciteit te produceren. Waterstof is het lichtste element, dat bij reactie met zuurstof veel energie vrijgeeft en alleen water produceert.

Dit onzichtbare gas wordt geprezen als een schone brandstof van de toekomst. De Hydrogen Council, een wereldwijde initiatief van leden uit toonaangevende energie‑, transport‑ en industriële bedrijven, ziet waterstof niet alleen als een duurzame aandrijving voor voertuigen, maar ook als een schone energiebron voor warmte en elektriciteit.

Niet al het waterstof is echter schoon. De emissievrije “groene waterstof” wordt namelijk geproduceerd via elektrolyse, waarbij water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof met behulp van schone elektriciteit.

Met schone waterstof kunnen brandstofcellen lagere of nul‑emissies realiseren en bijdragen aan het aanpakken van klimaatuitdagingen. Omdat waterstofbrandstofcellen geen schadelijke uitstoot genereren, verdwijnen de kosten die gepaard gaan met het hanteren en opslaan van giftige materialen. Bovendien werken ze stil en stoten ze geen luchtverontreinigende stoffen uit die gezondheidsproblemen veroorzaken.

In vergelijking met batterijen en verbrandingsgeneratoren besparen brandstofcellen ook geld doordat ze geen batterijen hoeven te vervangen, op te laden of te beheren. Eenvoudig onderhoud en minder site‑bezoeken verlagen bovendien de operationele kosten.

Ten opzichte van traditionele verbrandingstechnologieën werken brandstofcellen ook met een hogere efficiëntie. Door de chemische energie van de brandstof direct om te zetten in elektrische energie kunnen brandstofcellen hoge efficiënties behalen.

Volgens het Amerikaanse Department of Energy ligt de energie‑efficiëntie van waterstofbrandstofcellen tussen de 40 % en 60 %, vergeleken met de 25 % van een typische verbrandingsmotor in een auto.

Bovendien bieden waterstofauto’s een rijervaring die vergelijkbaar is met elektrische auto’s, en vullen ze hun waterstoftanks snel bij. Ze hebben ook een bereik dat vergelijkbaar is met andere elektrische voertuigen met grote batterijopslag. Dit brengt de beschikbaarheid en flexibiliteit van FCEV’s op gelijke voet met die van een gewone auto.

De energie die door waterstofbrandstofcellen wordt geproduceerd, kan in feite worden gebruikt om alles van drones en commerciële voertuigen tot industriële, commerciële en residentiële gebouwen van stroom te voorzien. Als betrouwbare en schone alternatieve energiebron ziet deze technologie een groeiend aantal toepassingen.

Als we kijken naar de statistieken over brandstofcel‑elektrische voertuigen (FCEV’s), zagen ze in 2022 een stijging van 40 % ten opzichte van het voorgaande jaar, met meer dan 72.000 FCEV’s die volgens het Global EV Outlook 2023‑rapport van het Internationaal Energieagentschap (IEA) op de wereldwegen staan.

Echter, de wereldwijde verkoop daalde in 2023 met meer dan 30 %, met slechts 14.451 verkochte brandstofcel‑voertuigen wereldwijd, vergeleken met 20.704 in 2022. Deze daling werd gedreven door Zuid‑Korea, waar de FCEV‑verkopen met maar liefst 55,2 % afnamen.

Tegelijkertijd zag China een bescheiden groei en werd het volgens de Koreaanse adviesbureau SNE Research de grootste FCEV‑markt ter wereld.

De Chinese overheid streeft er zelfs naar om tegen volgend jaar minstens 1.200 waterstof‑tankstations in het land te bouwen, wat haar leidende positie zou helpen behouden, net zoals China de EV‑sector domineert. China produceert bijna twee‑derde van de wereldwijde EV’s en meer dan drie‑vierde van de EV‑batterijen.

Het European Hydrogen Observatory meldde ondertussen dat Duitsland in 2023 het grootste aantal FCEV‑registraties en -vloten had, gevolgd door Frankrijk.

Wat betreft de soorten voertuigen, zijn personenauto’s de meest geregistreerde FCEV’s en hebben ze de grootste toename in activiteit in de afgelopen jaren gezien. FCEV‑bussen en -vrachtwagens worden ook steeds vaker gezien, met 464 bussen en 215 vrachtwagens in 2023.

