Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières

Transcriptie

1 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE ACADEMIEJAAR Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières Scriptie voorgedragen tot het bekomen van de graad van licentiaat in de toegepaste economische wetenschappen, optie: technische bedrijfskunde Joren Speecke Onder leiding van Dr. Johan Albrecht

2

3 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE ACADEMIEJAAR Brandstofceltechnologie voor personenvoertuigen: analyse van de marktbarrières Scriptie voorgedragen tot het bekomen van de graad van licentiaat in de toegepaste economische wetenschappen, optie: technische bedrijfskunde Joren Speecke Onder leiding van Dr. Johan Albrecht

4 Permission

5 WOORD VOORAF Bij deze zou ik graag een woord van dank willen richten tot een aantal personen. Vooreerst wil ik Dr. Johan Albrecht bedanken voor het nuttige advies betreffende de structuur en de inhoud van deze scriptie. Een bijzonder woord van dank gaat uit naar Prof. Michel de Paepe, Stefaan Verstraeten en Sebastian Verhelst voor het vriendelijk uitlenen van de nodige literatuur en informatie met betrekking tot de technische kant van de brandstofceltechnologie. Verder zou ik graag mijn dank betuigen aan iedereen die me bij het maken van deze scriptie gesteund en geholpen heeft. Daarbij denk ik aan Hermien, mijn familie, mijn vrienden en mijn klas- en kotgenoten. april 2005 Joren Speecke I

6 INHOUDSOPGAVE Woord vooraf...i Inhoudsopgave... II Gebruikte afkortingen... V Lijst van tabellen... VII Lijst van figuren... VII Inleiding...1 HOOFDSTUK I: Brandstofceltechnologie...3 I.1. Omschrijving brandstofcel...3 I.2. Geschiedenis en ontwikkeling van de brandstofcel...3 I.3. Werking brandstofcel...4 I.4. Soorten brandstofcellen...5 I.5. Belang brandstofceltechnologie...9 I.6. Concurrenten brandstofcel...11 I.7. Besluit...12 HOOFDSTUK II: Strategie politiek en publieke organisaties...13 II.1. Europese Unie...13 II.2. Verenigde Staten...15 II.3. Japan...18 II.4. International Partnership for the Hydrogen Economy...19 II.5. Besluit...19 HOOFDSTUK III: Strategie private sector...20 III.1. Hydrogenics General Motors...20 III.2. Ballard Power Systems DaimlerChrysler Ford...23 III.3. Toyota...27 III.4. Honda...28 III.5. UTC Fuel Cells Shell Hydrogen...29 III.6. Plug Power...30 III.7. Besluit...31 II

7 HOOFDSTUK IV: Barrières brandstofceltechnologie...32 IV.1. Productie van waterstof...32 IV.2. Zuiverheid van waterstof...35 IV.3. Transport waterstof...37 IV.4. Waterstof tanken...38 IV.5. Opslag van waterstof in het voertuig...40 IV.5.1. Gasvormige opslag in druktanks...40 IV.5.2. Vloeibare opslag...41 IV.5.3. Hydriden...42 IV.5.4. Adsorptie door koolstof...44 IV.5.5. Samenvatting en evaluatie...45 IV.6. Kostprijs...46 IV.7. Duurzaamheid...47 IV.8. Bevriezing elektrolyt...48 IV.9. Veiligheid...48 IV.10. Besluit...49 HOOFDSTUK V: Carbon lock-in...51 V.1. Omschrijving (carbon) lock-in...51 V.2. Oorzaken carbon lock-in...52 V.2.1. Technologische oorzaken...52 V.2.2. Organisatorische oorzaken...53 V.2.3. Industriële oorzaken...53 V.2.4. Sociale oorzaken...54 V.2.5. Institutionele oorzaken...55 V.3. Techno-Institutional Complex (TIC)...56 V.4. Opheffen carbon lock-in...57 V.4.1. Niveau van beleidsaanpassing...57 V.4.2. Effectieve beleidsaanpassingen...59 V.4.3. Opheffen weerstand tegen verandering...64 V.4.4. Vereiste inspanningen van de industrie...65 V.5. Praktijkvoorbeelden...66 V.5.1. Batterijaangedreven voertuigen in Japan...67 V.5.2. Aanbevelingen HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technologies...67 V.6. Besluit...69 III

8 HOOFDSTUK VI: Technologische innovatie en diffusie...71 VI.1. Technologische innovatie...71 VI.1.1. Omschrijving innovatie...71 VI.1.2. Radicale versus incrementele innovaties...72 VI.1.3. Het innovatieproces...73 VI.1.4. Intersectoriële verschillen in innovatie...76 VI.1.5. Intrasectoriële verschillen in innovatie...77 VI.2. Diffusie van innovaties...78 VI.2.1. Omschrijving diffusie...78 VI.2.2. Dynamisch model...79 VI.2.3. Evenwichtstheorieën...82 VI.2.4. Diffusie van complementaire technologieën...85 VI.3. Besluit...85 Algemeen Besluit...88 Lijst van geraadpleegde werken... VIII IV

9 GEBRUIKTE AFKORTINGEN AFC CUTE DMFC DOE ECTOS EOP EU FCHV GM HLG ICE IPCC IPHE ISO IPHE JARI KWS MCFC MEA METI MITI NEDO O&O OEM PAFC PAK PEM PEMFC POX SNM Alkaline Fuel Cell Clean Urban Transport for Europe Direct Methanol Fuel Cell Department of Energy Ecological City Transport System End-of-pipe Europese Unie Fuel Cell Hybrid Vehicle General Motors High Level Group Internal Combustion Engine Intergovernmental Panel on Climate Change International Partnership for the Hydrogen Economy International Standards Organization International Partnership for the Hydrogen Economy Japanese Automotive Research Institute Koolwaterstoffen Molton Carbonate Fuel Cell Membrane Electrode Assembly Ministry of Economy Trade and Industry Ministry of International Trade and Industry Net Energy and Industrial Technology Development Organisation Onderzoek en ontwikkeling Original Equipment Manufacturer Phosphoric Acid Fuel Cell Polycyclische aromatische koolwaterstof Proton Exchange Membrane Proton Exchange Membrane Fuel Cell Partial Oxidation Strategic Niche Management V

10 SOFC SR SUV TIC wt% Solide Oxide Fuel Cell Steam Reforming Soft Utility Vehicle Techno-Institutional Complex Kilogram H 2 per kilogram van het systeem VI

