ALLES OP WATERSTOFGAS

JCB staakt de ontwikkeling van een brandstofcel-aangedreven graafmachine. De machine draait nu wel goed, maar komt niet op de markt. De techniek is volgens JCB voorlopig te complex, te duur en niet robuust genoeg voor een bouwmachine. Tegelijk zien de Engelsen ook niets in zware accu-elektrische machines. Hoe moet het dan wel? De Engelsen zetten nu vol in op verbrandingsmotoren die 100 procent op waterstofgas lopen.

Ja, het is een tegenvaller. Want JCB had bij aanvang hoge verwachtingen van de brandstofcel. Een brandstofcel zet waterstofgas om in elektriciteit, in combinatie met een accu zorgt dat voor voeding van een elektrische aandrijving. De techniek is niet nieuw, maar staat tegelijk nog in de kinderschoenen. “Wereldwijd worden er 11.000 brandstofcellen per jaar gebouwd, waarvan een groot deel nog naar testmodellen en naar de automobielindustrie gaan. In zware grondverzetmachines is er nog weinig ervaring.” JCB zag hier juist wel kansen, vooral in de zwáárdere grondverzetmachines. Uniek is dat de uitstoot slechts uit waterdamp bestaat. In 2020 liet de fabrikant voor het eerst een werkende 20-tons rupsgraafmachine zien met deze techniek, die eigenlijk in 2021 de markt op zou komen.

Inmiddels bouwde JCB een tweede werkende protoype, en na uitgebreide testen komt JCB er nu volledig op terug. De fabrikant is hier zeldzaam transparant over. ‘De techniek is veel te complex, niet robuust genoeg voor toepassing in een bouwmachine, en te duur’, zei innovatiestrateeg Tim Burnhope van de bouwmachinefabrikant op een persbijeenkomst die BouwMachines recentelijk bijwoonde. Daar liet JCB wel een werkende graafmachine met brandstofcel zien, vooral om te bewijzen dat het bedrijf de techniek niet zomaar afschiet. De brandstofcel blijkt volgens Burnhope slecht bestand tegen trillingen, en de membranen waaruit de brandstofcel is opgebouwd zouden gevoelig zijn voor ultrafijnstof en asfaltdampen. Ook stelt JCB dat onderhoud in praktijk een probleem is. Burnhope: ‘Alleen in een cleanroom kun je sleutelen aan een brandstofcel. Daarnaast is het systeem afgevuld met een dure, niet geleidende koelvloeistof. Als iemand per ongeluk het systeem met water of een normale koelvloeistof bijvult, dan is het klaar met de brandstofcel. Zoiets kun je in Europa misschien nog wel goed organiseren, maar je moet grote vraagtekens zetten bij de restwaarde voor export. Want in andere continenten is men nog lang niet zo ver. En wat te denken van machines die bij verhuurbedrijven draaien.’ Verder zet Burnhope vraagtekens bij hoe uitontwikkeld de fuelcell nu eigenlijk is. ‘De efficiëntie van 60 procent haalden wij in praktijk in elk geval niet, en dan is de brandstofcel nog nieuw.’

Belangen en argwaan

Ervaring leert dat de energietransitie gepaard gaat met enorme belangen in de industrie. Enige argwaan is dus op zijn plek. Spelen er bij JCB wellicht andere belangen om de brandstofcel te cancelen? Het antwoord is ja en nee. Ja, want JCB bouwt jaarlijks 80.000 verbrandingsmotoren, ook voor derden. Het bedrijf heeft dus een economisch belang om dat in stand te houden. Op de achtergrond speelt echter, en dat is iets waar JCB zelf overigens over zwijgt, dat de familie Bamford, eigenaar van JCB, de laatste jaren enorme financiële belangen neemt in de productieketen van waterstof. Denk dan aan investeringen van vele tientallen miljoenen. Bamfords visie is om van Engeland een waterstofpionier te maken, zoals China een accupionier is. Een bouwmachine met een brandstofcel op waterstof had dus perfect in dat plaatje gepast. Daarmee lijkt het schrappen van de fuelcellmachine een oprechte tegenvaller voor het bedrijf. Sindsdien zet JCB vol in op plan B: de waterstofgas-verbrandingsmotor.

Hoofdpijndossier

Als motorenbouwer heeft JCB kennis in huis op dat vlak. Toch is de verbrandingsmotor op waterstofgas tot nu een hoofdpijndossier voor ingenieurs. Verbrandingsmotoren op waterstof zijn namelijk niet nieuw. Vooral vanuit de autoindustrie zijn er voorbeelden. Toch brak de techniek nooit door. Verbrand je waterstof op een hoge temperatuur, wat volgens JCB in veel aangepaste benzinemotoren het geval was, dan kan dat leiden tot hoge Nox-emissies. JCB-ontwikkelaars spitten daarop zo’n 70 onderzoeksrapporten door en concludeerden dat anderen in het verleden één terugkerende fout maakten; men hield teveel vast aan hoge verbrandingstemperaturen en hoge inspuitdrukken, zoals die bij diesel- en benzinemotoren heel normaal zijn. JCB combineerde dat met oud onderzoek naar de optimale verbranding van zuivere lucht; die bestaat immers ook voor een groot deel uit waterstof. Resultaat? JCB nam het onderblok van hun viercilinder dieselmotor en bouwde daar een nieuwe kop op. De inspuitdruk is verlaagd naar slechts 20 bar. Door de flow in de verbrandingskamer te optimaliseren zouden de werveling en verbranding beter zijn. De waterstof ontbrandt door de vonk van een bougie op een lage temperatuur. In combinatie met een nieuwe hoogtoerige turbo zegt JCB nu de optimale lucht-waterstofverhouding te hebben, en een koppelkromme die vergelijkbaar is met die van de dieselmotor. Dit zou tevens het geheim moeten zijn voor fors lagere emissies. JCB claimt dat deze amper meetbaar zijn. Officiële gegevens zijn er nog niet, de motor is nu voor emissietesten bij de instanties. Het rendement zou uitkomen op 43 à 44 procent, een fractie beter dan een dieselmotor. JCB verwacht de eerste motoren over een jaar te kunnen leveren. De meerprijs zou tussen de 15 à 30 procent uitkomen, afhankelijk van het soort machine en de benodigde tanks. Dat er straks ook een zescilinder komt, ligt in de lijn der verwachting.