De uitdagingen voor brandstofcel‑elektrische voertuigen

Het Internationaal Energieagentschap gelooft dat waterstof in 2050 16 % van het wegvervoer zal uitmaken.

Infrastructuur vormt echter een probleem, omdat waterstof wordt bijgetankt via speciale pompen. Er zijn bijvoorbeeld slechts 178 waterstof‑tankstations in heel Europa, waarvan de helft zich alleen in Duitsland bevindt. In het VK zijn er ongeveer negen waterstofstations vergeleken met 31.000 openbare laadlocaties.

Dat gezegd hebbende, breidt de infrastructuur langzaam uit. Bovendien blijkt een infrastructuur met zowel elektrische laadpunten als waterstof‑tankstations goedkoper te zijn dan een zuiver elektrische laad‑infrastructuur.

Kosten vormen een andere factor die de adoptie van waterstofauto’s beperkt. De weinige brandstofcel‑aangedreven modellen die momenteel op de markt zijn, kosten meer dan EV’s met batterijen of verbrandingsmotoren.

Een van de redenen dat waterstofauto’s duurder zijn, is de kostprijs van platina, dat als katalysator fungeert. Het benodigde volume aan edelmetaal voor autobrandsstofcellen is echter aanzienlijk verminderd, en wetenschappers zoeken ook naar kosteneffectieve alternatieven.

Wat de brandstofkosten betreft, liggen deze ongeveer gelijk aan die van verbrandingsvoertuigen en zullen ze naar verwachting dalen naarmate de wereldwijde productie van waterstof toeneemt.

Momenteel hopen veel toonaangevende autofabrikanten dat waterstof de batterij zal vervangen als de technologie van keuze om nul‑emissies te bereiken.

Dit omvat Oliver Zipse, de CEO van BMW, die waterstof het “ontbrekende puzzelstukje” noemt wanneer het gaat om emissievrije mobiliteit. Terwijl de Duitse fabrikant sterk investeert in batterijtechnologie, test hij ook een BMW iX5 waterstof‑brandstofcelauto, die gebruikmaakt van Toyota‑brandstofcellen.

De autofabrikant ziet FCEV’s niet als concurrenten van batterij‑aangedreven e‑auto’s; eerder als complementair.

“Één technologie alleen zal niet genoeg zijn om wereldwijd klimaatneutrale mobiliteit mogelijk te maken.”

– Zipse zei vorig jaar

Volgens het bedrijf zullen waterstofvoertuigen een geschikte oplossing zijn voor wie veel flexibiliteit nodig heeft en vaak reist. BMW onderzoekt ook het gebruik van waterstoftechnologie in productie en logistiek.

Japanse Toyota (TM )‑CEO Akio Toyoda is een andere grote voorstander van waterstofbrandstofcellen; hij zei vorige maand dat hij gelooft dat het aandeel batterijauto’s zal pieken op 30 % terwijl waterstof, samen met traditionele verbrandingsmotoren, de rest zal uitmaken.

De toonaangevende autofabrikant heeft de Mirai als zijn waterstof‑aangedreven auto, die breed beschikbaar is voor het publiek.

Ondanks alle interesse en ontwikkeling is een ander probleem voor FCEV’s de gemakkelijke toegang tot schone waterstof. Toyota heeft ook erkend dat waterstof in auto’s tot nu toe “niet succesvol” is geweest vanwege het gebrek aan brandstoflevering, aldus de technische chef Hiroki Nakajima.

Er kan echter een keerpunt komen nu Toyota zijn baanbrekende waterstof‑brandstofcelbatterijen onthult die verwisselbaar zijn.

Toyota’s doorbraak: draagbare waterstofcartridges

Op de Japan Mobility Show Bizweek 2024 toonde Toyota Motor Corp (TM ) haar draagbare waterstofcartridges aan de wereld, en de autofabrikant wilde de wereld van FCEV’s veranderen door verwisselbare energie voor deze voertuigen te bieden.