11 LIJST VAN TABELLEN TABEL 1: Vergelijking tussen de verschillende types brandstofcel (eigen werk op basis van HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003)...8 TABEL 2: Overzicht van de eigenschappen van de prototypes van DaimlerChrysler (HOOGERS G., 2003c)...26 LIJST VAN FIGUREN FIGUUR 1: Werking van de PEM brandstofcel (Types Of Fuel Cells, 2004)...5 FIGUUR 2: Europese roadmap voor waterstof en brandstofceltechnologie (EUROPEAN COMMISSION, 2003, blz. 23)...14 FIGUUR 3: Vergelijking van de volumedichtheid en energiedichtheid van de verschillende opslagmethoden (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure, 2005)...45 FIGUUR 4: Vergelijking kostprijs in $ per kwh voor de verschillende opslagmethoden. (eigen werk op basis van Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure, 2005)...46 FIGUUR 5: De vijf fasen in de levenscyclus van een product volgens de evolutie van het aantal producenten. (GORT M. en KLEPPER S., 1982, blz. 639)...80 VII

12 INLEIDING Een tiental jaar geleden kondigden grote autoconstructeurs als General Motors en DaimlerChrysler een nieuw tijdperk aan voor het aandrijven van voertuigen. Vanaf 2004 zouden auto s, bussen en andere voertuigen met brandstofcellen verkrijgbaar zijn. Dankzij de brandstofcellen zouden deze voertuigen alleen maar waterdamp uitstoten en zich met een opmerkelijke stilte voortbewegen. Bij het afleveren van deze scriptie, is 2004 reeds een paar maanden voorbij. We zien echter nog geen brandstofcelauto s rondrijden, tenzij enkelen die dienstdoen in demonstratieprojecten. Deze thesis wil in de eerste plaats een antwoord geven op de vraag waarom deze technologie nog niet op de markt beschikbaar is. Aangezien de marktintroductie van de brandstofceltechnologie substantiële veranderingen vereist in verschillende maatschappelijke onderdelen, is het zeer moeilijk (zelfs onmogelijk) te voorspellen wanneer we zullen rondrijden met voertuigen op basis van deze technologie. Of de eerste auto van de kinderen die nu worden geboren, aangedreven zal zijn door brandstofcellen, is dus nog onduidelijk. Het eerste hoofdstuk van deze scriptie geeft een overzicht van wat de brandstofceltechnologie juist is. Daarnaast wordt uitgelegd hoe een brandstofcel werkt en waarom ze geschikt is voor de toepassing in personenvoertuigen. In de daaropvolgende hoofdstukken wordt een algemeen beeld geschetst van de huidige stand van zaken voor wat betreft de brandstofceltechnologie. De inspanningen die de beleidsmakers leveren voor het introduceren van de brandstofcellen wordt toegelicht in het tweede hoofdstuk. Vervolgens wordt in het derde hoofdstuk uitgebreid ingegaan op de toestand in de private sector. In de industrie die rond deze technologie ontstaat, worden samenwerkingsverbanden gevormd. De strategie van de private sector wordt per groep van samenwerkende bedrijven besproken. In het vierde en vijfde hoofdstuk worden de barrières behandeld waarmee de brandstofceltechnologie te kampen heeft. De volledige cyclus van de productie, de opslag, het transport en het tanken van waterstof en de moeilijkheden met betrekking tot deze thema s worden achtereenvolgens in het vierde hoofdstuk besproken. Daarna worden de problemen met betrekking tot de brandstofcel zelf, de moeilijkheden bij de implementatie ervan in voertuigen en de specifieke omstandigheden waarmee de brandstofcellen in voertuigen 1

13 worden geconfronteerd, toegelicht. Het vijfde hoofdstuk gaat over de lock-in van de fossiele brandstoffen in onze maatschappij, wat een belangrijke hindernis voor de marktintroductie van de brandstofcellen is. In het laatste hoofdstuk wordt de theorie rond de technologische innovatie en diffusie uitgelegd. Deze theorie wordt verondersteld van toepassing te zijn op alle innovaties, dus ook op de innovatie van de brandstofceltechnologie. Aan de hand van dit hoofdstuk wordt getracht een algemeen beeld te geven van hoe de brandstofceltechnologie zich zal ontplooien, eens de belangrijke barrières uit de twee vorige hoofdstukken zijn opgelost. Bovendien wordt het proces dat de brandstofceltechnologie aflegt, namelijk van innovatie tot volwassen product en marktintroductie, verduidelijkt. Elk hoofdstuk wordt afgesloten met een besluit, dat een bondige samenvatting geeft van de belangrijkste punten uit het hoofdstuk. Deze scriptie wordt afgesloten met een algemeen besluit waarin een aantal conclusies worden getrokken met betrekking tot de barrières van de brandstofceltechnologie in voertuigtoepassingen. 2

14 HOOFDSTUK I: BRANDSTOFCELTECHNOLOGIE In dit eerste hoofdstuk wordt een algemeen beeld geschetst van de brandstofceltechnologie. Eerst wordt het begrip brandstofcel gedefinieerd. Daarna wordt de geschiedenis en de evolutie van de brandstofceltechnologie behandeld. In het derde deel wordt kort uitgelegd hoe een brandstofcel zijn energie creëert. Vervolgens worden de verschillende soorten brandstofcellen toegelicht en wordt aangeduid welke meest geschikt zijn voor de toepassing in voertuigen. In het voorlaatste onderdeel wordt het belang van de brandstofceltechnologie onderstreept. Op het einde van het hoofdstuk worden de concurrerende technologieën kort voorgesteld. I.1. Omschrijving brandstofcel Een brandstofcel kan tot op een zeker niveau vergeleken worden met een batterij. Beiden produceren elektriciteit, maar het grote voordeel van de brandstofcel is dat ze niet moet herladen worden. Er wordt elektriciteit en warmte geproduceerd zolang er waterstof en zuurstof aanwezig is. De brandstofcel kan omschreven worden als een elektrochemische energieomvormer die elektriciteit en warmte produceert door een omgekeerde elektrolyse. Deze chemische reactie gaat als volgt: 2H 2 + O 2 2H 2 O + Energie De energie die hierbij vrijkomt, kan worden gebruikt voor de aandrijving van auto s, maar ook voor de elektriciteitsvoorziening in ziekenhuizen en andere gebouwen. Eventueel kunnen ze de batterij vervangen in mobiele telefoons, laptops, videocamera s, enz. (Fuel Cell Handbook, 2002) I.2. Geschiedenis en ontwikkeling van de brandstofcel De eerste brandstofcel werd al in 1839 beschreven door Sir William Robert Grove ( ). Hij voerde een experiment uit waarbij twee platina strips geplaatst worden in zwavelzuur, de ene strip wordt in contact gebracht met waterstofgas (H 2 ), de andere met zuurstofgas (O 2 ). Daarbij ontdekte hij toevallig dat er stroom tussen deze strips liep. Pas in 3

