artikel

Intern transport in de ban van zuinig

Warehousing Premium

Eind mei werd op de vakbeurs CeMAT in Hannover overduidelijk dat er een nieuw denken rondom intern transport is ontstaan. Vooral als het gaat om de aandrijving van onze vertrouwde hef- en magazijntrucks. Gooien we de tank als vanouds vol diesel of lpg, laden we de batterij op en gaan we gewoon aan de slag, of spelen er meer aspecten een rol?

Artikel oorspronkelijk gepubliceerd in Transport+Opslag op 1 september 2008.

 “We kunnen er gewoon niet omheen”, stelt Dr. Reiner Bavendiek van de ontwikkelingsafdeling van Still. “Meer dan ooit zien de gebruikers van intern transportmiddelen de noodzaak van energiezuinige trucks. Het past naadloos bij het algemene bewustzijn dat onze energievoorraden eindig zijn en we meer zorg moeten hebben voor ons milieu. Schoner en zuiniger rijden is ook voor intern transportmiddelen een thema geworden. De kostenbesparingen worden met de dag interessanter, gezien de hoge energieprijzen.”

   

Supercaps

Still neemt de ontwikkelingen al langer serieus en haakt ook marketingtechnisch slim in op de trend. Als een van de eerste merken ging de Hamburgse producent aan de slag met de brandstofcel in een praktijktoepassing. Op de luchthaven van München draait al enkele jaren een R60 en daarvan is het nodige geleerd. Inmiddels is ook een reachtruck met een brandstofcel aan een lange-duurtest begonnen. Vorig jaar baarde de fabrikant opzien met de RX70, naar eigen zeggen de ‘zuinigste’ dieseltruck ter wereld.

In onze heftrucktest bewees Still haar gelijk. Niet eerder noteerden we een lager verbruik in liters per uur en dat alles dankzij een lager motortoerental en een geoptimaliseerd motormanagementsysteem in combinatie met de diesel-elektrische aandrijving. Op de CeMAT liet het merk haar volgende troef zien: de supercapacitor, kortweg supercap genaamd. Deze condensator neemt in zeer korte tijd een hoog elektrisch vermogen op en kan deze ook weer snel afgeven.

De RX70 gebruikt 72 gekoppelde supercaps om de remenergie op te slaan en direct weer af te geven bij de eerstvolgende gelegenheid, bijvoorbeeld tijdens de acceleratie. Still claimt 30 procent ontlasting van de verbrandingsmotor, een 6 procent hoger koppel en een daling van het energieverbruik van meer dan 11 procent.

Piekvermogen en rendement

Eerlijk gezegd hadden we verwacht dat de supercap op een elektrische heftruck gemonteerd zou gaan worden. Immers, er speelt al jaren een discussie over hoe groot het werkelijke effect van regeneratie is als je de energie die vrijkomt bij het afremmen of het dalen van de mast, terugvoert naar de batterij. Met de montage van supercaps is duidelijk dat die energie daadwerkelijk opgeslagen en benut kan worden. Batterijfabrikant Hoppecke onderkent dit fenomeen en heeft de Trak Supercap tractiebatterij ontwikkeld. Met een supercap op elke cel is de batterij in staat om echt iets te doen met de beschikbare remenergie. “Maar er is meer”, verklaart Willem Stehouwer, directeur van Hoppecke Nederland. “Batterijen worden niet alleen gekozen op inzetduur, maar ook op piekvermogen. Wie tegelijk meerdere elektrische functies gebruikt neemt soms enorme piekspanningen af en daarom wordt er vaak een veel grotere batterij gekozen dan men gemiddeld nodig heeft. Dankzij de supercap kan er een tot wel 30 procent lagere batterijcapaciteit gekozen worden, omdat de supercap voor de kortstondige piekvermogens zorgt. Bovendien is de belasting voor de cellen lager, waardoor levensduur en gebruiksduur van de totale batterij toenemen.”