Source: Toyota

Het evenement, dat van 15 tot 18 oktober plaatsvond in Makuhari Messe in de prefectuur Chiba, werd bijgewoond door mobiliteits‑start‑ups die werken aan een duurzame toekomst. Tijdens het evenement toonde Toyota haar technologie met betrekking tot koolstofneutraliteit.

Het bedrijf streeft koolstofneutraliteit na via een multi‑pad‑benadering, waaronder het realiseren van een waterstof‑samenleving en beheer van hernieuwbare energie. Beide inspanningen helpen de energievoorziening te stabiliseren en de ecologische impact te verminderen.

Draagbare waterstofcartridges waren een van de belangrijkste ontwikkelingen van Toyota, dat een marktkapitalisatie van $267,8 miljard heeft en waarvan de aandelen op $169,55 handelden, een daling van 7,54 % YTD. De autofabrikant introduceerde haar werkende prototype in 2022 via de mobiliteit‑technologie‑gerichte dochteronderneming Woven.

Deze grote waterstofcartridges lijken op grote AA‑batterijen die je simpelweg in je auto steekt om stroom te leveren. Wanneer al hun energie is verbruikt, kun je ze verwisselen voor een nieuwe cartridge zodat je auto’s en apparaten blijven werken.

Belangrijker nog, Toyota heeft de omvang en het gewicht van deze tanks verminderd, waardoor ze met de hand kunnen worden gedragen. Voorheen waren deze waterstoftanks te groot en moeilijk hanteerbaar. Het bedrijf zei:

“Ze zijn ontworpen om waterstof een vertrouwde en veilige energiebron te maken die in allerlei alledaagse situaties kan worden gebruikt.”

Hoewel de productie van waterstofauto’s en daarmee het gebruik extreem laag is, heeft Toyota nu een groot probleem van deze voertuigen aangepakt, waardoor waterstofauto’s hun moment kunnen krijgen en op termijn zelfs de batterij‑aangedreven elektrische voertuigen kunnen overtreffen.

Maar dat is nog niet alles. Tijdens het evenement liet Toyota ook een niet‑standaard raceauto zien die op waterstof werkt. Het bedrijf begon drie jaar geleden met het racen van haar GR Corolla, die op gasvormige waterstof rijdt, en sinds vorig jaar neemt het deel aan endurance‑races zowel in Japan als in het buitenland.

Naast het stimuleren van autofabrikanten om waterstofvoertuigen te omarmen, plant Toyota vele andere toepassingen voor haar draagbare waterstofcartridges.

Een interessant aspect van deze nieuwe ontwikkeling is dat deze cellen ook kunnen worden gebruikt om je huis van stroom te voorzien. Ze kunnen zelfs waterstof leveren om te koken, waarvoor Toyota samenwerkte met Rinnai Corporation en een conceptkooktoestel demonstreerde dat precies dat doet.

In feite is Toyota van plan samen te werken met bedrijven om haar cartridges op de markt te brengen en diverse toepassingen te vinden. In het officiële persbericht zei het bedrijf:

“(Het) streeft ernaar om matches te vinden met de technologieën en ideeën van diverse bedrijven en start‑ups vanuit verschillende perspectieven, inclusief zowel het leveren van diensten als het ontwikkelen en verkopen van apparaten die gebruikmaken van draagbare waterstofcartridges.”

Met deze stap zal de autofabrikant, die ook actief is in financiën en andere bedrijven, “haar inspanningen om draagbare waterstofcartridges te gebruiken verder versterken en bijdragen aan de creatie van een waterstof‑samenleving.”

Leidende spelers op de markt voor brandstofcel‑elektrische voertuigen

Als we kijken naar enkele van de meest prominente namen in de brandstofcel‑elektrische voertuig (FCEV) sector, heeft Plug Power (PLUG ) zich onder de leiders gepositioneerd. Het bedrijf heeft brandstofcel‑aangedreven heftrucks geproduceerd en is uitgebreid naar de productie en distributie van groene waterstof, maar haar aandelen dalen momenteel 54,22 % YTD en worden verhandeld tegen $2,08. Klik hier om alles te leren over investeren in Plug Power.