15 1889 probeerden de Britse wetenschappers Ludwig Mond en Charles Langer deze ontdekking om te zetten in een bruikbaar toestel. Zij waren de eersten die de term fuel cell gebruikten. Vanaf dat moment werd er regelmatig onderzoek naar de brandstofcel gedaan. Vanaf de jaren 60 van de 20 ste eeuw groeide de interesse voor brandstofcellen. Voor hun ruimtevaartprogramma kozen de Verenigde Staten brandstofcellen omdat ze minder riskant zijn dan kernenergie en goedkoper zijn dan zonne-energie. Men gebruikte de brandstofcellen voor de energievoorzieningen aan boord van bemande ruimtevaartuigen, onder andere in de Gemini en de Apollo. Ze worden nog steeds gebruikt in de Space Shuttle. Het water dat vrijkomt als bijproduct van de brandstofcellen, kan bovendien gebruikt worden als drinkwater voor de bemanning. (ERDLE K.E., 2001) De echte doorbraak werd verhinderd door de hoge kosten en de technische problemen. Door de energiecrisis in de jaren 70 werd de brandstofceltechnologie opnieuw van onder het stof gehaald. Door de toename van de milieuwetten en de komst van het Kyoto protocol moet de uitstoot van vervuilende gassen verminderd worden. Meteen een extra stimulans om de mogelijkheden van de brandstofcel verder te onderzoeken. Op dit ogenblik wordt in drie disciplines naar commerciële toepassingen van de brandstofcel gezocht, namelijk in transport (auto s, vliegtuigen, duikboten, ), stationaire energieopwekking en draagbare toepassingen. (HOOGERS G., 2003a) I.3. Werking brandstofcel Er bestaan verschillende types brandstofcellen (zie infra blz. 5). In wat volgt wordt het mechanisme van de PEM brandstofcel geschetst (zie FIGUUR 1, blz. 5). De andere brandstofceltypes zijn vrij gelijkaardig qua werkingsprincipe. Een brandstofcel bestaat uit twee elektroden: een negatieve elektrode (anode) en een positieve elektrode (kathode). Beide elektroden worden samengedrukt rond een elektrolyt. Een waterstofbron wordt op de anode aangesloten en een zuurstofbron (meestal wordt hiervoor gewone lucht gebruikt) op de kathode. In de anode geven de waterstofatomen met de hulp van een katalysator hun elektronen af en worden positief geladen waterstofionen gevormd: H 2 2H + + 2e - 4

16 De waterstofionen worden aangetrokken door de negatief geladen zuurstofionen, die zich in de kathode hebben gevormd. De waterstofionen (protonen) migreren door de elektrolyt naar de kathode. Daardoor ontstaat aan de anode een overschot aan elektronen en aan de kathode een tekort aan elektronen. Als de anode (negatief) en de kathode (positief) met elkaar worden verbonden via een extern circuit, stromen de elektronen via die verbinding van de anode naar de kathode. Zo wordt er elektriciteit geproduceerd. In de kathode smelten de protonen en elektronen van waterstof samen met de zuurstofatomen en vormen water (of waterdamp als de temperatuur hoog genoeg is): 4H + + O 2 + 4e - 2H 2 O FIGUUR 1: Werking van de PEM brandstofcel (Types Of Fuel Cells, 2004) Een aantal brandstofcellen wordt verzameld in een stack met eindplaten en verbindingen voor de toevoer van waterstof en zuurstof en de afvoer van water(damp). (Fuel Cell Handbook, 2002; NORBECK J.M. et al., 1996) I.4. Soorten brandstofcellen Er zijn verscheidene types van brandstofcellen. Ze verschillen in aggregatietoestand, werkingstemperatuur en ionengeleidbaarheid van de gebruikte elektrolyt. Ze worden daarom genoemd naar het type elektrolyt: de Alkaline Fuel Cell (AFC), de Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), de Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), de Solide Oxide Fuel Cell (SOFC) en de Molton Carbonate Fuel Cell (MCFC). Uitzondering op deze naamgeving is de Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), waarvan de naam afgeleid is van de brandstof waarmee hij wordt aangedreven. Hieronder worden de verschillende soorten brandstofcellen afzonderlijk besproken. 5

17 a) Alkaline brandstofcel (AFC) De alkaline brandstofcel is het type met de langste geschiedenis. Ze heeft een elektrolyt van vloeibaar KOH of NaOH die permeabel is voor de OH - -ionen die migreren van de positieve kathode naar de negatieve anode. Deze brandstofcel werkt bij temperaturen van 60 tot 120 C, wat ze toepasbaar maakt voor voertuigen. Ook is ze vrij goedkoop te produceren. Het grote nadeel van de AFC is dat de elektrolyt CO 2 adsorbeert, waardoor de geleidbaarheid van de elektrolyt uiteindelijk wordt aangetast. Omdat zelfs kleine hoeveelheden CO 2 een effect hebben op de werking van de AFC, moeten zowel de gebruikte waterstof als de lucht gezuiverd worden van alle CO 2. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998) Ondanks dit belangrijke tekort wordt de AFC in een aantal nichemarkten (ruimtevaart, militaire toepassingen) gebruikt. Zo werd ze zowel in de Apollo als in de Space Shuttle gebruikt. Ook werd op het einde van de jaren 90 een Londense taxi gepresenteerd door ZETEK/ZEVCO die werd aangedreven door een AFC. Omdat de brandstofcel slechts een vermogen van 5 kw had, werd ze bijgestaan door batterijen. De brandstofcel diende dus vooral om de autonomie van de taxi te verhogen. (HOOGERS G., 2003a) b) Polymeer membraan brandstofcel (PEMFC) Als elektrolyt gebruikt de PEMFC een vast polymeermembraan. Dit membraan is een soort plastic folie dat oorspronkelijk door DuPont werd ontwikkeld voor de chloor-alkali industrie. Zowel de anode, de kathode als de elektrolyt worden gecombineerd in één compacte entiteit, namelijk het membrane electrode assembly (MEA). Dit MEA is slechts enkele honderd µm dik. Wanneer het membraan gevoed wordt met waterstof en lucht, kan door de cel een stroom geleverd van 1 volt. Het membraan geleidt echter enkel de elektrische stroom wanneer er water (in vloeibare fase) aanwezig is. Hierdoor is de werkingstemperatuur gelimiteerd tot 100 C, waardoor voor de nodige koeling van de brandstofcel moet worden gezorgd. Ook wordt soms gebruik gemaakt van een bevochtiger voor de gassen (waterstof en lucht). Dit moet beletten dat het MEA uitdroogt. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998) De PEMFC heeft dankzij zijn lichte cellen met een grote energiedichtheid een stapje voor in de transportsector. Een tweede voordeel is dat de cellen als operatief zijn vanaf een lage temperatuur (50 à 60 C), waardoor een snelle opstarttijd bereikt kan worden. Er zijn al PEMFCs ontworpen die een minimale opstarttijd bezitten bij een omgevingstemperatuur van - 6

