Vroeger geloofden we dat de toekomst op batterijen zou draaien. Het visioen was schoon. Geen uitlaatpijpen. Gewoon stille vloten Tesla’s en Nissans die langs glazen wolkenkrabbers glijden, een sci-fi-droom gerealiseerd door vroege tech-profeten als Bradbury en Dick. De hype was echt. In 2008 beloofde Barack Obama om tegen 2015 een miljoen elektrische auto’s op de Amerikaanse wegen te zetten. Het voelde onvermijdelijk. Wij hadden ook de hardware. De Nissan Leaf. De Tesla Model S. De BMW ActiveE. Ze waren hier. Ze waren glanzend.
Toen sloeg de realiteit toe.
Bereikangst is geen marketingterm meer. Het is een fysieke barrière. De meeste vroege EV’s konden 160 tot 300 kilometer rijden voordat de batterij leeg was. Dat is alles. En laadinfrastructuur? Schaars. Je kon niet zomaar ‘vullen’. Je moest op zoek naar stekkers. De angst om te stranden werd een marktmoordenaar. De verkoop stagneerde. In 2012 zijn slechts 52.835 plug-ins verhuisd. Van december 2010 tot en met die periode schommelde de totale verkoop rond de 70.000 eenheden. Tegen de 15 miljoen verkochte traditionele voertuigen per jaar? Dat is minder dan 1 procent. Een afrondingsfout.
Dus de industrie draaide. Niet achteruit, maar zijwaarts. Bedrijven beseften dat ze niet zomaar konden wachten tot de batterijen beter werden. Zij zagen de fossiele-brandstofeconomie niet als een mislukking, maar als een platform. Audi leidt deze aanval. Concreet wedden ze op e-gas.
In 2013 opende Audi de eerste industriële fabriek ter wereld die synthetische, koolstofneutrale brandstof produceerde. Dit is niet zomaar gewone benzine. Het is e-gas dat is ontworpen voor voertuigen op gecomprimeerd aardgas (CNG). Hun proefbed? De A3 SportbackTCNG. Maar het grotere spel is de infrastructuur. Deze plant creëert een blauwdruk. Het bouwt het netwerk dat nodig is om elektriciteit te leveren voor elektrische auto’s en waterstof voor brandstofcelauto’s wanneer deze technologieën daadwerkelijk volwassen worden. Het is een brug.
Sceptici zijn niet onder de indruk. Christopher DeMorro, die voor Gas 2 schreef, riep het uit. Zijn betoog was bot. Het probleem is niet alleen het in stand houden van de uitstoot. Het vermindert ze. Door ons te concentreren op e-gas blijven we op de koolstofnorm. We moeten prioriteit geven aan voertuigen die minder energie verbruiken. Efficiëntie boven synthese.
Maar voordat u het project afdoet als bedrijfsgroenwassen, moet u de werking ervan begrijpen. Je moet kijken naar hoe Audi ‘koolstofneutraliteit’ definieert. Het is geen magie. Het is chemie. En het zou wel eens de enige reden kunnen zijn waarom de verbrandingsmotor het komende decennium overleeft.
Audi heeft het niet alleen over het verkleinen van zijn ecologische voetafdruk. Het bedrijf werkt actief aan een manier om verbrandingsmotoren koolstofneutraal te maken. Als de termen ‘koolstofvoetafdruk’ of ‘koolstofcompensatie’ u vreemd zijn, denk er dan zo over na: een koolstofvoetafdruk berekent alle koolstofdioxide (CO2)-uitstoot van een persoon of bedrijf. CO2 is hier de belangrijkste slechte factor, maar nauwkeurige metingen tellen ook methaan en chloorfluorkoolwaterstoffen. Deze cijfers worden doorgaans uitgedrukt in tonnen CO2-equivalenten per jaar.
Wanneer je de CO2-uitstoot voor een specifieke activiteit verlaagt, wordt de voetafdruk kleiner. Als je de uitstoot terugdringt totdat deze gelijk is aan de voetafdruk, bereik je koolstofneutraliteit. Bedrijven bereiken dit doel op rommelige, gevarieerde manieren. Sommigen bouwen windparken ter vervanging van steenkool. Anderen planten bomen voor koolstofvastlegging. Audi financiert projecten die de uitstoot van broeikasgassen terugdringen. Deze tellen allemaal als CO2-compensatie.