   

Opmars Lithium-ion

Wat in mei op de beurs in Hannover het geval was, zal deze maand op de beurs Azië CeMAT in Tokyo opnieuw gebeuren. De beursknaller in Duitsland was zonder twijfel de introductie van de Lithium-ion – kortweg Li-on – batterij voor hef- en magazijntrucks. Jungheinrich monteerde hem in haar Concept ’08 pallettruck, terwijl Nissan de wereld verbaasde met een werkende versie in een vierwiel heftruck.

In tegenstelling tot conventionele batterijtechnieken kent Li-on geen beperkingen zoals de noodzaak van het regelmatig bijvullen van water, het inrichten van een speciaal laadstation en een capaciteit die ‘slechts’ 80 procent van het nominale vermogen beslaat. Bovendien maakt de techniek compactere batterijen mogelijk en kent de energiehuishouding minder verliezen. “We hebben een 450 Ah batterij in een Nissan-truck geplaatst, die goed is voor een gewone daginzet”, legt marketing manager Rene Eenhoorn van Nissan Europe uit. “Dankzij snel-lading is de batterij binnen drie uur te laden en zijn probleemloos tussenladingen mogelijk. Daarbij is de levensduur van de Li-ion batterij twee maal zo groot als van een conventionele lood-zuurbatterij.”

Nissan gelooft heilig in haar missie die ze is aangegaan met NEC. De samenwerking resulteert in de oprichting van AESC, ofwel de Automotive Energy Supply Corporation. Met een investering van meer dan 114 miljoen dollar in een nieuwe productievestiging, mikt AESC vooral op de mogelijkheden die de automobielindustrie levert. De verwachting is dat er eind 2009, begin 2010 een volledig elektrisch Li-ion aangedreven Nissan-personenauto op de markt komt, waardoor ook de massaproductie van cellen flink toeneemt. Hierdoor wordt de techniek ook voor toepassing in intern transportsystemen betaalbaar. De huidige prijs van een volwaardige Li-ion batterij is op dit moment een factor 3 tot 5 van een gewone lood-zuurbatterij.

  

Vliegwieleffect

Andere (auto)fabrikanten zitten natuurlijk niet stil en daarin zit het vliegwieleffect dat deze techniek nodig heeft om sneller door te breken. Toyota voorspelt in 2009 een Li-ion versie te brengen van haar Toyota Hybrid personenauto en hetzelfde stelt Mercedes met de S 400 BlueHYBRID. Inmiddels is de smart fortwo electric drive een feit. Deze smart is uitgerust met een 30 kW/41 pk leverende elektromotor, die zijn voeding krijgt van een Li-on accu. De techniek hiervan maakt vrijere batterijontwerpen mogelijk en dat is te zien aan de plaats waar deze accu is ondergebracht: namelijk in de bodemplaat. Hierdoor gaat er geen ruimte verloren in het interieur.

Uiteraard moet ook een Li-ion batterij opgeladen worden. Een laadtijd van drie uur is natuurlijk al een stuk sneller dan de traditionele acht uur voor een loodzuurbatterij met een snellader, of twaalf uur voor een conventionele lader. Het kan en moet echter nog sneller, stelt het Delftse bedrijf Epyon, dat een razendsnelle laadtechniek heeft ontwikkeld voor Li-ion batterijen. De laadtijd van enkele uren wordt hiermee teruggebracht tot een half uur voor een grote tractiebatterij, of een kwartier voor een model dat toepasbaar is in pallettrucks of elektrotrekkers. Zo begint het laden meer te lijken op energietanken. Hierdoor kunnen hef- en magazijntrucks in een 24/7 inzet vrijwel continu blijven functioneren. Zodra de chauffeur pauzeert, gaat de truck aan de lader.

  

Net als de Li-ion techniek zelf, is ook het laadsysteem vrij pittig geprijsd. Afhankelijk van toepassing en type rekent Epyon op een terugverdientijd van drie jaar omdat wisselbatterijen of meerdere voertuigen niet nodig zijn. Bovendien, zo stellen de oprichters, gaat de batterij langer mee.

