Test: BMW iX5 Hydrogen - Proeftuinieren met waterstof

BMW gebruikt toch een V12 voor zijn waterstofauto’s?

Inderdaad, maar dat is bijna twintig jaar geleden. Voor een wereldwijde veldtest met waterstof bouwt BMW nu een proefserie van een kleine honderd brandstofcelauto’s. De eerste exemplaren rijden al en met een daarvan zijn wij op pad geweest: de BMW iX5 Hydrogen. Dit is een SUV voorzien van een brandstofcel die een elektromotor voedt. Wie de waterstofactiviteiten van BMW heeft gevolgd, zal wellicht de inzet van deze technologie opmerkelijk vinden. Twintig jaar geleden reden we namelijk bij BMW met een experimentele 7-serie waarvan de V12 op waterstof draaide. In tegenstelling tot Mercedes-Benz zag BMW destijds nog niets in brandstofcellen.

Nu zien we waterstofpersonenauto’s met verbrandingsmotor eigenlijk nergens meer. Ook in München heeft het een reden dat ze zijn gestopt met waterstofverbrandingsmotoren. “Bij een brandstofcel komt er schoon water uit de uitlaat, verder niets. Bij een verbrandingsmotor zijn er ook restjes motorolie. Daarnaast kunnen bij het verbrandingsproces stikstofoxiden ontstaan: bij hoge temperaturen reageert de onschuldige stikstof uit de lucht met de zuurstof uit de lucht. Je haalt wel dan je CO2-doelen (waterstof is tenslotte geen koolwaterstof, red.), maar het is geen zero emission.”

Twintig jaar geleden was een waterstof-BMW een limousine met V12, nu een SUV met elektromotor.

Is rijden op waterstof efficiënter dan elektrisch rijden?

Nee. Waterstof is geen energiebron maar een energiedrager, het moet geproduceerd worden en dat kost energie. Maar men kan tegenwoordig op serieuze schaal via elektrolyse groene waterstof maken, op basis van groene stroom. Bij die productie gaat wel energie verloren, toch zien ze bij BMW voordelen: “Om een afstand af te leggen met een brandstofcelauto heb je tot tweeënhalf maal zoveel elektriciteit nodig als wanneer je die afstand met een BEV aflegt. Oorzaak: de verliezen tijdens de productie van waterstof, de fysieke distributie en het rendement van de brandstofcel. Je hebt dan dus tot tweeënhalf maal zoveel windmolens, zonnepanelen of waterkrachtcentrales nodig. Daar staat tegenover dat energiemaatschappijen soms hun elektriciteit niet kwijt kunnen, al geven ze geld toe.”

De productie van waterstof kan een oplossing zijn om zulke fluctuaties op te vangen. Niet alleen voor personen- maar ook voor vrachtverkeer: een elektrische vrachtwagen heeft zo’n 1.000 kilo aan accu’s nodig per 100 kilometer actieradius. Voor distributieverkeer is dat nog te overzien, maar voor internationaal transport wordt dat anders. Een batterij-elektrische truck houdt dan weinig laadvermogen over. Daarnaast kan waterstof een oplossing zijn voor de luchtvaart en de industrie.

Wanneer windmolens hun elektriciteit niet kwijt kunnen is H2-productie een serieuze optie.

Voor wie is de waterstofauto bedoeld?

Bij BMW zien ze de brandstofcelauto niet als vervanger voor de BEV, beide hebben bestaansrecht: “De FCEV is een oplossing voor automobilisten die geen gemakkelijke toegang hebben tot een oplaadpunt, die vaak de auto nodig hebben en daarbij grote flexibiliteit willen, die in een koud klimaat wonen of die regelmatig met een aanhanger op pad moeten.” Dan is er nog het punt van de grondstoffen. De basisbestanddelen van een accu – kobalt en lithium – komen vaak uit landen waarvan we niet graag afhankelijk zijn. Daarbij worden die stoffen niet altijd onder de beste omstandigheden gewonnen. Dus mocht je begaan zijn met het lot van de mensen in de mijnen: voor het compacte accupakket van de iX5 Hydrogen is nog geen tien procent van het kobalt en lithium nodig van het accupakket van een gelijkwaardige BEV. Wel is platina nodig voor de brandstofcellen, slechts een paar tientallen grammen per auto. Veel daarvan kan hergebruikt worden van katalysatoren die nu nog in auto’s met een benzinemotor zitten; 99 procent van het platina uit een katalysator is te recyclen. Voor een brandstofcel-stack heb je net zoveel platina nodig als we uit twee katalysatoren kunnen halen.