Transport is het moeilijkste deel. Het verplaatsen van mensen en goederen betekent meestal het verbranden van fossiele brandstoffen. Het bouwen van een auto kost elektriciteit, vaak van vuile energiecentrales. Het extraheren, raffineren en leveren van de brandstof vergt nog meer. Dan rijdt de auto. De verbrandingsmotor pompt broeikasgassen uit. Ze verzamelen zich in de atmosfeer. Ze vormen een planeetverwarmende deken. Elektrische en waterstofvoertuigen kunnen dit oplossen. Maar ze zijn niet jarenlang voor iedereen, overal, levensvatbaar.
De Werlte-fabriek en synthetisch methaan
Audi noemt zijn aanpak ‘gebalanceerde mobiliteit’. Het wordt gedefinieerd als holistische, CO2-neutrale mobiliteit over korte, middellange en lange afstanden. E-gas is de sleutel om de verbrandingsmotor in leven te houden in dit groene scenario. Hoe krijg je koolstofneutraliteit met een ouderwetse technologie? Door koolstofdioxide als grondstof te gebruiken.
Een afvalbiogasinstallatie levert de CO2. Een speciaal gebouwde fabriek in Werlte, Duitsland, verzorgt de chemie. Vanaf 2013 verbruikt die fabriek jaarlijks 2.800 ton CO2. Het genereert 1.000 ton e-gas per jaar. Combineer dat met andere groene praktijken en Audi bereikt CO2-neutraliteit in de hele waardeketen.
Chemici kennen e-gas als methaan. Consumenten kennen het als aardgas. Het verwarmt huizen. Het drijft voertuigen op aardgas aan. Het is synthetisch. Het is schoon.
Basisprincipes van e-brandstof
De chemie achter e-gas is geen magie. Het is een reeks reacties. Waterstof uit waterelektrolyse ontmoet koolstofdioxide. Ze binden zich. Ze vormen methaan. Het resultaat is een brandstof die in bestaande motoren verbrandt. Het gedraagt zich als aardgas. De uitlaatpijp is schoon omdat de CO2 in eerste instantie uit de lucht kwam.
Als u wilt overstappen van gewone benzine, is de infrastructuur lastig. In de VS biedt het ministerie van Energie een stationzoeker voor alternatieve brandstoffen aan. Voer uw postcode in. Selecteer het brandstoftype. Bekijk wat er beschikbaar is. Het is schaars. Het groeit. Maar het is er.
Waarom vasthouden aan verbranding als er batterijen bestaan? Bereikangst. Prestaties bij koud weer. Het bestaande raster. Het enorme volume aan verbrandingsmotoren dat nog steeds op de weg is. Audi laat de motor niet in de steek. Het probeert de motor irrelevant te maken voor de koolstoftelling. Het is een brug. Een lange, chemische brug.
De wiskunde is strak. 1.000 ton brandstof. 2.800 ton CO2 erin. De rest is water. Waterstof en zuurstof. Vrijgegeven als bijproduct. Schoon. Eenvoudig. Of in ieder geval, zo simpel als de chemie op industriële schaal kan worden.
Schaalt het? Dat is de vraag. Eén fabriek in Werlte is een proof of concept. Een blauwdruk. Geen mondiale oplossing. Nog niet. Maar het bewijst dat het concept werkt. Methaan uit de lucht. Koolstofneutraal. Motor klaar.
De rest is slechts volume. En kosten. En politiek. En infrastructuur. En tijd.
De chemie achter de pomp
Laten we de marketingglans doorbreken. E-gas is simpelweg synthetisch methaan. Het is de in het laboratorium gekweekte tweelingbroer van het echte werk. Je kent de echte dingen. Het is dat kleurloze, geurloze gas dat wordt onttrokken aan oud plantaardig materiaal en waterslib dat diep in de korst is begraven. Fossiel methaan heeft miljoenen jaren nodig om te koken. Synthetisch methaan? Je kunt het snel maken.
Het begint met elektrolyse.
Leid een elektrische stroom door water. Verbreek de banden. Je krijgt waterstof en zuurstof. De vergelijking is eenvoudig:
2 H2O → 2 H2 + O2
Alleen al waterstof lijkt veelbelovend als toekomstige brandstof. Comprimeer het, sla het op in een grote tank, laat het door een brandstofcel met zuurstof lopen en je krijgt elektriciteit en water als bijproducten. Maar hier zit het probleem. Het vanaf nul opbouwen van een waterstofinfrastructuur is duur. We zijn er nog niet.
Audi kiest dus een andere route. Ze nemen die waterstof en mengen het met koolstofdioxide. Dit is methanisering.
CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O
Het resultaat is CH4. Methaan. Het gedraagt zich precies zoals het moerasgas dat boven een moeras drijft of het aardgas dat uit een put wordt afgetapt. Dezelfde ontvlambaarheid. Hetzelfde gebrek aan geur. Hetzelfde kleurloze profiel.
Waarom is dit belangrijk voor de autoliefhebber? Omdat er geen nieuwe leidingen nodig zijn. Er is geen nieuw raster nodig. Deze synthetische brandstof kan rechtstreeks in het bestaande aardgasnetwerk worden geïntegreerd. Het stroomt naar woningen en bedrijven. Het vult tanks bij stations voor gecomprimeerd aardgas (CNG ).
De auto-industrie concentreert zich op dat laatste punt. CNG-stations drijven een groeiende vloot van aardgasvoertuigen of NGV’s aan. Dit zijn geen magische kogels voor de opwarming van de aarde. Ze zullen onze fossiele afhankelijkheid niet van de ene op de andere dag uitwissen. Maar ze overbruggen de kloof. Ze houden de motoren draaiende terwijl de infrastructuur de achterstand inhaalt.
We zullen hierna bekijken hoe Audi deze brandstof daadwerkelijk in een auto stopt.
De koolstofarme realiteit van aardgasvoertuigen
Het idee om een Audi A3 op synthetisch methaan te laten rijden voelt als een futuristische sprong, maar is feitelijk geworteld in de techniek van het begin van de 20e eeuw. Zodra begin jaren dertig betrouwbare aardgastransmissielijnen verschenen, wilden chauffeurs het spul verbranden. De mechanica is eenvoudig. Viertaktmotoren mengen brandstof met lucht, ontsteken deze met een bougie en drijven de zuigers op en neer. Dezelfde natuurkunde is van toepassing op benzine en aardgas. Als de VS en het Midden-Oosten niet zulke enorme, goedkope oliereserves hadden getroffen, hadden aardgasvoertuigen (NGV’s) de weg kunnen domineren.
Dat deden ze niet. Tegenwoordig zijn NGV’s een niche. Eind 2011 reden er nog maar zo’n 120.000 op de Amerikaanse wegen. Wereldwijd was het aantal hoger – ruim 15 miljoen – maar de verdeling was ongelijkmatig. Vijf landen: Iran, Pakistan, Argentinië, Brazilië en India hadden bijna 70 procent van het marktaandeel in handen. Waarom daar? Deze landen beschikken niet over de raffinagecapaciteit voor ruwe olie. Ze gebruiken wat ze hebben. In het komende decennium zullen waarschijnlijk meer landen dit voorbeeld volgen, vooral als de benzineprijzen blijven stijgen. Aardgas is goedkoper. Schattingen duiden op een brandstofbesparing van ongeveer 30 procent vergeleken met benzine.
Schonere verbranding
De kosten zijn niet de enige trekking. De uitstoot is lager. De Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) beoordeelt NGV’s als de schoonste voertuigen met interne verbranding die beschikbaar zijn. De aardgasversie van de Honda Civic verdiende die titel. De statistieken zijn grimmig. Koolmonoxide daalt met 70 tot 90 procent. Stikstofoxiden dalen met 75 tot 95 procent. Zelfs koolstofdioxide, het voornaamste broeikasgas, neemt met 20 tot 30 procent af. Het resultaat is een betere luchtkwaliteit en een langzamere opmars naar de opwarming van de aarde.
Het is geen perfecte oplossing. Het kopen van een NGV kost vooraf meer. Tanken is een hoofdpijndossier en kan wedijveren met de problemen met de laadinfrastructuur van elektrische voertuigen. In december 2011 beschikten de VS over slechts ongeveer 1.000 NGV-stations. De helft was privé. De toegang van het publiek was beperkt. Je kunt een thuistanksysteem installeren, maar dat vergroot de stickerschok. En hoewel ze de CO2-uitstoot verminderen, elimineren ze het opwarmingseffect niet volledig.
Audi’s synthetische lus
Beschouw NGV’s als een brug. Een overgangstechnologie. Dat verandert als je ze kunt laten draaien op synthetisch methaan dat is afgeleid van koolstofdioxide. Audi is van plan dit in zijn fabriek in Werlte te doen. Het proces splitst water via elektrolyse in waterstof en zuurstof. Vervolgens combineert het de waterstof met koolstofdioxide die wordt opgevangen uit een biogasinstallatie. Maar elektrolyse heeft stroom nodig. Verplaatst dat de vervuiling niet gewoon naar elders? Ja. Dat is het sluitstuk van het Audi e-gas-project. Waar komt de elektriciteit vandaan? Hernieuwbare bronnen.