Epyon bereikt dit voordeel door de speciale computergestuurde laadtechniek. Hierbij worden temperatuur en spanning continu gemeten en bewaakt. De laadmethode past zodoende exact bij de toestand waarin de batterij zich bevindt. Warmteontwikkeling wordt tot een minimum beperkt en dat is

de belangrijkste factor voor het bepalen van de levensduur.

  

Hybride energiesystemen

Het lijkt alsof de brandstofcel door de komst van hybride auto’s en heftrucks zoals de Toyota Hybrid, en ontwikkelingen van Li-ion systemen en laadtechnieken een beetje naar de achtergrond is geschoven. Brandstofceltechniek heeft veel potentie, maar gaat gepaard met een aantal nog te overwinnen obstakels. Allereerst is er de kostprijs, die beduidend hoger is dan de prijs van een conventionele tractiebatterij. Ten tweede moet er een infrastructuur zijn voor het vullen van de tank met bijvoorbeeld waterstof of methanol. Dit kan door toelevering door derden, of het produceren van waterstof op de locatie zelf. Vervolgens is het niet zonder meer een kwestie van het verwisselen van de batterij voor een brandstofcelmodule.

   

Een brandstofcel is lichter dan een batterij, dus moet er extra gewicht in de truck om de gewenste hefcapaciteit te bereiken. Toepassing in pallettrucks en laag heffende orderverzameltrucks lijkt daarom eenvoudiger te realiseren, omdat hier het contragewicht-principe van minder belang is. Vervolgens moet de brandstofcel voldoende vermogen leveren om de truck van de juiste kracht en uithoudingsvermogen te voorzien. Diverse intern transportspecialisten verwachten daarom dat op korte termijn een combinatie van energiesystemen de beste oplossing is. Net als de hybride opzet van een supercap op een batterij, is ook de combinatie van een brandstofcel en een tractiebatterij een zeer reële oplossing. De brandstofcel zorgt hierbij voor het doorlopend opladen van de batterij, die op zijn beurt de directe beschikbaarheid van energie regelt en ook de noodzakelijke piekvermogens biedt.

  

Ervaringen in het buitenland

In de VS lopen diverse brandstofcelprojecten bij grotere gebruikers zoals Wal-Mart, General Motors, FedEx, Bridgestone en Michelin. Bij Bridgestone rijden 23 trucks in een 24-uurs inzet, 7 dagen per week. De overstap op brandstofcellen levert daar diverse voordelen op. Zo duurt het tanken per etmaal slechts vijf minuten en komt dat hooguit tweemaal per dag voor, terwijl het batterijwisselen drie keer noodzakelijk is en bij elkaar een uur vergt per truck per dag. Verder is door het wegvallen van de benodigde laadruimte en opslaglocaties voor wisselbatterijen het magazijn groter geworden. Trucks met brandstofcel beschikken de hele dag over een constant vermogen, terwijl batterijtrucks aan het einde van hun lading steeds minder voltage hebben en aan kracht inboeten. Bovendien bestaat de kans op schade door diepontlading, zowel aan de cellen als aan de elektronica van de trucks. En tot slot zijn er altijd de mogelijke risico’s bij het wisselen van de zware tractiebatterijen.

   

De Oostenrijkse laderfabrikant Fronius is in haar eigen fabriek overgestapt op intern transport met brandstofcellen op waterstof. Deze brandstof wordt via zonnepanelen op het dak door elektrolyse gewonnen uit water. Het gebruik van zonne-energie biedt tevens de mogelijkheid om waterstof te produceren voor brandstofcellen die ook andere applicaties in de fabriek van stroom voorzien.

Op basis van de huidige technieken en ervaringen concluderen de betrokkenen dat een brandstofceltoepassing in heftrucks zich het best leent voor een inzet gedurende 6 tot 7 dagen per week met drie ploegen of meer. De truckvloot telt hierbij 40 eenheden. De hybride brandstofcel die continu een tractiebatterij bijlaadt, heeft ogenschijnlijk veel meer kans van slagen, omdat de prijs van de cel beduidend lager ligt vanwege de kleinere omvang. Methanol lijkt hierbij de ideale brandstof te zijn. Het is daarom begrijpelijk dat onder andere Jungheinrich diverse proeven doet met methanol gevoede systemen.