In de kou heb je meer aan waterstof dan aan accu’s.

Hoe zit de BMW iX5 Hydrogen eigenlijk in elkaar?

In tegenstelling tot een plat accupakket past een dikke, ronde waterstoftank niet onder de vloer van een auto. Daarom gebruikt BMW een X5 en geen bestaande EV. De X5 heeft een grote cardantunnel en daar past wel zo’n tank in. Ook zit er nog een tweede, iets kleinere tank onder de achterbank. Samen zorgen ze voor een actieradius van ruim 500 kilometer. Onder de vloer van de bagageruimte zit de 401 pk elektromotor, technisch dezelfde als achter in de iX en de i7, samen met de vermogenselektronica en de hoogspanningsaccu. Onder de motorkap vinden we brandstofceltechniek. BMW werkt op verschillende vlakken samen met Toyota. Zo vind je in de brandstofcel-stack dezelfde cellen als in de Toyota Mirai, alleen heeft de iX5 er een stuk meer. Het overige heeft BMW zelf ontwikkeld, zoals het luchtfilter, de elektrische turbo, de intercooler met luchtbevochtiger, de spanningsomzetter en alle bijbehorende elektronica. De turbo (luchtgelagerd, omdat er geen olie in de brandstofcel mag komen) wordt niet alleen aangedreven door de uitlaatdampen, maar werkt ook elektrisch, zodat er altijd voldoende lucht in de brandstofcel is.

Voorin zit de brandstofceltechniek, achterin de elektromotor en daartussen de waterstoftanks.

Is de brandstofcel altijd aan het werk?

Nee. De elektromotor krijgt zijn voeding soms alleen van de brandstofcel, soms alleen van de accu en soms van beide. De capaciteit van de accu is vrij bescheiden en je kunt hem niet met een kabel opladen. Wel kan hij relatief veel stroom leveren en daarmee ook veel vermogen, en dat is waar het bij deze dikke BMW om draait. Het rendement van brandstofcellen hangt af van de belasting. Het beste doet hij het bij ongeveer een derde van het maximum vermogen, dan ligt het rendement tussen de 60 en 65 procent. Trap je het gaspedaal dieper in, dan wordt hij minder efficiënt, tot net iets onder de 50 procent bij vol vermogen. Omdat het rendement ook bij lagere belasting, dus bij minder dan een derde van het maximum, iets inzakt, rijdt de auto in Eco soms hele stukken op alleen de accu. De brandstofcel is dan uitgeschakeld.

In de Sport-stand rijden we juist altijd op de brandstofcel, zodat wanneer je het gaspedaal intrapt er direct extra elektriciteit beschikbaar is uit de accu. Andersom zou dat niet spontaan genoeg werken. De brandstofcel heeft namelijk even tijd nodig om volledig op stoom te komen. Niet veel, minder dan een seconde, maar dat is niet wat je wilt, zeker niet bij een BMW in de Sport-stand.

Net als een verbrandingsmotor is een brandstofcel niet altijd even efficiënt.

Hoe rijdt dat nou, zo’n X5 op waterstof?

BMW heeft een naam hoog te houden als het om dynamiek gaat. Bij de iX5 Hydrogen blijkt dat dik in orde. Het is dat het instrumentarium voorzien is van een temperatuur- en een tankmeter (en dat we hem zelf hebben afgetankt), anders zou je zomaar kunnen denken dat je met een BEV op pad bent. De auto reageert net zo spontaan als een batterij-elektrische BMW en doet zijn werk in dezelfde stilte.

Bij BMW kijken ze nu naar het optimale aantal cellen in de stack. Niet zozeer voor een hoger vermogen, maar wanneer je meer cellen hebt, hoef je die minder intensief te belasten en zit je ook wanneer er veel vermogen wordt gevraagd op een gunstiger rendement. Maar ja, aan een groter aantal cellen hangt wel een prijskaartje. Daar moeten ze nog een balans in vinden.

BMW zit met de brandstofcelauto in dezelfde fase als destijds bij de grote veldtesten met de Mini E en de 1-serie ActiveE in de aanloop naar de de i3, BMW’s eerste elektrische serieproduct. De iX5 maakt een rijpe indruk en is praktischer inzetbaar dan in 2008 de Mini E, die het zonder achterbank moest doen. Die uitgebreide testperiode duurde destijds ongeveer vijf jaar. Of dat betekent dat je binnen vijf jaar bij BMW een waterstofauto kunt kopen? Dat willen ze bij  BMW bevestigen noch ontkennen.

Het interieur van de BMW iX5 Hydrogen is even ruim als dat van een gewone X5.