Dubbele flexibiliteit
Autofabrikanten die synthetisch methaan pushen, hebben een voertuig nodig om het te verwerken. Voor Audi is dat de A3 Sportback TCNG. Ze hebben geen ‘pure’ NGV gebouwd. De A3 TCNG heeft zowel aardgas- als benzinetanks. De motor schakelt naadloos tussen de twee. Heeft u een tekort aan CNG? Geen station in zicht? Gebruik benzine. Het is een compromis, maar het doel is om zoveel mogelijk op aardgas te rijden. Audi verwacht dat 1.500 gemodificeerde A3 TCNG-modellen 15.000 kilometer per jaar kunnen rijden op hernieuwbaar e-gas. De verkoop was gepland om te beginnen in 2013.
Het elektriciteitsnet van stroom voorzien met wind en afval
De Werlte-faciliteit is een hybride beest. Het is de eerste fabriek op aarde die waterstofelektrolyse combineert met methanisering. Je haalt waterstof uit water en mengt het met koolstofdioxide. Het resultaat is synthetisch methaan. Maar het echte verhaal is niet de chemie. Het is de bron.
De energie begint als wind. Sterke, aanhoudende bries uit de Noordzee. Audi installeerde er drie grootschalige offshore windparken. Vier turbines. Elke pomp levert 3,6 megawatt op. Jaarlijkse productie? Drieënvijftig gigawattuur. Dat zijn veel elektronen. En Audi heeft drie verschillende plannen voor hen.
Ten eerste directe injectie. Het bedrijf beweert dat het de windenergie kan gebruiken om 1.000 Audi A1 e-tron-modellen te produceren. Deze auto’s zouden dan jaarlijks 6.210 mijl (10.000 kilometer) afleggen. Puur elektrisch. Nul uitlaat.
Ten tweede de fabriek in Werlte zelf. Ongeveer 20 gigawattuur van die windenergie zal de installatie binnenstromen. Hier splitst elektriciteit water in zuurstof en waterstof. Op korte termijn zal deze waterstof niet in brandstofcellen terechtkomen. Het is het belangrijkste ingrediënt voor e-gas. Synthetisch methaan. Het komt terecht in het aardgasnet. Het komt terecht in aardgasvoertuigen (NGV’s).
Ten derde, opslag. Windparken zijn volatiel. Soms wekken ze meer stroom op dan het elektriciteitsnet aankan. Dat overschot verdwijnt meestal. E-gas brengt daar verandering in. Je kunt het in de Duitse aardgasinfrastructuur pompen. Bewaar het. Trek hem er later weer uit als je stroom moet opwekken. Het Duitse netwerk is enorm. Het zou het equivalent van 200 terawattuur elektriciteit kunnen bevatten. Genoeg om het licht maandenlang aan te laten.
Samenwerking en efficiëntie
Audi heeft deze lus niet helemaal opnieuw uitgevonden. Het proces kwam van het Centrum voor Zonne-energie en Waterstofonderzoek Baden-Württemberg. Ze werkten samen met het Fraunhofer Instituut voor Windenergie en Energiesysteemtechnologie. Solar Fuel Technology zit ook in de mix. Hun vestiging ligt pal naast Werlte.
Hier komt de efficiëntie tot uiting. Elektrolyse en methanisering genereren afvalwarmte. Audi’s fabriek vangt die warmte op. Solar Fuel Technology maakt er gebruik van. Deze synergie tussen planten verhoogt de algehele efficiëntie drastisch. Het verandert een verplichting in een actief.
Tijdlijn en de weg vooruit
De fabriek in Werlte bereikte in december 2012 het hoogste punt. De productie zou in 2013 moeten beginnen. De timing kwam overeen met Audi’s nieuwe A3 Sportback TCNG. Deze voertuigen kwamen eind 2013 bij de dealers terecht.
Daar stopte de routekaart niet. Een tweede TCNG-model, gebaseerd op het A4-chassis, stond gepland voor 2015. Het doel was simpel: meer aardgasvoertuigen op de weg.
Audi was niet de enige speler. Chrysler en General Motors hadden al aardgasversies van hun zware vrachtwagens gelanceerd. Honda pushte zijn Civic op aardgas. De boodschap was consistent. Bespaar geld. Verminder de uitstoot. Misschien ook de planeet redden.
De infrastructuur is aan het verschuiven. De brandstof verandert. Maar de motoren? Ze moeten nog steeds iets verbranden. Of het nu gaat om elektronen, waterstof of synthetisch methaan, het wiel blijft draaien.
