Arjen Dijkgraaf
Rijden elektrische auto’s in de toekomst op waterstof of op accu’s? Allebei, verwacht hoogleraar elektrochemie Hubert Gasteiger. Mits het platinagehalte van brandstofcellen nogmaals met een factor 3 omlaag kan.
‘Ik ben altijd te laat met douchen; tijdens congressen verbaast niemand zich meer over mijn natte haren’, zo verontschuldigt Hubert Gasteiger (54) zich. Inderdaad wapperen zijn manen wat minder indrukwekkend dan de avond daarvoor, toen hij aan de Technische Universiteit Delft de jaarlijkse Jacobus van ’t Hofflezing verzorgde.
Volgens de aankondiging ging die over waterstof als energiedrager in personenauto’s. Dat gas laat je gecontroleerd reageren met zuurstof in een brandstofcel, die naast water een elektrische stroom genereert. Maar minstens zo belangrijk bleek de vraag of je deze technologie moet prefereren boven de nu gebruikelijke accu’s. Gasteiger kan daar als geen ander iets over zeggen, want als hoogleraar aan de Technische Universität München doet hij onderzoek naar allebei. ‘Bij mijn aanstelling in 2010 had ik afgesproken dat ik minstens de helft van mijn tijd in accu’s zou steken. Maar de eerste jaren was het bijna 100 %: er was haast geen geld voor brandstofcellen, het hele onderzoeksbudget ging naar accu’s. Daar brandstofcel-onderzoekstechnieken op toepassen was dan wel weer erg nuttig. Inmiddels is de verhouding wél ongeveer half om half.’
Heb je uiteindelijk toch liever brandstofcellen?
‘Dat kun je emotioneel of technologisch bekijken. Uiteraard hou ik van brandstofcellen en elektrolyse, ik heb er tenslotte lang aan gewerkt. Voor korte afstanden, zeg maximaal 120 km, denk ik dat accu’s economischer zijn én ecologisch verstandiger. Maar tenzij morgen iemand komt met Nobelprijswaardige accuchemie die alles verandert, is het onzinnig om rond te rijden met een accu voor meer dan 300 km. Die wordt te zwaar en bij de productie komt een hoop CO2 vrij. De auto-industrie wordt wel die kant op gedrukt; nu klanten geen auto’s blijken te willen met een beperkt bereik, moeten ze hun accu’s wel groter maken. Met 250 km kun je echter de meeste mensen gerust stellen. Dan kunnen ze eens per maand op familiebezoek, zelfs als ze anders nooit meer dan 90 km per dag rijden.’
‘Het andere voordeel van waterstof is dat je het kunt opslaan. Zodra meer dan 30 of 40 % van je energie uit duurzame bronnen komt, wordt het lastig om zonder opslagcapaciteit je elektriciteitsnet stabiel te houden. Accu’s voor giga- of terawatturen zijn niet echt realistisch. Het alternatief is chemische opslag, en waterstof is dan een eerste keuze. Je stopt daar eerst al je elektriciteit in, en dan doe je er CO2 bij om methaan of alcoholen of wat dan ook te maken. Al is de vraag wel waar die CO2 vandaan moet komen als je net alle koolstof uit je energiecyclus hebt gehaald. Om een kilogram te winnen uit de atmosfeer moet je enorme hoeveelheden lucht verpompen.’
Je legt nogal de nadruk op het beperken van platina als katalysator.
‘Ooit was de vraag of je wel een brandstofcel kon bouwen die klein genoeg was om in een auto te passen. Dat lukte rond 2000. De volgende vraag betrof de levensduur, in het begin slechts een uur of tien. Rond 2005 was duidelijk hoe we dat moesten oplossen. En toen kwam de vraag of het betaalbaar kon worden. Dan is de beschikbare voorraad platina een belangrijk punt. Nu worden per jaar maar een paar duizend auto’s met brandstofcellen gebouwd. Als je naar tientallen miljoenen wilt, moet je toe kunnen met minder dan 10 g platina per auto. Dat is een factor 3 minder dan bij de Mirai (Toyota’s huidige productiemodel, red.). Maar die technologie is nu minstens vijf, zes jaar oud en inmiddels zijn ze ongetwijfeld een stuk verder. Ook publicaties van Opel en GM suggereren dat minder dan 10 g realistisch is. En dat ga je ook wel redden, ook bij brandstofcellen met iridiumkatalysatoren.’
