artikel

Batterij of waterstof – dit zijn de feiten en misverstanden

Warehousing Premium 5261

Batterij of waterstof – dit zijn de feiten en misverstanden

Heftruckmerken als Toyota, Hyster en Still zien waterstof als de ideale vervanger van diesel/LPG en van elektrische rijden op batterijen, zeker in het zware segment. De techniek is beschikbaar, maar er zijn nog diverse hobbels te nemen. Wanneer is waterstof echt interessant? Waar zal lithium (li-ion met name) maximaal renderen? En is er nog toekomst voor loodzuur batterijen?

Lange tijd was lithium-ion (li-ion) de gedoodverfde opvolger van loodzuur batterijen in heftrucks. Want loodzuur heeft zijn langste tijd heeft gehad, zo leek het in diverse publicaties in de internationale vakpers. Dat laatste valt nog te bezien. Maar bovendien heeft li-ion er een geduchte concurrent bij, althans als waterstoftechnologie zijn belofte als new-kid-on-the-block gaat waar maken. Ook dat is nog lang niet zeker.

Loodzuur is een bijtertje

Eerst maar even loodzuur. Dat is (en blijft misschien ook wel) de standaard in elektrisch rijden. De techniek is al meer dan honderd jaar oud. Al jarenlang eisen een paar grote batterijfabrikanten het grootste deel van de markt op. De producten zelf zijn uitwisselbaar, overstappen naar een andere leverancier is geen probleem en daar ligt een belangrijk onderscheid ten opzichte van li-ion. Heftruckfabrikanten plaatsen zelf truckspecifieke (soms van eigen fabricaat) li-ion batterijen, die – en dat is dan weer een voordeel – optimaal elektronisch op elkaar zijn afgestemd.

Belangrijk nadeel van loodzuur is de noodzaak tot onderhoud. Er zijn al batterijen die een wat langere onderhoudsinterval aankunnen, maar een wekelijkse inspectiebeurt met onder andere bijvullen van elektrolyt is op dit moment de gangbare praktijk. Daar komt bij dat het laadproces het best kan plaatsvinden als de batterij zo goed als leeg is en dat het belangrijk is om het laden ook volledig af te ronden. Op zich hoeft dat geen belemmering te zijn, zeker niet in magazijnen waar een beperkt aantal heftrucks rijden, die niet volcontinu beschikbaar hoeven te zijn. Wel blijft de investering in een goed uitgeruste ruimte een vervelende bijkomstigheid en ook een dure aangelegenheid, zeker als de vloot uitdijt en er diverse truckmodellen over de magazijnvloer rijden en er gebruik wordt gemaakt van meerdere merken batterijen en laders. Om de beschikbaarheid van heftrucks hoog te houden schaffen veel bedrijven meer batterijen aan dan heftrucks. Ook dat mag meetellen als extra kostenpost.

Vergelijk loodzuur en li-ion

Maar als het gaat om kosten is loodzuur vooralsnog de ongeslagen kampioen. En hoewel de aanschafprijs van li-ion een flink dalende lijn heeft ingezet – mede dankzij groeiend aantal toepassingen in bijvoorbeeld de auto-industrie – zal de loodzuur batterij nog tot in lengte van jaren een stuk goedkoper blijven, zo is de verwachting. “Het tijdperk van de loodzuur batterij is zeker niet ten einde”, meent Paul van Bossum van batterijleverancier Emrol. Hij kent de mobiel intern transportsector van zowel de heftruckzijde als de batterijkant. “Inmiddels kunnen de beste loodzuur batterijen 1.800 cycli aan en ligt het waterverbruik op minder dan de helft van de traditionele batterijen. Het tijdperk van loodzuur is zeker niet te einde, dit is een betrouwbaar, prijsgunstig en ook nog eens voor 99 procent recyclebaar product.” Ook Emrol levert overigens wel meer en meer lithium technologie uit, zeker nu de investeringskosten een dalende lijn laten zien.