     

Binnen schootsafstand

Op basis van het supertempo waarin de automobielindustrie de nieuwe batterijtechnieken en oplaadsystemen oppakt, komt een schonere en efficiëntere tractievorm voor het intern transport binnen schootsafstand. Eerder dan verwacht kunnen we overstappen op systemen die de beschikbaarheid van transport verhogen en met een gunstigere energie- en milieubalans hun werk doen, zoals de volledig hybride heftruck. ‘Morgen al’ kunnen we de supercap benutten voor remenergie. Zuinigere hef- en magazijntrucks zijn er ook al, en wie met ingang van vandaag langer wil rijden met

zijn huidige batterij schroeft simpelweg het acceleratievermogen iets terug en beperkt de topsnelheid. Still heeft ook hiervoor een slimme vondst gedaan met haar Blue-Q knop voor de elektrische heftrucks RX20 en RX60. Met één druk op die knop schakelt de truck over op een ideale karakteristiek voor energiebesparing, zonder productiviteit in te leveren. Op de vraag of die knop wel nodig is – want je kunt die instellingen ook zelf regelen of door de monteur laten vastleggen – antwoordt Still: “Zuinig omgaan met energie is een keuze die je bewust moet maken. Door op die knop te drukken maak je dat statement. De tijd is er rijp voor.”

   

Kader bij artikel: DE ADVANCED LITHIUM-ION BATTERIJ

Batterijen produceren stroom door de elektrochemische reactie van één of meer cellen. Een cel heeft een positieve en een negatieve elektrode. Verder bevat een cel een elektrolyt die de stroom tussen de twee elektrodes geleidt, en een separator voor de isolatie. Voor de geleiding werd bij de eerste fase Li-ion batterijen gebruikgemaakt van een vloeistof die een goede bescherming nodig heeft. Twee nieuwe technologieën, lithium-ion polymeer en ‘advanced’ lithium-ion maken gebruik van een soort gel voor de geleiding en behoeven slechts te worden beschermd door een dunne aluminiumfolie. Hierdoor zijn er ongekende mogelijkheden voor de toepassing van deze batterijen. Ze kunnen worden ontworpen in iedere vorm, zodat ze overal ingepast kunnen worden.

HOE WERKT DE BRANDSTOFCEL?

De Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEM) is de meest voorkomende van de vijf soorten brandstofcellen. In de PEM brandstofcel komen zuurstof en waterstof (of een andere brandstof zoals methanol) niet met elkaar in aanraking. Ze worden gescheiden door een vast elektrolyt, bestaande uit het speciale PEM. Dit membraan is aan beide zijden bekleed met een platina katalysator en een elektrode van gasdoorlatend grafietpapier. Het membraan laat uitsluitend positief geladen waterstof ionen (protonen) door. De waterstofzijde is de anode en de lucht/zuurstofzijde is de kathode. Zodra de waterstof in aanraking komt met het anode materiaal komen er negatief geladen elektronen en positief geladen ionen (protonen) vrij.

   

Deze protonen gaan door het membraan naar de kathode, waardoor er een overschot aan elektronen ontstaat aan de waterstofzijde, en de anode een negatieve lading krijgt. De zuurstofmoleculen aan de kathode nemen met behulp van het katalytisch materiaal de protonen op, waardoor er zich zuurstofionen vormen en de kathode een positieve lading krijgt. Het spanningsverschil tussen de minpool (anode) en de pluspool (kathode) levert elektrische spanning op. Zodra het stroomcircuit wordt gesloten (via een motor of lamp e.d.) vloeien de elektronen van de anode terug naar de kathode. Waterstof en zuurstof reageren daarbij tot waterdamp. Elke cel (zoals hierboven beschreven) is minder dan 1 mm dik. Het verkrijgen van het gewenste vermogen en de gewenste capaciteit is een kwestie van cellen koppelen. Verhoging van het aantal cellen levert een hoger voltage op.

Reageer op dit artikel