18 20 C. Een belangrijk nadeel van dit type brandstofcellen is dat het dure platina gebruikt wordt als katalysator. Veel onderzoek gaat dan ook naar het reduceren van het benodigde platina. Een tweede nadeel is dat de MEA vrij gevoelig is voor onzuiverheden in de brandstof, vooral voor CO. (HOOGERS G., 2003a) Toepassingen voor de PEMFC zijn vrij uitgebreid. Zowel in de transportsector als bijvoorbeeld voor noodaggregaten voor ziekenhuizen, scholen en kantoren kunnen PEMFCs worden gebruikt. Dit type brandstofcel werd ook gebruikt in het Gemini ruimteprogramma. (HOOGERS G., 2003a) c) Fosforzure brandstofcel (PAFC) De PAFC heeft een elektrolyt van vloeibaar fosforzuur (H 3 PO 4 ). Om de elektrolyt vloeibaar te krijgen/houden moet bij een middelhoge temperatuur van 200 C worden gewerkt. De PAFC wordt vooral ontwikkeld voor de energieopwekking op middelgrote schaal, met brandstofcellen van bijvoorbeeld 200 kw. Er zijn ook al PAFCs actief van 11 MWe (Japan) en 1,3 MWe (Milaan). In vergelijking met de lage temperatuurbrandstofcellen (AFC en PEMFC) heeft de PAFC slechts een lage vermogensdichtheid. Bovendien is de elektrolyt onderhevig aan degradatie, waardoor ze na vijf jaar moet worden vervangen. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998) d) Brandstofcellen met vloeibaar carbonaat (MCFC) en vast oxide brandstofcellen (SOFC) De MCFC en de SOFC zijn brandstofcellen die bij een hoge temperatuur werken, respectievelijk bij 650 C en 1000 C. De MCFC heeft een elektrolyt van vloeibaar lithium, natrium en/of kalium carbonaat. De elektrolyt van de SOFC bestaat uit keramisch ZrO 2. Door de hoge werkingstemperaturen en de ermee gepaard gaande lange opstarttijden zijn deze brandstofceltypes enkel geschikt voor stationaire toepassingen of warmtekrachtkoppeling. Deze hoge werkingstemperaturen bieden echter belangrijke voordelen, zoals een hoog rendement en een hoge tolerantie voor onzuiverheden. Zo is het mogelijk om andere brandstoffen dan waterstof (zoals aardgas) direct als brandstof voor de cel te gebruiken. (HOOGERS G., 2003a; STUBBE E., 1998) 7

19 e) Direct methanol brandstofcel (DMFC) De technologie van de DMFC is gebaseerd op die van de PEMFC. Maar zoals de naam het zegt, wordt de DMFC direct aangedreven door methanol (meer bepaald een mengsel van methanol en water) langs de anode en lucht aan de kathode. Dit kan heel wat voordelen opleveren, vooral omdat methanol vloeibaar is en daardoor makkelijker te tanken en op te slaan is. Bovendien is dit type brandstofcel eenvoudiger dan de brandstofcel die indirect met methanol wordt aangedreven. Bij deze laatste wordt dan gebruik gemaakt van een brandstofomvormer die de methanol omzet in waterstof en een aantal bijproducten. Dit type brandstofcel staat wel nog in de kinderschoenen en heeft te kampen met een aantal problemen. Zo bedraagt de energiedichtheid van de DMFC op dit ogenblik slechts een vierde van de energiedichtheid die de PEMFCs halen. Dit is vooral te wijten aan de zwakke prestaties van de katalysator op de anode. Op dit ogenblik is de technologie van de DMFC bruikbaar voor draagbare toepassingen. (HOGARTH M., 2003; Fuel Cell Handbook, 2002) f) Samenvatting Type Elektrolyt Werkingstemperatuur Brandstof Toepassingsgebied AFC KOH C zuivere H 2 militair, ruimtevaart PEMFC vast polymeer C zuivere H 2 transport, (draagbare) energieopwekking PAFC H 3 PO 4 ~220 C zuivere H 2 energieopwekking, transport MCFC Li 2 CO 3, Na 2 CO 3, ~650 C H 2, CH 4 of energieopwekking op grote K 2 CO 3 andere KWS schaal SOFC ZrO 2 ~1000 C H 2, CH 4 of energieopwekking op grote andere KWS schaal DMFC vast polymeer C Methanol draagbare energieopwekking, transport TABEL 1: Vergelijking tussen de verschillende types brandstofcel (eigen werk op basis van HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003) 8

20 Het is duidelijk dat niet alle types van brandstofcellen in aanmerking komen om in voertuigen te gebruiken. In een voertuig is het wenselijk dat de werkingstemperatuur vrij laag is. Hierdoor komen nog enkel de AFC, de PEMFC en de DMFC in aanmerking (zie TABEL 1, blz. 8). Eventueel kunnen in grotere voertuigen zoals bussen of vrachtwagens PAFCs worden gebruikt, aangezien een snelle opstarttijd voor deze voertuigen minder belangrijk is. Doordat de energiedichtheid van de AFC vrij laag ligt, is ze niet ideaal voor transportdoeleinden. Indien men de energiedichtheid van de DMFC zou kunnen verhogen, zou ze, gezien de vloeibare brandstof die ze gebruikt, een aanzienlijk voordeel verwerven ten aanzien van de PEMFC. Nadeel is echter dat de DMFC nog steeds CO 2 uitstoot. Als men een oplossing zoekt voor het vraagstuk van de opwarming van de aarde, is de PEMFC op dit ogenblik de beste keuze voor kleine tot middelgrote voertuigen en eventueel de PAFC voor grotere voertuigen. (HOOGERS G., 2003a; HOGARTH M., 2003) I.5. Belang brandstofceltechnologie De huidige verbrandingsmotoren op benzine en diesel stoten allerhande schadelijke stoffen uit. Bij de verbranding van aardolieproducten komen substantiële hoeveelheden CO 2, stikstofoxiden en polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK s) vrij. Benzinemotoren functioneren meestal met een lichte overmaat aan brandstof, zodat door onvolledige verbranding eveneens grote hoeveelheden koolmonoxide en onverbrande koolwaterstoffen uitgestoten worden. Dieselmotoren stoten roetdeeltjes uit en wanneer de brandstof zwavel bevat, wordt zwaveldioxide (SO 2 ) uitgestoten. Al deze stoffen kunnen het leefmilieu en de gezondheid van mens en dier beschadigen. Mogelijke negatieve effecten zijn het aantasten van de stratosferische ozonlaag, irriterende mistvorming (smog), opwarming van de aarde (broeikaseffect), luchtverontreiniging, zure regen en het aanvreten van materialen. (VAN LANGENHOVE H. en SERCU B., 2004) De vorming van smog komt vooral voor in grote steden en kan dus lokaal worden aangepakt. De klimaatverandering als gevolg van het broeikaseffect heeft daarentegen effect op het leefmilieu van de hele aardbol. Over die opwarming van de aarde zijn wetenschappers het niet volledig eens. Dat de mens een nefaste invloed heeft op het klimaat van de aarde is voor velen een vaststaand feit. Het is vooral de impact en de timing van de klimaatverandering dat een punt van discussie vormt onder de wetenschappers. De gevolgen van het broeikaseffect zijn 9

