Leerdoelen
•Je kunt uitleggen wat het nut is van een hoge energiedichtheid in accu's.
•Je kunt de kwaliteit van energie definiëren.
•Je kunt benoemen welke factoren een rol spelen bij de keuze van een energiebron.
Wat is energiedichtheid en waarom is het belangrijk voor vervoer?
Energiedichtheid is de hoeveelheid energie die een bepaalde massa of een bepaald volume energiedrager bevat. Deze wordt uitgedrukt in megajoule per kilogram (MJ/kg) voor vaste stoffen of megajoule per liter (MJ/L) voor vloeistoffen. Voor vervoersmiddelen is een hoge energiedichtheid gunstig. Een lage energiedichtheid betekent dat een groot volume of een grote massa moet worden meegenomen, wat extra energie vereist voor verplaatsing.
Fossiele brandstoffen zoals diesel, benzine en steenkool hebben een hoge energiedichtheid, maar bij hun verbranding komt veel CO₂ vrij. Accu's, die worden gebruikt voor de opslag van duurzame energie, hebben een lagere energiedichtheid dan fossiele brandstoffen. De overgang van fossiele naar duurzame energiebronnen, de energietransitie, is daardoor complex.
Wat is de kwaliteit van energie?
De kwaliteit van energie is het nuttige deel van de energie. Dit verwijst naar het primaire doel waarvoor energie wordt omgezet. Bij een verbrandingsmotor is het draaien van de wielen het nuttige doel. Hierbij komt veel warmte vrij, wat in eerste instantie niet nuttig is, maar wel kan worden gebruikt om bijvoorbeeld het interieur van een auto te verwarmen. Dit verhoogt de totale efficiëntie. Bij een elektrische auto is er geen hete verbrandingsmotor, waardoor er andere manieren nodig zijn voor verwarming. Een nadeel van elektrische auto's is dat accu's bij lage temperaturen anders werken, wat leidt tot een lager rendement.
Hoe kan waterstof bijdragen aan de energietransitie?
Waterstof is geen energiebron, omdat het niet van nature in de bodem voorkomt, maar een energiedrager. Energie kan in waterstof worden opgeslagen en later weer worden vrijgemaakt door omzetting.
Waterstof kan op verschillende manieren worden gemaakt:
•Reforymen en kolenvergassing zijn processen waarbij waterstof uit fossiele brandstoffen wordt gemaakt. Bij deze processen komt CO₂ vrij.
•Elektrolyse is een duurzamere methode waarbij water (H₂O) met elektrische stroom wordt gesplitst in waterstofgas (H₂) en zuurstofgas (O₂). Deze elektrische stroom kan afkomstig zijn van een overschot aan duurzame energie, zoals zonne-energie. Hierdoor wordt de energie opgeslagen in waterstof.
Bij elektrolyse van water, zoals in het toestel van Hofman, ontstaat waterstof en zuurstof in een volumeverhouding van 2:1. Dit betekent dat het volume waterstof twee keer zo groot is als het volume zuurstof. Dit proces kan worden beschreven met redoxreacties, waarbij water wordt gesplitst.
De opgeslagen waterstof kan later weer worden gebruikt in een brandstofcel. Een brandstofcel zet waterstof en zuurstof om in elektriciteit, waarbij water als restproduct ontstaat. Dit proces is omgekeerd aan elektrolyse.
Waterstofauto's maken gebruik van dit principe. Echter, waterstofauto's zijn duur en er zijn weinig tankpunten beschikbaar. Daarnaast duurt het tanken lang. Ondertussen is de ontwikkeling van elektrische auto's ver gevorderd, wat de toekomst van waterstofauto's onzeker maakt.
Wat zijn de uitdagingen van de energietransitie?
Naast de verschillen in energiedichtheid en de kosten van nieuwe technologieën, vormt ook de recycling van grondstoffen uit accu's nog een uitdaging. De efficiëntie hiervan moet nog worden verbeterd om de energietransitie verder te bevorderen.