Aanschafprijs is echter niet het enige wat telt. Voorstanders van li-ion kijken liever naar de totale kosten (TCO – Total Cost of Ownership) en dan is de levensduur natuurlijk een belangrijk aspect. Toyota gaat uit van een dubbele levensduur en acht 2.500 laadcycli zeker haalbaar. Verder zou de energieconsumptie tijdens laden aanmerkelijk lager zijn met circa 30 procent. Maar naast kosten zullen toch vooral de technische voordelen zoals tussentijds laden, de hogere energiedichtheid en het vermijden van onderhoudswerkzaamheden bedrijven over de streep moeten trekken. De grote heftruckmerken hebben hun assortiment grotendeels in zowel loodzuur als li-ion variant beschikbaar. Dus dat zal geen belemmering meer zijn. Lees meer over de voor- en nadelen van li-ion in mobiel intern transport.

Li-ion verovert de markt

De verwachting is dat het nu hard zal gaan met de verkoop van li-ion heftrucks. Jungheinrich kwam in de zomer van 2017 met het bericht naar buiten, dat een grote internationale afnemer een contract heeft getekend voor de levering van meer dan duizend trucks met een li-ion batterij. De naam werd niet vrij gegeven. Het grootste deel van de vloot zal bestaan uit verticale orderpickers en gaan rijden in distributiecentra in diverse Europese landen. “De zegetocht van li-ion is niet meer te stoppen”, zei Oliver Lücke, verantwoordelijk voor de technische ontwikkeling van Jungheinrich. Wat Jungheinrich betreft is het einde van het loodzuur tijdperk inmiddels wel ingeluid.

 

Lees ook
Lithium Ion in material handling: voor- en nadelen

Lücke geeft zijn bewering de volgende onderbouwing mee. De nieuwste generatie li-ion batterijen kan met gemak 3.000 laadcycli aan (van nul tot volledig opgeladen batterij – los van de tussentijdse oplaadmomenten). Loodzuur komt volgens hem afhankelijk van de toepassing niet verder dan 900 tot 1.200 cycli. In de praktijk is loodzuur na een jaar of vier aan vervanging toe. De li-ion batterij is ongeveer 75 procent duurder in aanschaf, maar door veel lagere operationele kosten is dat verschil in prijs snel ingelopen. Alles bij elkaar berekent Lücke voor een li-ion batterij een actuele totaalprijs van circa 100 euro per maand, terwijl de klassieke loodzuur variant uit komt op 145 euro per maand (bron: Hebezeuge-Fördermittel 2017).

Toch kleven er – naast aanschafprijs – nog wel een paar nadelen aan het gebruik van li-ion. De hoge energiedichtheid zorgt ook voor warmteontwikkeling, al verschilt dat per toegepaste technologie. Rond li-ion blijft een zweem hangen van brandgevaar; terecht of niet, dat is niet helemaal duidelijk. Bij normaal gebruik is li-ion is zeker veilig, maar bij langdurige en zware inzet van de heftruck sluimert toch een zeker risico.

 

Lees ook

Jungheinrich sluit grootste lithium-ion order ooit

Linde breidt lithium-ion gamma uit

 

Het beste is om tijd vrij te maken voor tussentijds laden, normaal gesproken is dat ook geen probleem.
Wat betreft de CO2 footprint zijn er ten aanzien van li-ion wel een paar bedenkingen. Het terugwinnen van zeldzame grondstoffen zoals lithium kan zeker, maar is kostbaar. Dat kan er toe leiden dat recycling achterwege blijft. Hergebruik is dan nog wel een optie. Los van de energiebesparing door een effectiever technologie is de li-ion batterij niet ‘groener’ dan de vertrouwde loodzuur variant.

 

Hoe werkt waterstof?

Net als in een batterij is ook de brandstofcel gebaseerd op een elektro-chemisch proces. Er is sprake van een koude ‘verbranding’: waterstof reageert gecontroleerd chemisch met zuurstof waarbij zowel warmte als elektrische energie vrij komt. De uitstoot is water en water alleen. Het verschil met een batterij is dat daar ruimte beschikbaar is voor opslag van energie, ruimte die langzaam wordt opgebruikt. De brandstofcel blijft energie afgeven, zolang er maar waterstof wordt toegevoerd. Laden is dus niet nodig, tanken van waterstof wel. Maar dat is niet veel anders dan met een verbrandingsmotor die rijdt op fossiele brandstof.