Daarna is er Ballard Power Systems (BLDP ), dat zich richt op brandstofceloplossingen voor bussen, vrachtwagens en andere zware voertuigen. Haar aandelen dalen ook 55,95 % en worden verhandeld tegen $1,66, vergelijkbaar met Nikola Corporation , waarvan de aandelen 83,81 % zijn gedaald. De truck‑divisie van Nikola maakt gebruik van zowel FCEV‑ als BEV‑technologie.

Laten we nu dieper ingaan op het bedrijf waarvan de aandelen dit jaar goed hebben gepresteerd.

#1. Cummins Inc. (CMI )

Op het moment van schrijven wordt Cummins verhandeld tegen $332,68, met een stijging van 38,87 % dit jaar. Het bedrijf heeft een marktkapitalisatie van $45,59 miljard, een winst per aandeel (TTM) van 3,79, een koers‑winstverhouding (TTM) van 24,13, een rendement op eigen vermogen (TTM) van 19,55 % en een dividendrendement van 2,19 %.

Traditioneel bekend om zijn dieselmotoren, heeft Cummins ook aanzienlijke investeringen gedaan in waterstoftechnologie, waaronder brandstofcellen voor commerciële voertuigen. Voor Q2 2024 rapporteerde het bedrijf recordomzet van $8,8 miljard en een nettowinst van $726 miljoen. De EBITDA bedroeg 15,3 % van de omzet, terwijl het verwaterde EPS $5,26 was.

Via de overname van Hydrogenics in 2019 voor $290 miljoen duwt Cummins waterstof‑brandstofceloplossingen voor bussen, vrachtwagens en andere zware voertuigen voort. In 2023 kondigde het bedrijf ook de overname aan van de 19 % belang van Air Liquide in Hydrogenics, wat Cummins “zijn toewijding aan deze technologieën en het toenemende belang die ze zullen hebben voor het creëren van waarde voor alle belanghebbenden en het decarboniseren van onze wereld” bevestigt.

In 2022 begon Cummins PEM‑brandstofcelsystemen (proton‑exchange‑membrane) te leveren aan Scania, een wereldleider in vrachtwagens en bussen voor zwaar transport, voor gebruik in 20 FCEV’s. Deze samenwerking op waterstof begon in 2020 toen vier elektrische vrachtwagens van Scania, aangedreven door Cummins‑brandstofcelsystemen, operationeel werden als onderdeel van een pilot‑project met de grootste Noorse groothandel in levensmiddelen, ASKO.

Eerder dit jaar kondigde het bedrijf de integratie aan van geavanceerde software en elektronica in BEV’s en FCEV’s om prestaties te optimaliseren, de veiligheid te verbeteren en de transportindustrie duurzamer te maken. Cummins’ nul‑emissie‑business unit Accelera lanceerde nieuwe versies van haar waterstof‑brandstofcelmotoren. De FCE300‑ en FCE150‑brandstofcelmotoren bieden geavanceerde duurzaamheid, verbeterde systeemefficiëntie en een hogere vermogensdichtheid voor grotere systemen.

“Door constante innovatie, real‑world testing in het veld, en samenwerking met klanten en partners om oplossingen op maat te maken, blijven we onze next‑generation technologieën verbeteren, waardoor we de adoptie versnellen en de overgang naar nul‑emissies stimuleren.”

– Amy Davis, President van Accelera

Conclusie

De kleurloze, smaakloze, geurloze en brandbare gasvormige substantie waterstof toont een groot potentieel als energiedrager van de toekomst. De opslag‑ en transportcapaciteit maakt waterstof bijzonder geschikt voor een breed scala aan toepassingen.

In de auto‑industrie, met zijn hoge efficiëntie en schone energieprofiel, biedt waterstof‑brandstofceltechnologie een overtuigend alternatief voor batterij‑aangedreven EV’s. Bovendien stoot deze ultieme schone energie tijdens gebruik geen CO₂ uit, en kunnen de CO₂‑emissies tijdens het productieproces verder worden geminimaliseerd door gebruik te maken van hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind.

Hoewel de adoptie van FCEV’s uitdagingen kent, kunnen innovaties zoals de draagbare waterstofcartridges van Toyota de weg vrijmaken voor een bredere toepassing. Daarmee kan waterstof naar verwachting een steeds belangrijkere bijdrage leveren aan duurzame mobiliteit.