De waterstoftechnologie ontwikkelt zich in rap tempo. Je kunt het als gas meenemen onder drukken van 700 bar, je kunt het als vloeibare waterstof meenemen en je kunt het binden aan andere materialen, zoals mierenzuur of een opslagolie. Over rap tempo gesproken: H2 Rijders gaat hierover in gesprek met Antonio Scoccimarro, Chief Engineer Team VIII van Team Forze: hoe kijkt Team Forze naar deze ontwikkelingen door het vizier van een racehelm?
Antionio, waterstof en autoracen, hoe werkt dat?
"Voor een raceauto zijn twee dingen belangrijk:
- Gewicht: hoe minder gewicht hoe sneller je kunt en hoe sneller je de bochten kunt nemen.
- Volume: hoe kleiner de componenten zijn, hoe dichter je zij bij elkaar in het voertuig kunt plaatsen met als doel een zo laag mogelijk zwaartepunt en een optimale stroomlijn van de auto.
Voor Forze stapten we van 350 bar tanks over naar 700 bar tanks. Dan verdubbeld weliswaar het gewicht, maar ook de hoeveelheid waterstof. Omdat een 700 bar tank sterker moet zijn is deze ook zwaarder.
De achterliggende reden voor die overstap was dat we destijds te weinig waterstof aan boord hadden om de race uit te kunnen rijden. Nu we genoeg waterstof hebben, willen we zowel volume als gewicht reduceren. We stellen al eis dat er voor elke kilogram van het opslag systeem meer dan 0,06 kg H2 mee kan. Daarnaast moet er ten aanzien van het volume van het opslag systeem meer dan 0,04 kg per liter (van de tank) mee kunnen."
Hoe kijken jullie naar waterstof opgeslagen in een olie?
"Als we aannemen dat een waterstofolie een vergelijkbare dichtheid heeft als water, met elke 100 liter waterstofolie ten minste 6 kg waterstof bevatten. Het probleem dat dan ontstaat is dat om de waterstof uit die vloeistof te halen en katalysator en hoger temperatuur en druk nodig is. Dat betekent een extra component die gewicht en volume in beslag neemt plus aanvullende eisen in termen van vermogen (verwarming, pompen, electronica, etc..) stelt.
In het verleden hebben we verschillende waterstofdragers onderzocht en kwamen tot de conclusie dat bij er voor waarden beneden de 10 kg H2/100 l we er niet eens naar kijken."
En vloeibare waterstof?
"Aan de andere kant biedt vloeibare waterstof een aantal interessante mogelijkheden. Het volume dat het in beslag neemt is minder, de tank weegt in potentie minder als het bij drukken van minder dan 10 bar wordt opgeslagen, en de tank kan uit een andere vormen dan een cilinder bestaan. Dat is een enorme efficiency ten aanzien van volume. Nu is er heel veel ongebruikte ruimte rond de tanks.
Daar komt nóg een interessant aspect bij: omdat je de waterstof moet verwarmen, kun je de koude gebruiken om systemen in de auto te koelen. Daardoor zijn er minder radiatoren nodig en verbeteren de aerodynamische prestaties.
Boil-off (red: verdampen van de waterstof) stelt doorgaans echter hoge eisen aan de isolatielagen omdat je de auto enige tijd (soms zelfs enkele dagen) op volle tank wilt kunnen laten staan zonder dat waterstof moet worden afgeblazen omdat de druk in de tank te hoog geworden is.
Voor ons is dat echter geen probleem, omdat we het gebruik van de auto (testen, racen) altijd vooraf plannen en dus ook het tanken kunnen plannen. Het is hooguit een logistieke uitdaging.
Omdat het een vloeistof is, kan ook het tanken sneller verlopen dan gecomprimeerde waterstof. In het verleden zijn er al enkele LH2 (red: Liquid Hydrogen) tankstations gebouwd als pilotprojecten."
Alleen maar voordelen van vloeibare waterstof?
"Een nadeel van de vloeibare waterstof is dat de tank niet zo sterk is als de koolstofvezelcomposiettanks die worden gebruikt voor gecomprimeerde waterstof. Voor racetoepassingen moet een systeem worden ontworpen dat de vloeistof blijft bevatten als de tank breekt bij een crash. Dat is een grote uitdaging omdat alle materialen erg bros worden bij cryogene (red: heel lage) temperaturen."
Wat is jouw conclusie?
"In het algemeen denk ik dat vloeibare waterstof in de toekomst een betere oplossing is dan een vloeibare waterstofdrager, ook omdat ik denk dat het een belangrijkere rol zal spelen in de lucht- en ruimtevaart. Ik verwacht dan ook dat veel nieuwe ontwikkelingen rondom vloeibare waterstof."
Geldt dat voor alle waterauto’s?
"Ik heb alle vragen beantwoord vanuit hoe wij voor Team Forze waterstof toepassen in de racerij. Voor andere toepassingen gelden andere eisen en wensen. Die leiden vermoedelijk tot andere uitkomsten ten aanzien van de opslagtechnologie.
Wat ik niet genoemd heb is het volgende: het maakt uit hoeveel energie nodig is om van een gasvormige waterstof een vloeistof te maken (veel koeling nodig) of om het te binden met lage druk (druk en warmte).
Vanuit ons toepassingsperctief maakt het niet uit hoeveel energie daarvoor nodig is: zolang het maar groene energie is. Waterstofolie is voor ons niet de beste oplossing is vanuit oogpunt van gewicht / volume / gebruiksgemak, maar kan nog steeds relevant zijn omdat het minder energie verbruikt dan het vloeibaar maken van waterstof."