21 onder andere een verhoging van het zeeniveau, het afsmelten van het poolijs en een toenemende ontbossing en woestijnvorming. Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) duidt de verbranding van fossiele brandstoffen aan als voornaamste reden van de klimaatverandering. De belangrijkste broeikasgassen die door het verkeer worden uitgestoten zijn koolstofdioxide (CO 2 ) en lachgas (N 2 O). (IPCC, 2001) De uitputting van de oliereserves wordt eveneens aangehaald als een belangrijke reden voor het ontwikkelen van de brandstofceltechnologie. Over het tijdstip waarop er olie tekort zal zijn, bestaat er veel discussie. De optimisten beweren dat de oliereserves groot genoeg zijn om de energiebehoefte tot 2050 of zelfs langer te bevredigen. Volgens deze groep wetenschappers zal het bij stijgende olieprijzen voordelig zijn om teerzandolie en andere minder gemakkelijk ontginbare oliebronnen aan te wenden. Aan de andere kant voorspellen de pessimisten dat er steeds meer olie nodig zal zijn, mede door de snelle industrialisering van China en India. Daarom zullen de oliereserves sneller dan verwacht uitgeput zijn. Bovendien wijzen ze erop dat het ontginnen van bijvoorbeeld teerzand en zware olie een zeer grote belasting vormt voor het milieu. Zo voorspelt IVANHOE L.F. dat de wereldwijde piek in de olieproductie zich al tussen 2010 en 2020 zal voordoen. (RIFKIN J., 2004; IVANHOE L.F., 1997) Industriële grootmachten zoals de Verenigde Staten, de Europese Unie en Japan zijn voor hun energievoorziening afhankelijk van de olieproducerende landen. Deze olieproducerende landen, verzameld in de OPEC, verwerven hierdoor een machtspositie. De oneerlijke verdeling van de oliereserves leidt tot politieke instabiliteit en conflicten. (RIFKIN J., 2004) Als oplossing voor alle hierboven aangehaalde problemen werd een alternatief aandrijfgeheel gezocht voor transporttoepassingen. De elektrische auto, uitgerust met herlaadbare batterijen, werd als eerste alternatief naar voren geschoven. Er werd heel wat onderzoek naar gedaan en er rijden al voertuigen rond die gebaseerd zijn op deze technologie. Het grote probleem is dat de door batterijen aangedreven voertuigen een beperkte autonomie hebben en veel tijd nodig hebben om op te laden. De oplossing werd gevonden in de brandstofcel. De energie die de elektrische motoren verbruiken, wordt hier niet door batterijen geleverd, maar geproduceerd in de brandstofcel met behulp van waterstof. (Hydrogen is on the way, 2004) 10

22 Theoretisch heeft de brandstofcel verscheidene voordelen tegenover de verbrandingsmotor: zij is geruisloos, heeft geen bewegende delen, is meestal reukloos en als het stroomverbruik ophoudt, stopt ook de chemische reactie en daarmee het brandstofverbruik. Bovendien stoot de brandstofcel geen enkel schadelijk bestanddeel uit wanneer ze rechtstreeks met waterstof wordt aangedreven. Waterstof is overal ter wereld aanwezig (weliswaar in gebonden toestand) en verschillende energiebronnen kunnen aangewend worden voor de productie ervan. De energietoevoer wordt hierdoor minder afhankelijk van de grillen van de olieproducerende landen. (Hydrogen is on the way, 2004) I.6. Concurrenten brandstofcel De huidige dominante technologieën voor aandrijfsystemen, zijnde de interne verbrandingsmotoren op benzine en diesel, ondervinden een toenemende concurrentie van alternatieve aandrijfsystemen. Naast de brandstofcel zijn heel wat andere technologieën in de running om de dominante technologie te worden. Een aantal daarvan zijn gebaseerd op de interne verbrandingsmotor, maar gebruiken een andere brandstof. Voorbeelden van die brandstoffen zijn waterstof, aardgas, methanol, ethanol, biodiesel en biogas. De nadelen van deze technologieën zijn dat er ofwel geen infrastructuur is om de brandstof te verdelen, ofwel onvoldoende brandstof geproduceerd wordt. Bovendien stoten alle technologieën gebaseerd op de interne verbrandingsmotor schadelijke stoffen uit. Daartegenover staan de voertuigen die hun energie opslaan in batterijen. Deze zijn volledig emissievrij, maar hebben te kampen met een beperkte autonomie. Tussenin liggen de hybride diesel-elektrische of benzineelektrische voertuigen. Deze combineren een elektrische motor, aangedreven door batterijen, met een interne verbrandingsmotor zodat beide motoren elkaar aanvullen. De batterijen recupereren onder andere energie tijdens het remmen. Ze geven die energie vervolgens terug af bij het accelereren. Hybride voertuigen hebben op dit ogenblik de hoogste well to wheel efficiëntie 1. Ze vormen dan ook de grootste concurrent van de brandstofcelvoertuigen. Een hybride opstelling kan ook de brandstofcel combineren met batterijen. (STONE R., 2003) 1 Dit is een methode voor de berekening van de efficiëntie van een voertuig, rekening houdend met de uitstoot van schadelijke gassen en het energiegebruik. Hierbij wordt de efficiëntie gemeten vanaf de ontginning van de ruwe brandstof (bijvoorbeeld aardolie) tot aan de beweging van de wielen van het voertuig. 11

23 I.7. Besluit De brandstofcel is een elektrochemische energieomvormer, die de energie die vrijkomt bij de reactie tussen waterstof en zuurstof omzet in elektriciteit. Er bestaan verschillende soorten brandstofcellen, maar uit dit hoofdstuk werd duidelijk dat vooral deze met een polymeer membraan, de PEMFC, geschikt zijn voor toepassing in voertuigen. Intrinsiek heeft de brandstofcel een aantal voordelen tegenover de verbrandingsmotor: zij is geruisloos, heeft geen bewegende delen, is meestal reukloos en als het stroomverbruik ophoudt, stopt ook de chemische reactie en daarmee het brandstofverbruik. Bovendien kan ze een oplossing bieden voor het broeikaseffect en andere vormen van vervuiling, aangezien een brandstofcel geen schadelijke stoffen uitstoot wanneer ze rechtstreeks met waterstof wordt aangedreven. De brandstofceltechnologie is echter niet de enige die ambieert om de nieuwe dominante technologie voor transporttoepassingen te worden. Op dit moment is de grootste concurrent de hybride aandrijving met energierecuperatie tijdens het remmen. Of de brandstofceltechnologie uiteindelijk de nieuwe dominante technologie wordt, hangt voor een groot stuk af van de interesse die de publieke en de private sector ervoor tonen. Beide worden in de volgende twee hoofdstukken besproken. 12

