Brandstofcelbus: openbaar vervoer op waterstof
Stel je een gewone elektrische bus voor, maar dan met een eigen energiecentrale aan boord die stroom maakt zodra dat nodig is, in plaats van een grote batterij die eerst urenlang moet worden opgeladen. Dat is in essentie een brandstofcelbus: een bus die rijdt op elektriciteit, maar die elektriciteit zelf opwekt uit waterstofgas. De bus tankt in enkele minuten vol waterstof, net zoals een dieselbus tankt, en produceert onderweg alleen waterdamp als uitstoot.
Het idee spreekt aan omdat het de voordelen van elektrisch rijden — stil en zonder uitlaatgassen — combineert met het gemak van snel tanken en een groot rijbereik, twee dingen waar batterij-elektrische bussen soms moeite mee hebben. Vergelijk het met het verschil tussen een smartphone die je 's nachts oplaadt en een noodgenerator die je binnen tien minuten kunt bijvullen met brandstof: beide leveren stroom, maar op een heel andere manier en met andere praktische voor- en nadelen.
Wat is het precies?
Het hart van een brandstofcelbus is de brandstofcel, meestal een zogeheten PEM-brandstofcel (proton exchange membrane, ofwel protonuitwisselingsmembraan). Hierin laat je waterstofgas (H2) reageren met zuurstof uit de lucht. Bij die reactie ontstaat elektrische stroom, warmte en water. Er wordt dus niets verbrand; het is een elektrochemisch proces, vergelijkbaar met een batterij die continu wordt 'gevoed' zolang er waterstof binnenkomt.
De opgewekte stroom drijft, net als bij een volledig elektrische bus, een elektromotor aan die de wielen laat draaien. Vrijwel alle brandstofcelbussen hebben daarnaast een kleine bufferbatterij aan boord. Die vangt energie op tijdens het remmen (regeneratief remmen) en levert extra vermogen bij het optrekken, zodat de brandstofcel zelf gelijkmatiger kan werken en minder snel slijt.
De waterstof wordt aan boord opgeslagen in stevige tanks, vaak op het dak van de bus, onder hoge druk van rond de 350 bar. Voltanken duurt doorgaans tien tot twintig minuten en levert een rijbereik op van ruwweg 300 tot 450 kilometer, afhankelijk van het busmodel en het rijprofiel. Dat is aanzienlijk sneller dan het volladen van een grote busbatterij, wat al gauw een uur of langer kan duren.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is hetzelfde als bij elektrische bussen: het openbaar vervoer verduurzamen door de uitstoot van CO2, stikstofoxiden en fijnstof aan de uitlaat te elimineren. Steden willen schonere lucht en stillere bussen, en vervoerbedrijven moeten vaak voldoen aan aanbestedingseisen voor zero-emissiebusvervoer.
Waar brandstofcelbussen zich willen onderscheiden van batterij-elektrische bussen, is bij lange en zware dienstregelingen. Een bus die de hele dag lange interliners rijdt, weinig tijd heeft om stil te staan en in de winter extra energie nodig heeft voor verwarming, kan baat hebben bij snel tanken in plaats van lang laden. Ook op plekken waar weinig ruimte of stroomcapaciteit is voor grote laadpleinen, kan een compact tankstation een uitkomst zijn.
Daarnaast hopen voorstanders dat een groeiende vraag naar waterstof voor bussen bijdraagt aan een bredere 'waterstofeconomie', waarin ook vrachtwagens, treinen op niet-geëlektrificeerde lijnen en industrie waterstof gebruiken. Meer vraag zou de kosten van waterstofproductie en -infrastructuur omlaag moeten brengen.
Voorbeelden uit de praktijk
In Europa zijn de EU-gesteunde projecten JIVE en JIVE 2 (Joint Initiative for hydrogen Vehicles across Europe), gefinancierd via het voormalige Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, de belangrijkste aanjagers geweest. Tussen ongeveer 2017 en 2023 zijn hiermee enkele honderden brandstofcelbussen in dienst genomen in steden als Aberdeen, Birmingham en Londen (Verenigd Koninkrijk), Keulen en Wuppertal (Duitsland), en Pau (Frankrijk).