Opkomst van waterstof

Duurzaamheid is de drijvende kracht achter waterstof als alternatieve energiebron. Heftrucks op waterstof zijn niet nieuw en in feite vrij simpel in te zetten. Dat de belangstelling voor deze techniek ook in deze toepassing snel groeit, past in een veel groter plaatje. In Japan en Korea gebeurt momenteel al onwaarschijnlijk veel op waterstofgebied. Toyota is in één van zijn fabrieken volop bezig met pilots waar heftrucks op waterstof worden getest. Verder heeft Toyota in oktober 2017 een waterstof vrachtwagen in gebruik genomen, die ritten uitvoert tussen Los Angeles en nabijgelegen distributiecentra. Het laadvermogen is 36 ton, de actieradius ongeveer 320 kilometer. Dezelfde brandstofcellen zijn ook terug te vinden in de Toyota Mirai, waar de fabrikant al wat langer ervaring mee heeft opgedaan. Heftrucks zijn nu ook aan de beurt.

In Amerika is waterstof volledig geadopteerd door giganten als Amazon en Wal-Mart. Dat is niet alleen vanwege zorgen rond de uitstoot van kwalijke gassen, maar daar zit volgens Willem Stehouwer – expert in elektrisch intern transport – wel degelijk een business case achter. “Zonder dat zullen Amerikaanse bedrijven van deze omvang niet snel geneigd zijn om de techniek te omarmen.”

 

 

Lees ook
Volop kansen voor waterstof als energiebron voor magazijntrucks

Amazon heeft in tien dc’s waterstof beschikbaar, Wal-Mart nog veel meer tot bijna zestig locaties. Hyster Company kocht een paar jaar geleden Nuvera, een specialist in waterstoftoepassingen en zegt daarmee zeer succesvol te zijn. In Amerika geldt waterstof inmiddels als ‘the next disruptive technology’. De al jarenlang beloftevolle techniek gaat zich nu bewijzen en misschien wel het meest in de heftrucksector.

Of dat ook echt gaat gebeuren zal in de komende paar jaar moeten blijken. Want hoewel waterstof toch nog vrij onverwacht de wind in de zeilen heeft gekregen, zijn er ook twijfels. Bijvoorbeeld over de benodigde energie, die nodig is bij het produceren en transporteren van waterstof. Japanse bedrijven zouden om aan de vraag te kunnen voldoen zelfs waterstof vanuit Australië per schip laten aanvoeren. Maar ook het omzetten naar elektrische energie is een proces wat tot verlies van energie leidt. Is rechtstreeks laden van een batterij (nodig voor het opvangen van piekbelastingen) dan toch niet effectiever?

Duitsland als gidsland

Om op deze en andere vragen een goed antwoord te kunnen geven, zijn wereldwijd talrijke pilots in het leven geroepen. Zeker in Duitsland waar tientallen proefinstallaties voor de productie van waterstofgas draaien en waar volop wordt getest met nieuwe automodellen en bussen, vrachtwagens, treinen, schepen en zelfs een vliegtuigje. Vrijwel alle waterstofprojecten bestaan bij de gratie van ruime subsidiëring. De technologie is nu nog veel te duur en te onzeker. Veruit het meeste ontwikkelingsgeld voor waterstof als energiebron gaat naar de mobiliteitssector. Vooral op autofabrikanten is de druk groot om met nieuwe schone modellen te komen. Maar ook in infrastructuur krijgt een enorme oppepper. Nu zijn er ongeveer 30 stations, over twee jaar zeker honderd en dat loopt op naar 400 in 2023. De overheid betaalt de helft van de investeringskosten.

Heftrucks

De heftruckwereld sluit daar bij aan. Onder andere met de oprichting van CIN (Clean Intralogistics Net) waar elf vooraanstaande bedrijven zich bij hebben aangesloten. Dat betreft gebruikers (BMW, Bosch, Daimler) maar ook aanbieders (Fronius, Heraeus en namens de heftruckfabrikanten Jungheinrich, Still en Linde). Gezamenlijk doel is om de Duitse kennis op dit gebied te bundelen en een vuist te maken tegen de voortvarende aanpak die in de USA, Japan, Korea, Zweden en Noorwegen op waterstof gebied van de grond is gekomen. Wat ook in Duitsland draaien diverse pilots. Still heeft in Hamburg al geruime tijd een paar industriële trekkers rijden op waterstof. Dat gebeurt met een standaard truck, waaruit de batterij is getrokken en een brandstofcel voor in de plaats is gekomen. Inmiddels heeft Still een partnership opgestart met Hydrogenics in Gladbeck. (voorbeeldprojecten van Linde en Still). Jungheinrich is terughoudend op dit punt. Deze fabrikant zet vooralsnog zijn kaarten op li-ion technologie.