24 HOOFDSTUK II: STRATEGIE POLITIEK EN PUBLIEKE ORGANISATIES In dit onderdeel wordt de strategie van drie economisch belangrijke regio s, namelijk de Europese Unie, de Verenigde Staten en Japan, met betrekking tot de waterstofeconomie en de brandstofceltechnologie uiteengezet. Er heerst enige rivaliteit tussen deze drie economische grootmachten om als eerste een waterstofeconomie uit te bouwen. Daarnaast worden de internationale inspanningen via het International Partnerschip for the Hydrogen Economy besproken. II.1. Europese Unie Tussen 1988 en 1999 liepen in de Europese Unie 336 individuele onderzoeksprojecten met betrekking tot waterstof. Het onderzoek is echter zeer versnipperd en onsamenhangend. Bovendien loopt de EU achterop ten opzichte van de Verenigde Staten en Japan. Nochtans heeft de EU baat bij de ontwikkeling van de waterstofeconomie. Zo staat in het groenboek van de EU dat de fossiele brandstoffen 4/5 van het totale energieverbruik in Europa vertegenwoordigen. Bovendien wordt 2/3 van de fossiele brandstoffen ingevoerd. Indien niets ondernomen wordt, kan de afhankelijkheid van de EU voor energievoorziening oplopen tot 70 procent. Dit zou betekenen dat 90 procent van de fossiele brandstoffen wordt ingevoerd. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005; EUROPEAN COMMISSION, 2000) Onder druk van Romano Prodi, toenmalig voorzitter van de Europese Commissie, wou de Europese Unie deze scheve situatie rechttrekken. De eerste stap in dit proces volgde in oktober 2002, namelijk het oprichten van een werkgroep om een visie te formuleren over hoe waterstof en brandstofcellen kunnen bijdragen tot een toekomstig duurzaam energiesysteem. Ze formuleert ook haar visie over de acties die nodig zijn om te evolueren naar een waterstofeconomie met energieomvormers op basis van de brandstofceltechnologie. Deze werkgroep werd de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology gedoopt. De 19 belanghebbers die er deel van uitmaken, vertegenwoordigen de maatschappij, de industrie, de beleidsvoerders en de consumenten. Onder andere afgevaardigden van Ballard Power 13

25 Systems (zie infra, blz. 23), DaimlerChrysler (zie infra, blz. 23), Solvay en een parlementslid van IJsland behoren tot de werkgroep. (EUROPEAN COMMISSION, 2003) De conclusies van deze werkgroep zijn gepresenteerd op de conferentie The hydrogen economy A bridge to sustainable energy, gehouden in Brussel op 16 en 17 juni De Europese roadmap wordt weergegeven in FIGUUR 2 onderaan deze bladzijde. De nadruk wordt hierbij gelegd op de complexiteit bij de overgang naar de waterstofeconomie. Bovendien zal de competitie tussen de EU, de Verenigde Staten en Japan zeer hevig zijn. Daarom stelt de HLG een substantiële verhoging voor van de budgetten voor O&O naar de brandstofceltechnologie. Een uitgebreide bespreking van de aanbevelingen van de HLG for Hydrogen and Fuel Cells Technology wordt gegeven in het punt V.5.2 op blz. 67, waar ze toegepast worden op de theorie rond het opheffen van de carbon lock-in. (EUROPEAN COMMISSION, 2003) FIGUUR 2: Europese roadmap voor waterstof en brandstofceltechnologie (EUROPEAN COMMISSION, 2003, blz. 23) 14

26 In september 2003 benadrukte Romano Prodi dat het dossier van de waterstofeconomie een hoge prioriteit verdiende. Er werd beslist een Europese Platform voor waterstof- en brandstofceltechnologie op te richten, dat verantwoordelijk is voor het definiëren en het coördineren van het O&O met betrekking tot de brandstofceltechnologie. Hierbij worden de belangrijkste problemen onderzocht, alsook de inspanningen die nodig zijn om de brandstofcellen met succes op de markt te introduceren. Dit platform moet ervoor zorgen dat het versnipperde en onsamenhangende onderzoeksbeleid van de jaren 90 definitief vaarwel wordt gezegd. In januari 2004 kwam het platform voor het eerst samen. (Chronology of a European commitment, 2004) Naar aanleiding van het zesde EU kaderprogramma voor onderzoek ( ), is intussen 92 miljoen EUR uitgetrokken voor communautaire steun. Daarbovenop wordt eenzelfde bedrag voorzien voor particuliere investeringen in O&O op het gebied van waterstof en brandstofcellen. In de eerste fase van het Quick-Start initiatief met betrekking tot de productie en het gebruik van waterstof, wordt 300 miljoen EUR (waarvan de helft afkomstig is van de EU) gespendeerd aan publieke en particuliere investeringen. Voor de komende tien jaar wordt 2,8 miljard EUR voorbehouden door de EU voor twee projecten naar aanleiding van het Europese groei-initiatief. Deze investeringen moeten een doorbraak teweegbrengen op het vlak van de productie, de opslag en de verdeling van waterstof, alsook op het gebied van de brandstofcellen en de toepassing ervan. Bovendien wil Europa een vooraanstaande rol spelen in de brandstofceltechnologie en een Europese testomgeving creëren voor het demonstreren van de technologieën rond waterstof. (EUROPEAN COMMISSION, 2004) II.2. Verenigde Staten Ondanks het feit dat de Verenigde Staten het Kyoto Protocol niet hebben ondertekend, beloven ze toch om hun uitstoot aan schadelijke gassen te reduceren. Dit willen ze doen aan de hand van een drieledige strategie. De eerste doelstelling is het reduceren van de carbon intensity, dit is de uitstoot van koolstof per USD economische output. Tussen 2002 en 2012 wil men de carbon intensity met 18 procent doen dalen. Hierbij moet worden opgemerkt dat de uitstoot van broeikasgassen met 13 procent is gestegen tussen 1990 (het referentiepunt van het Kyoto Protocol) en Ten tweede gaan de Verenigde Staten de uitdaging aan om substantiële bedragen te investeren in wetenschap, technologie en organisaties die de 15