In Nederland rijdt vervoerder Connexxion, onderdeel van Transdev, sinds ongeveer 2020 met brandstofcelbussen in de provincies Groningen en Drenthe, als onderdeel van een streekvervoerconcessie waarin ook waterstoftankinfrastructuur werd aangelegd.
China heeft wereldwijd de grootste vloot brandstofcelbussen. Steden als Foshan zetten er al langer op grote schaal op in, en rond de Olympische Winterspelen van Beijing 2022 reden in de regio Zhangjiakou honderden waterstofbussen als zichtbaar visitekaartje van het nationale waterstofbeleid.
In de Verenigde Staten heeft AC Transit (Alameda-Contra Costa Transit District, Californië) al sinds het begin van de jaren 2000 een van de langstlopende praktijkproeven met brandstofcelbussen ter wereld, samen met SunLine Transit Agency in Zuid-Californië. Deze projecten hebben veel bijgedragen aan kennis over levensduur en onderhoud van brandstofceltechniek in bussen.
Hoe ver is de techniek?
Technisch gezien is de brandstofcelbus een bewezen concept: de voertuigen rijden al twintig jaar in proefprojecten en inmiddels ook in reguliere dienstregelingen. Het knelpunt zit minder in de techniek zelf dan in de kosten en de infrastructuur eromheen.
Brandstofcelbussen zijn in aanschaf duurder dan batterij-elektrische bussen, en veel duurder dan dieselbussen. Waterstoftankstations zijn schaars en kostbaar om te bouwen, met bedragen die al snel in de miljoenen euro's per station lopen. Bovendien is het merendeel van de wereldwijd geproduceerde waterstof vandaag de dag nog 'grijze' waterstof, gemaakt uit aardgas, wat het klimaatvoordeel van een brandstofcelbus flink kan beperken tenzij er 'groene' waterstof wordt gebruikt, gemaakt met stroom uit zon of wind via elektrolyse.
Ook op energie-efficiëntie scoort de brandstofcelbus minder goed dan de batterij-elektrische bus. Door de omzettingsverliezen bij het maken, comprimeren en weer omzetten van waterstof in elektriciteit, benut een brandstofcelbus ruwweg een kwart tot een derde van de oorspronkelijk ingezette (groene) elektriciteit, tegenover zo'n 70 tot 80 procent bij een batterij-elektrische bus die rechtstreeks wordt opgeladen. Voor korte, voorspelbare stadslijnen kiezen vervoerders daarom vaak toch voor batterij-elektrisch; brandstofcelbussen worden vooral ingezet waar batterijen minder praktisch zijn.
Wie werken eraan?
Bij de brandstofceltechniek zelf lopen Toyota en Hyundai voorop; beide bedrijven hebben hun kennis van personenauto's met brandstofcellen (zoals de Toyota Mirai) doorontwikkeld voor bussen en vrachtwagens. Ballard Power Systems uit Canada is een van de belangrijkste toeleveranciers van brandstofcelstacks voor busbouwers wereldwijd.
Onder de busbouwers die brandstofcelbussen produceren of hebben geproduceerd, vallen onder meer Van Hool (België), Wrightbus (Noord-Ierland, met de StreetDeck Hydroliner), Solaris (Polen), VDL (Nederland) en Caetano (Portugal). Onderzoeksinstituten zoals het Duitse Fraunhofer-instituut en het Nederlandse TNO doen onderzoek naar de duurzaamheid en levensduur van brandstofceltechniek in voertuigen.
Op beleidsniveau zijn met name China, Zuid-Korea, Duitsland, Nederland, het Verenigd Koninkrijk en de Amerikaanse staat Californië actief met subsidies en pilotprojecten, vaak als onderdeel van een bredere nationale waterstofstrategie.