Waterstof Momenteel Peperduur

Omdat een kilo waterstof en een liter diesel een verschillende hoeveelheid energie bevatten, is het lastig één op één te vergelijken. Vandaar deze voorbeeldberekening, waarin we ons afvragen; Wat zijn de kosten per draaiuur als je een dieselmotor én een vergelijkbare waterstofmotor een werkdag lang zou gebruiken bij een gevraagd vermogen van 80 kW. Dat is ongeveer 108 pk continu gevraagd vermogen. In praktijk kun je dan denken aan zwaar werk met een 30 tons rupsgraafmachine. Neem de helft als je, ter indicatie, uit wilt gaan van een mobiele graafmachine. Duidelijk zichtbaar zijn dan twee nadelen van waterstof; enerzijds de huidige prijs en anderzijds de enorme tankruimte die je bij 350 bar opslag

Waterstof als antwoord

De verbrandingsmotor op waterstof moet dus hét antwoord van JCB worden op de vraag naar zero-emissiemachines. Feit is dat veel fabrikanten hier momenteel aan werken. Feit is tegelijk dat de verbrandingsmotor, hoe schoon en op welke brandstof dan ook, in het verdomhoekje zit. Los daarvan cijfert JCB de nadelen van waterstof wel makkelijk weg. De nodig hebt op de machine. De prijs voor waterstof aan de pomp is opgelopen van voorheen 10 euro per kilo naar recent 18 euro per kilo. Er zijn ook tankstations die 25 euro of zelfs meer in rekening brengen. Let wel; het gaat dan veelal ook nog om grijze waterstof gemaakt uit aardgas. We houden 18 euro per kilo aan, alle prijzen inclusief btw en heffingen. Voor het rendement van de verbrandingsmotor houden we 43% aan, de verwachting van JCB. Belangrijke kanttekening; een waterstof-elektrische aandrijving met een brandstofcel heeft een hoger rendement (50+ procent) en dus een lager verbruik per uur. Daar staat een fors hogere aanschafprijs tegenover.

(*betreft grijze waterstof, voor groene waterstof geldt een toeslag) (**minimale tankgrootte = dagverbruik plus 10 procent)

(***De dichtheid van waterstof bij 350 bar is 26,1 kilogram per m3. ) opslag, de complexiteit van het tanken, de hoge verliezen in de keten, de beperkte beschikbaarheid en de enorme ruimte die de opslagtanks straks op een machine nodig hebben; daar hoor je de fabrikant weinig over. Verder is groene waterstof amper beschikbaar en peperduur. Anderzijds, JCB verwacht dat waterstof snel goedkoper zal worden, omdat zowel Amerika via de ‘The Inflation Reduction Act’ als de Europese Unie via ‘RePowerEU’ massaal inzetten op waterstofproductie. Tel daarbij op dat machines met een waterstofmotor ‘amper’ meer kosten in aanschaf en dat je deze relatief vlot kunt tanken in plaats van opladen, dan lijkt er ook potentie. JCB ziet momenteel bovenal geen alternatieven, zo lijkt het.

Klant wil het gemak van diesel

Want hoewel JCB volop inzet op het elektrificeren van compactmachines, het merk was drie jaar terug immers de allereerste die af fabriek een elektrische minigraver kon leveren, is het ook bekend dat men zware accu-elektrische machines boven de 5.000 kg eigengewicht bij JCB totaal niet ziet zitten, zo benadrukt techneut Lee Harper nog maar eens: ‘We kunnen alles elektrificeren. Daar zitten technisch geen grenzen aan. Waar wel grenzen aan zitten is de infrastructuur om te laden en de kosten ervan. Zware elektrische machines zijn een nichemarkt voor bepaalde landen, die er vaak subsidie voor overhebben.’ JCB verwacht dat deze markt in elkaar klapt zodra de subsidies eraf gaan. Want dat de accutechniek de komende jaren enorme sprongen zou maken en de kosten ervan gaan dalen, zoals sommige concurrenten beweren, verwijst JCB naar het rijk der fabelen. ‘Mensen roepen dat inderdaad al 10 jaar. Maar wie zegt dat? Wij spreken veel acculeve- ranciers, en ik heb nog nooit iemand gehoord over dalende prijzen. De prijzen lijken momenteel zelfs eerder te stijgen dan te dalen.” Volgens JCB, dat voor de toekomst wel alle opties openhoudt, zijn klanten ook sceptisch vanwege de kosten en de tijd die nodig is om te laden. ‘Het is zinloos om duizenden kolo’s aan accu op een machine te stapelen. Klanten willen gewoon een machine die 24 uur per dag kan draaien als het nodig is. En een mobiele fossielvrije brandstof die gemakkelijk te verplaatsen is. Ze willen dus eigenlijk hetzelfde behouden. Waterstof kan dat bieden.”