27 klimaatverandering tegengaan. De Verenigde Staten spenderen jaarlijks om en bij de twee miljard USD aan wetenschappelijk onderzoek naar de klimaatverandering. Als derde onderdeel worden bilaterale en multilaterale samenwerkingsverbanden met andere landen opgestart om de twee bovenstaande doelstellingen te ondersteunen. Zo hebben de Verenigde Staten initiatief genomen tot het oprichten van de International Partnership for the Hydrogen Economy (zie infra, blz. 19). (U.S. Has Three-Pronged, 2004) Tot deze driedelige strategie behoren niet alleen de brandstofceltechnologie en de waterstofeconomie, maar ook de hernieuwbare energiebronnen (zonne- en windenergie) en de nucleaire energie. Volgend stukje uit de State of the Union van 2005 illustreert de wil van President George W. Bush om de ontwikkeling van brandstofcellen te stimuleren. To keep our economy growing, we also need reliable supplies of affordable, environmentally responsible energy. (Applause.) Nearly four years ago, I submitted a comprehensive energy strategy that encourages conservation, alternative sources, a modernized electricity grid, and more production here at home -- including safe, clean nuclear energy. (Applause.) My Clear Skies legislation will cut power plant pollution and improve the health of our citizens. (Applause.) And my budget provides strong funding for leading-edge technology -- from hydrogen-fueled cars, to clean coal, to renewable sources such as ethanol. (Applause.) Four years of debate is enough: I urge Congress to pass legislation that makes America more secure and less dependent on foreign energy. (Applause.) (BUSH G.W., 2005a) Hieruit wordt duidelijk dat de president zijn land voor wat betreft energietoevoer minder afhankelijk wil maken van het Midden Oosten. In de toespraak die President George W. Bush geeft naar aanleiding van zijn bezoek aan Brussel begin februari 2005, wordt de ontwikkeling van de brandstofcel aangehaald als een belangrijk thema. De nadruk ligt hier op de samenwerking tussen Europa en Amerika in de verdere ontwikkeling van de brandstofceltechnologie. Hierna volgt het desbetreffende stuk uit de toespraak: Our alliance is determined to show good stewardship of the earth -- and that requires addressing the serious, long-term challenge of global climate change. All of us expressed our views on the Kyoto protocol -- and now we must work together on the way forward. Emerging technologies such as hydrogen-powered vehicles, electricity from renewable energy sources, clean coal technology, will encourage economic growth that is environmentally responsible. By researching, by developing, by promoting new technologies across the world, all nations, including the developing countries can advance economically, while slowing the growth in global greenhouse gases and avoid pollutants that undermines public health. All of us can use the power 16

28 of human ingenuity to improve the environment for generations to come. (BUSH G.W., 2005b) In feite waren de Verenigde Staten de eersten die een programma startten voor het aanmoedigen van waterstof als energiedrager voor de toepassing in gebouwen en transport. Al in 1979, in de nasleep van de oliecrisissen, wordt in de Verenigde Staten het Strategic Plan for Hydrogen Program opgestart. Op dat moment is de technologie echter nog niet rijp voor commercialisering. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005) De National Hydrogen Energy Roadmap, gepresenteerd door de United States DOE in november 2002, geeft een blauwdruk van de publieke en private inspanningen die nodig zijn voor het introduceren van de brandstofceltechnologie. Verschillende richtingen worden voorgesteld om het gebruik van waterstof voor energie te stimuleren. Tegelijkertijd wordt de National Vision of Amerika s Transition to a Hydrogen Economy voorgesteld. Hierin wordt beschreven op welke manier de overgang van fossiele brandstoffen naar waterstof tegen 2030 zal gerealiseerd worden. Beide documenten vormen de basis van het Amerikaanse beleid met betrekking tot waterstof en de brandstofceltechnologie. (United States Department of Energy, 2002a; United States Department of Energy, 2002b) In 2002 wordt FreedomCAR (Cooperative Automotive Research) gelanceerd. Dit is een samenwerkingsverband tussen de overheid en een aantal autoconstructeurs 2 voor O&O naar de brandstofceltechnologie. De uiteindelijke doelstelling van dit onderzoek is het produceren van betaalbare en praktische brandstofcelauto s naar de wensen van de Amerikaanse consument. Een jaar later wordt FreedomCAR aangevuld met het FreedomFUEL initiatief. Over een periode van vijf jaar wordt hiervoor geïnvesteerd in technologieën en infrastructuur voor het produceren, opslaan en distribueren van waterstof voor het gebruik in brandstofcelauto s en voor elektriciteitsopwekking. Voor beide projecten samen wordt een bedrag van 1,7 miljard USD uitgetrokken. (FERNANDES T.R.C., et al., 2005) 2 Drie autoconstructeurs engageren zich in dit project, namelijk DaimlerChrysler (zie infra, blz. 23), Ford (zie infra, blz.23 ) en General Motors (zie infra, blz. 20). 17

29 II.3. Japan In Japan is het Ministry of International Trade and Industry (MITI) onder andere verantwoordelijk voor het energiebeleid, het O&O beleid en het technologische beleid. In de transportsector is de aandacht van het MITI vooral gericht op het ontwikkelen van nieuwe voertuigen en brandstoffen. Het MITI is daarbij verantwoordelijk voor de ontwikkeling en coördinatie van programma s ter ontwikkeling van alternatieve aandrijfsystemen. In 2001 kreeg het ministerie een nieuwe naam, namelijk het Ministry of Economy, Trade and Industry (METI). De onderdelen van de METI die zich met de ontwikkeling van nieuwe voertuigen bezighouden zijn de New Energy and Industrial Technology Development Organisation (NEDO) en de Japanese Automotive Research Institute (JARI). (ÅHMAN M., Forthcoming) Vanaf de jaren 70 werden door het MITI een aantal programma s opgezet ter ontwikkeling van voertuigen aangedreven door batterijen. In de jaren 90 werden ook programma s ter ondersteuning van de brandstofceltechnologie opgezet. Zo werd in 1992 met het New Sunshine Programme begonnen. Onder dit programma werd onderzoek gedaan naar de Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. Een jaar later werd door de NEDO het WE-NET programma aangevat om de rol van waterstof als toekomstige energiedrager te analyseren. Dit programma bestond uit drie delen, namelijk een onderzoeksfase ( ), een demonstratiefase ( ) en een eerste commercialisering (2004). Dit project loopt verder tot 2020 en heeft een budget van 11 miljard USD. In 1997 paste het MITI haar Third Expansion Plan uit 1991 aan. Hierbij werden onder andere voertuigen aangedreven door brandstofcellen en hybride voertuigen toegevoegd aan de categorie van Clean-Energy Vehicles. In het Millennium Project van het JARI en de NEDO werd met de standaardisatie van de brandstofceltechnologie begonnen. In 2000 werd een plan voor de marktintroductie van de brandstofceltechnologie opgesteld door de Policy Study Group for Fuel Cell Vehicles. Het plan coördineert het O&O, infrastructuur, demonstraties en standaarden betreffende de brandstofcellen. Er wordt vooropgesteld om tussen 2005 en door brandstofcellen aangedreven voertuigen te leveren aan publieke organisaties en bedrijven die verbonden zijn met de brandstofceltechnologie. Voor het jaar 2020 verwacht het METI vijf miljoen verkochte exemplaren. (ÅHMAN M., Forthcoming) 18