Nederland doet goed mee

Hoe staat Nederland op de kaart voor wat betreft waterstof? Niet slecht. Ook in ons eigen land begint deze vorm van alternatieve energieopwekking meer weerklank te vinden. Bijvoorbeeld in Groningen, waar in brede gedacht wordt over een waterstofeconomie ter vervanging van de bestaande aardgaseconomie. Er zijn al vergevorderde plannen met windturbines op zee, die daar waterstofgas maken, met het geschikt maken van het aardgasnetwerk voor waterstof, enzovoorts. Recent is in Groningen ook de eerste omgebouwde Tesla – de Hesla – Max Holthausen ‘hackte’ de Tesla Model S. Hij vond ruimte en een manier om een waterstoftank in de auto te bouwen. Met zo’n ombouw moet het bereik van een Tesla toenemen van 400 kilometer tot 1.000 kilometer, zonder tussentijds te tanken of bij te laden. Ook komt er volgend jaar een proef met een trein van Arriva op waterstof als alternatief voor de dieseltrein tussen Leeuwarden en Groningen.

Waterstof tankstations

De (deels hernieuwde) interesse voor waterstof is terug te herleiden naar de wens/eis tot reductie van emissies waar het gaat om transport over de weg. Grote vervoerders zitten met dat probleem. Hoe kom ik elektrisch de stad in en overkom ik het rangeprobleem. Batterijen als energiebron voor transport, zeker waar het gekoeld transport betreft, is gezien de beperkte opslagcapaciteit toch een uitdaging. Waterstof zou daar een prima alternatief voor kunnen vormen, maar daar is dan wel een uitgebreide infrastructuur voor nodig. Technisch zijn er geen obstakels, wel financieel. Waterstof tanken is vergelijkbaar met aardgas tanken. Waterstof kan eenvoudig per vrachtwagen naar het tankstation worden gebracht, daar is dus alleen de weg voor nodig. Er moet wel geld zijn om die tankstations te bouwen. In 2020 moeten er minimaal twintig volwaardige waterstoftankstations zijn. Nu zijn er drie, in Arnhem, Rhoon en Helmond. Vanuit de overheid is een H2-platform opgericht met als doel om gezamenlijk als overheid en bedrijfsleven de stimulering van waterstof als nieuwe energiebron voor mobiliteit. Daar zijn inmiddels financiële stimuleringsmaatregelen voor beschikbaar.

Over de verkrijgbaarheid van waterstof in Nederland hoeft niemand zich zorgen te maken. Nu al ligt de productie in de omgeving van Pernis op 270 ton per dag. Toepassing is onder andere raffinage, glasproductie en ammoniak als grootverbruikers. Nederland heeft al een behoorlijk track record op dit gebied, zowel in productie, opslag als distributie van waterstof. Ook zijn er al diverse pijpleiding netwerken beschikbaar voor het afleveren van waterstof. Maar gewoon brengen in flessen of met tankauto’s is ook geen probleem.

Dit zijn de kosten

Voor heftrucks is dat allemaal niet zo interessant. Ieder bedrijf kan op de eigen locatie aan de slag met een paar flessen waterstof en een pompstation. Colruyt in België doet dit al sinds 2012. De schaalgrootte is alleen nog uiterst klein. Wie nu een heftruck op waterstof wil rijden betaalt minimaal het dubbele van een normale elektrische heftruck op een loodzuur batterij. Zowel li-ion als waterstof zullen naar verwachting uitkomen op een gebruikskostenniveau van omgerekend een paar honderd euro.

Ter vergelijking:

  • Elektrisch rijden op een loodzuur batterij kost ongeveer 150 euro per kW
  • Elektrisch rijden op een lithium-ion batterij ligt inmiddels rond de 500 euro per kW
  • Elektrisch rijden op waterstof zit nu nog op ruim 2.000 euro per kW (zoals li-ion in het verleden)

De feiten en misverstanden

Feit – batterijen op loodzuur basis zijn al jarenlang een vertrouwde techniek. Daar komen nauwelijks verrassingen mee voor de dag, behalve als de organisatie complexer aan het worden is, met meerdere ploegen, meerdere typen heftrucks, diverse werkzaamheden – dan is goed batterijmanagement een belangrijk element in de kostenstructuur van een logistieke operatie. Maar zeker daar waar heftrucks niet volcontinu beschikbaar hoeven te zijn, zal de tractiebatterij op loodzuur nog lang zijn weg vinden naar het toepassingsgebied heftrucks. Daar staat tegenover, dat loodzuur relatief veel onderhoud vraagt en (meestal) een aparte laadruimte met tal van voorzieningen. Dat betekent extra kosten uiteraard. Nadeel is wellicht verder de beperkte energiedichtheid, maar dat geldt minder bij moderne batterijen, die zeker in staat zijn (in combinatie met energiezuinige heftrucks) om een volledige werkdag vol in actie te zijn.