Zijn er alternatieven?
‘Bij brandstofcellen heb je altijd twee denkrichtingen gehad: óf platinakatalysatoren verbeteren, óf metalen gebruiken van buiten de platinagroep. Aan de platinakant zijn we overgegaan op legeringen, in de praktijk een platinahuidje op een kern van een overgangsmetaal. Vergeleken met vijftien jaar geleden haal je nu hetzelfde katalytische effect uit een derde van de hoeveelheid platina. Platinavrije materialen leveren vrijwel dezelfde prestaties, maar de levensduur is te kort.’
Ben je niet bang dat automobilisten waterstof eng vinden?
‘Naarmate er meer demonstratieprogramma’s komen, raken ze die angst wel kwijt. Persoonlijk zit ik liever op 5 kg waterstof dan op een 100 kWh-lithiumaccu. Een waterstoftank bevat alleen brandstof, om het te verbranden heb je lucht nodig. En waterstof is heel erg vluchtig. Het enige echt gevaarlijke scenario is dat de tank lek raakt in een tunnel waar het gas niet weg kan.’
Hoe kwam je eigenlijk in de elektrochemie terecht?
‘Dat was compleet toeval. Ik voelde me altijd aangetrokken tot fysische chemie, niet speciaal elektrochemie. Maar op Berkeley kon ik pas halverwege het studiejaar beginnen met mijn promotieonderzoek, en toen waren de meeste projecten al vergeven. Bij elektrochemie stond nog iets open en het onderwerp klonk interessant, dus dat werd het.’
En hoe kwam je bij Berkeley terecht?
‘In Duitsland volgde ik een hbo-opleiding. Ik mocht een half jaar stage lopen bij een bedrijf in het Verenigd Koninkrijk en ik had het daar echt naar mijn zin. Zodra ik terugkwam, wilde ik terug naar het buitenland. Een vriend wees me op de Fulbright-beurzen. Amerikaans Engels vond ik afschuwelijk klinken, maar ik zag geen andere optie. Ik kreeg zo’n beurs en ik heb die hbo-opleiding niet eens meer afgemaakt. Na mijn promotie moest ik echter terug naar Duitsland, dat stond in de Fulbright-voorwaarden.’
En toen besloot je maar het bedrijfsleven in te gaan?
‘Op dat moment wilde ik nog op de universiteit blijven. In Ulm leidde ik drie jaar een project met acht promovendi maar van een habilitatie, (in Duitsland een graad hoger dan doctor, red.) zag ik uiteindelijk af. Ik kreeg een aanbod van Opel, dat samen met GM werkte aan brandstofcellen. De materialen ontwikkelden ze vooral in de VS; in het eerste jaar reisde ik om de drie weken heen en weer, toen eiste ik daar een permanente plek op.’
‘Na tien jaar was ik toe aan frisse wind. Ik stapte over naar Acta, een Italiaanse startup die brandstofcellen voedde met ethanol. Maar na een jaar had ik door dat het… Nou ja, het was er fantastisch maar wetenschappelijk werd het een lastig verhaal. Daarna kwam ik terecht bij MIT en intussen solliciteerde ik bij alle mogelijke universiteiten; toen kwam het telefoontje uit München.’
Wanneer worden waterstofauto’s echt gemeengoed?
‘Ik hoop en verwacht dat China de enige plek zal zijn waar iets gaat veranderen. En dat is een gigantische markt met een enorm potentieel om de rest van de wereld te beïnvloeden. Als ze daar zeggen dat ze geen benzine of diesel meer willen, hebben Duitse toeleveranciers ook geen keus.’
2010 – heden: hoogleraar, Technische Universität München
2009: Visiting Professor, MIT
2007 – 2008: Director for Catalyst Development, Acta, Italië
1999 – 2007: technical manager Fuel Cell Activities, GM/Opel, Mainz-Kastel en Honeoye Falls (New York)
1995 – 1998: onderzoeker, Universität Ulm
1994 – 1995: postdoc, Berkeley Lab
1993: promotie, UC Berkeley
1988: MSc, Oregon State University