30 II.4. International Partnership for the Hydrogen Economy De International Partnership for the Hydrogen Economy (IPHE) werd in 2003 opgericht met als bedoeling de overgang naar een op waterstof gebaseerde economie te versnellen. Een onderliggende bedoeling is de snel industrialiserende landen als China en India te betrekken bij de uitbouw van de waterstofeconomie. De leden van het IPHE zijn: Australië, Brazilië, Canada, China, Duitsland, de Europese Commissie, Frankrijk, IJsland, India, Italië, Japan, Nieuw-Zeeland, Noorwegen, de Russische Federatie, het Verenigd Koninkrijk, de Verenigde Staten en Zuid-Korea. De economie van deze landen is gedeeltelijk of volledig afhankelijk van de invoer van olie. (International Partnership, 2003) Het IPHE wil haar doel bereiken door onderzoek, ontwikkeling, demonstraties en het commercieel gebruik met betrekking tot waterstof en brandstofcellen internationaal te organiseren. Er is eveneens een forum met beleidsaanbevelingen en gemeenschappelijke codes en standaarden. Dit moet de overgang naar de waterstofeconomie op internationaal niveau versnellen en er vooral voor zorgen dat snel industrialiserende landen zoals India en China ook op de kar van de waterstofeconomie springen. (International Partnership, 2003) II.5. Besluit De drie economische grootmachten zijn zich ervan bewust dat waterstof centraal moet staan in het toekomstige energiebeleid. Er is al heel wat geld gepompt in O&O van de brandstofceltechnologie. Maar vooral in de EU bleek het gevoerde beleid onsamenhangend en werd er onvoeldoende geld voor vrijgemaakt. Na de publicatie van het rapport van de High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells Technology en de oprichting van het Europese Platform voor waterstof- en brandstofceltechnologie verloopt het beleid heel wat gestructureerder. De EU heeft weliswaar een achterstand opgelopen ten opzichte van de Verenigde Staten en Japan. Laatstgenoemden investeren al geruime tijd substantiële budgetten in de ontwikkeling van de brandstofcellen en de bijbehorende infrastructuur. Om de snel industrialiserende landen te betrekken bij het vormen van een waterstofeconomie, werd in 2003 de International Partnership for the Hydrogen Energy opgericht. Niet alleen de overheden doen inspanningen voor de brandstofceltechnologie, ook de private sector zit niet stil. Dit wordt verder behandeld in het volgende hoofdstuk. 19

31 HOOFDSTUK III: STRATEGIE PRIVATE SECTOR Aangezien de brandstofceltechnologie door velen aangehaald wordt als dé technologie voor de toekomst, worden in verscheidene takken van de private sector investeringen gedaan in deze technologie. Onder andere constructeurs van voertuigen besteden veel aandacht aan deze technologie. Hieronder worden de inspanningen met betrekking tot de brandstofceltechnologie van een aantal autofabrikanten (General Motors, Ford, DaimlerChrysler, Toyota en Honda) besproken. Voor de ontwikkeling van brandstofcellen maken autoconstructeurs ofwel gebruik van de knowhow in eigen bedrijf (zoals Toyota en Honda) of werken ze samen met een bedrijf dat zich specialiseert in het ontwikkelen van de brandstofcel. Zo werken Ford en DaimlerChrysler samen met Ballard en is er een samenwerking tussen General Motors en Hydrogenics. Daarnaast moet worden gezorgd voor de productie, de toevoer en het tanken van waterstof. In dit verband worden de bedrijven Shell Hydrogen (en de samenwerking ervan met UTC Fuel Cells) en Plug Power besproken. III.1. Hydrogenics General Motors Het Canadese bedrijf Hydrogenics wil de volledige energiemarkt veranderen. Hun motto luidt dan ook Changing Power Powering Change. Op dit moment is hun voornaamste doelstelling de eerste winstmakende brandstofcelproducent te zijn. Tot op vandaag is dat nog niet gelukt. In 2004 maakte het bedrijf een verlies van 33,5 miljoen USD, tegenover een verlies van 22 miljoen USD in De inkomsten van 2004 bedragen 16,7 miljoen USD, dit is een daling met 37 procent tegenover Tegenover 2002 betekent dit een stijging van 5,7 procent. Het bedrijf heeft een marktkapitalisatie van 500 miljoen USD. (Hydrogenics Corporation, 2003; Hydrogenics Corporation, 2005b; Fusie Stuart en Hydrogenics, 2004) In november 2004 werd het Canadese bedrijf Stuart Energy overgenomen door Hydrogenics. Dit gebeurde via een aandelenruil. Stuart heeft zich gespecialiseerd in de elektrolyse van water voor de productie van waterstof voor industriële toepassingen. De technologie hiervoor werd ontwikkeld door het Vlaamse bedrijf Vandenborre Technologies in Oevel. Vandenborre 20

32 Technologies werd in februari 2003 overgenomen door Stuart Energy. Hydrogenics daarentegen staat sterk in de brandstofcellen die op waterstof werken. Door de fusie kunnen synergieën tussen beide bedrijven gecreëerd worden en kan flink worden bespaard. General Motors, de belangrijkste aandeelhouder van Hydrogenics heeft nu nog een aandeel van tien procent in het fusiebedrijf. De Vlaming Hugo Vandenborre, die de grootste aandeelhouder van Stuart Energy was, heeft een aandeel van vijf procent in Hydrogenics. (Hydrogenics Corporation, 2005a; Waterstofbedrijven Hydrogenics en, 2004) De producten van Hydrogenics kunnen onderverdeeld worden in twee categorieën. De eerste groep is die van de producten gerelateerd aan de brandstofcel. Hiervoor werkt Hydrogenics samen met OEMs (Original Equipment Manufacturer) zoals General Motors en John Deere 3. Ten eerste is er de HyPM 10, een kleine en draagbare brandstofcel die een energie van 1 tot 10 kw kan opwekken. Deze kan gebruikt worden in zowel stationaire, draagbare als transporttoepassingen. Vervolgens is er de H2GO, een gamma van producten rond het produceren en tanken van waterstof. De productie van waterstof met de H2GO kan zowel via de elektrolyse van water als door reforming van aardgas (zie infra, blz. 32). Door de integratie van de brandstofcel en een systeem voor de productie van waterstof, wordt een regeneratief systeem gecreëerd. Deze systemen kunnen hun eigen waterstof produceren en opslaan en worden gebruikt als noodgenerator. Dit systeem werd ontwikkeld door Stuart Energy en maakt gebruik van de Vandenborre IMET technologie voor de elektrolyse van water. (Hydrogenics Corporation, 2003) De tweede categorie van producten is die van de testapparatuur voor brandstofcellen. Deze technologie wordt ondergebracht in de dochteronderneming Greenlight Power Technologies, die op 7 januari 2003 werd verworven. (Hydrogenics Corporation, 2003) De grootste aandeelhouder van Hydrogenics met een aandeel van tien procent, is General Motors. Dit is tevens de grootste autoconstructeur ter wereld. GM verdeelt ondermeer de merken Opel, Saab, Cadillac en Chevrolet. Reeds in 1964 begon GM met het O&O van een elektrisch aandrijfgeheel. Om de elektriciteit op te wekken werden onder andere de mogelijkheden van de brandstofcel onderzocht. De Electrovan, het eerste rijdende brandstofcelvoertuig, werd in 1966 voorgesteld. Dit prototype maakte gebruik van alkaline 3 John Deere is een Amerikaanse constructeur van land-, tuin- en bosbouwmachines en van constructiemachines. 21