Misverstand – loodzuur batterijen zijn slecht voor het milieu. Dat valt op zich wel mee. Sterker nog, negentig procent of meer van een batterij, die het loodje heeft gelegd is vrij eenvoudig recyclebaar. Van oudsher zijn er milieudiscussies geweest over de productie van batterijen, het grondstofgebruik en verwerking van afvalstoffen. Moderne fabrieken hebben op dat punt grote stappen gezet. Wel is het productieproces en dus ook het geschikt maken voor hergebruik van deze batterijen een nogal energie-intensieve aangelegenheid.

Lithium-ion

Feit – geen of nauwelijks onderhoud is de belangrijkste belofte van li-ion. In ieder geval is dit zeker geen dagelijks of wekelijks terugkerende bezigheid. Behalve af en toe aan de stekker – dat kan op ieder gewenst moment – vergt de batterij verder geen aandacht. Verder mag van de li-ion batterij een lange levensduur worden verwacht al is onduidelijk hoe lang. De prijs van li-ion is nog altijd minimaal het dubbele van datgene wat voor een loodzuur batterij moeten worden neergeteld. Maar de kosten dalen wel in een rap tempo. Niettemin zal de prijs naar verwachting nooit op hetzelfde niveau komen.

Misverstand – tussentijds laden is heel eenvoudig. Dat is niet altijd het geval. Er komt toch de nodige managementkwaliteit bij kijken om het hele proces van batterij opladen goed vorm te geven. En vooral om de medewerkers tot de benodigde discipline te krijgen. Want zodra het maar even kan moet de batterij aan de stekker. Medewerkers moeten dat als een extra element in hun takenpakket meenemen. Laaddiscipline is niet overal vanzelfsprekend. Om stilstand van de heftrucks voor te blijven houden bedrijven voor de zekerheid een extra batterij achter de hand. Zeker in grote operaties is het cruciaal dat managers nauwlettend toezien op hun mensen, dat ze de batterij waar dat kan opladen en niet vergeten om de stekker goed aan te sluiten, zodat iedereen – ook op maandagochtend – gewoon aan de slag kan.

Waterstof

Feit – vanaf pakweg vijftien heftrucks is waterstof (op termijn zeker) een serieus alternatief.
De aanschaf van een pomp en in opslag (kan overigens ook met flessen) van waterstof vraagt om een bepaald volume aan trucks. Zeker daar waar bedrijven gewend zijn aan het gebruik van diesel/LPG trucks zal de overstap naar waterstof geen grote aanpassingsproblemen kennen. Want ook bij waterstof raakt de tank vroeg of laat een keer leeg en is het kwestie van bijtanken om binnen een paar minuten weer volledig operationeel te zijn. Grote dc’s, haventerreinen – daar waar veel diverse trucks actief zijn en waar met grote intensiteit de trucks worden ingezet – dat is waar de waterstoftruck vooralsnog goed tot zijn recht zal komen. Maar zolang de prijs van trucks nog ruim het dubbele is van vergelijkbare elektrische voertuigen, zal het nog een hele dobber zijn om de business case tot een goed einde te brengen. Er is vooral veel overtuiging en een milieubewuste mindset nodig om deze stap te zetten, ook al is waterstof niet in alle opzichten een duurzame keuze.

Misverstand – het kan niet, want de vergunningen zijn er niet. Dat klopt maar ten dele. Waterstof is niet nieuw, maar soms zal het lastig zijn om voor de specifieke toepassing op een bepaalde locatie de betreffende overheidsinstanties mee te krijgen. Keuringen en keurmerken zijn wel iets om even goed in te verdiepen. Nu steeds meer gemeenten actief een beleid voeren om emissieloze mobiliteit van de grond te krijgen, zal ook de heftruck op waterstof op die golf kunnen meeliften.

Reageer op dit artikel