Enkele weken geleden publiceerden we een blogartikel over autonome voertuigen en hun potentieel om uit te groeien tot een ​​nieuw technologieplatform naast smartphones en andere opkomende connectiviteits- en communicatieplatformen. De groeiende elektrificatie van voertuigen, zoals personenauto's, fietsen, motoren, … in combinatie met meer sensors werd aangehaald als een belangrijke versneller voor meer geconnecteerde en slimmere voertuigen.

Met betrekking tot de elektrificatie van voertuigen, kreeg ik best veel vragen over een andere potentiële energiebron voor voertuigen, namelijk waterstof brandstofcellen. Toeval of niet, maar sindsdien heeft de Europese Commissie haar Europees herstelplan vrijgegeven waarin waterstof brandstofcellen opvallend veel aan bod komen. Dat plan wil de Europese economie ondersteunen en een kickstart geven na de recente COVID-19-crisis, maar beoogt tegelijkertijd ook de digitale en groene transitie van Europa te stimuleren. Deze groene ambitie vinden we terug in de talrijke initiatieven die de uitrol van projecten voor hernieuwbare energie moeten ondersteunen, met name voor wind- en zonne-energie, maar ook voor het aanzwengelen van een schone waterstofeconomie in Europa. Schonere transport en logistiek is ook een belangrijk onderdeel van het voorstel. Naarmate dat de plannen concreter worden zou dit tot uiting moeten komen in meer financiering voor onderzoek en innovatie op het gebied van schone waterstof en een hogere bereidheid tot cofinanciering van grote en complexe waterstofprojecten. Voeg daarbij de EU-doelstellingen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen en de ambitie om het aandeel van hernieuwbare energie in de totale energieverbruiksmix te vergroten, om de verplichtingen van het Parijse Klimaatakkoord na te komen, en het is duidelijk dat het aanbreken van de waterstof brandstofceleconomie eindelijk kan doorbreken. Deze beweging is niet enkel in Europa ingezet, want ook overheden in China, Zuid-Korea, Japan en Noord-Amerika zetten in op een meer duurzaam beleid en verhogen hun ambities op het gebied van waterstof brandstofcellen.

Voordat we in de wereld van waterstof brandstofcellen duiken, wil ik zeggen dat het geweldig is om jullie feedback te krijgen. Het is een waar genoegen om een breed en divers klankbord te hebben in elk segment van ons exponentiële technologie-universum. We hebben altijd gezegd dat we, terwijl we wereldwijd beleggen in de winnaars van vandaag en morgen, ook de go-to-party willen zijn in een BeNeLux-context voor alles wat exponentiële technologieën betreft. Houd de dialoog dus gaande en mail me gerust op siddy.jobe@econopolis.be met feedback en vragen.

Waterstof brandstofcellen.

Om het investeringspotentieel van deze opkomende exponentiële technologie in overweging te nemen, zou ik u willen vragen om toch eerst met mij even door alle bouwstenen te gaan. Dit laat ons toe om zelf een berekende inschatting te maken van de levensvatbaarheid van waterstof brandstofcellen. Ik ben er namelijk sterk van overtuigd dat het essentieel is om eerst de basis van waterstof brandstofcellen goed te vatten, voordat u zelfs maar enige belegging in dit ontluikende domein overweegt.

Wat is waterstof?

Waterstof is het eerste atoomelement in het periodiek systeem, met chemisch symbool H. Het woord waterstof is afkomstig van de Griekse woorden "hudro" en " genēs", wat zoveel als "water" en "genereren /creëren" betekent. Een waterstofatoom bestaat uit één proton (met positieve lading) en één elektron (met negatieve lading). In zijn puurste vorm is waterstof een niet-giftig kleurloos en geurloos gas. Het is overal te vinden, niet alleen op aarde maar in het hele universum. Zo heb ik me zelf laten vertellen dat het de belangrijkste energiebron is voor sterren zoals de zon. Een interessante eigenschap van waterstof is dat het een efficiënte energiedrager is, die uitermate geschikt is voor het opslaan en transporteren van energie als vloeistof, gecomprimeerd gas of in vaste vorm. Het kan worden vervoerd met tankwagens en pijpleidingen.

Waterstof is niet alleen een van de belangrijkste componenten van water, het is een belangrijk onderdeel van alle organische materiaal, zoals steenkool, aardolie en natuurlijke en biomassagassen. Aangezien waterstof doorgaans moet worden gescheiden van andere verbindingen, is het geen primaire energiebron (die je zoals olie bijvoorbeeld kan oppompen) omdat het moet worden geproduceerd. Het heeft in feite een andere energiebron nodig en een chemisch proces dat elektrolyse wordt genoemd. Het achtervoegsel -lyse is afkomstig van het Griekse woord “luein/lusis”, wat “losmaken” betekent. Het impliceert een splitsing of breuk, elektrolyse zorgt er dus voor dat een stof wordt opgesplitst in zijn verschillende componenten door middel van elektriciteit. Zo wordt bij elektrolyse van water, het water (H₂O) door toevoeging van elektriciteit omgezet in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂). Kortom, elektrolyse zet elektrische energie om in waterstof, dat kan worden opgeslagen en getransporteerd, om later weer om te zetten in elektrische energie. De apparatuur die voor de elektrolyse zorgt noemt men elektrolyser of splijtersysteem. Er zijn verschillende modellen, maar de enige twee die u nu moet onthouden zijn de “PEM” (Polymeer elektrolyse membraan) en de “Alkaline” elektrolysers.

Een elektrolyse container bestaat uit verschillende componenten

^{Bron: Hydrogenics}

De standaard aankoopprijs van een 2,2 megawatt (megawatt of MW is een eenheid voor elektrisch vermogen) PEM-elektrolyser bedraagt momenteel ongeveer € 2,5 miljoen, exclusief service en onderhoud, omgerekend € 1.136 / kW. Vorige week kondigde het Noorse bedrijf NEL Hydrogen aan dat het een reuze aankooporder van $ 30 miljoen had ontvangen van de fabrikant van zware vrachtwagens Nikola Motor voor alkaline-elektrolysers van 85 MW, wat een gemiddelde kostprijs van slechts € 353 / kW impliceert. Wees maar zeker dat deze aankondiging voor veel commotie heeft gezorgd in het energiewereldje. De levensduur van een elektrolyser wordt meestal uitgedrukt in uren, omdat de benutting in een bepaald jaar kan afhangen van variabele factoren, zoals de beschikbaarheid van aantrekkelijk geprijsde hernieuwbare wind of zonne-energie. Hoewel het moeilijk is om nauwkeurige gegevens te vinden over de levensduur van een elektrolyser, gaan we er momenteel van uit dat dit ongeveer 60.000 uur is. In dit geval verwachten we geen of slechts een minimaal verval. Het zou dus best kunnen dat de elektrolyser langer werkt, maar dit zou dan gepaard kunnen gaan met een verminderde prestatie of een eventuele hogere onderhoudskost. Op volle capaciteit zou de 60.000 uur zich vertalen in ongeveer 7 jaar gebruik. In de praktijk verwachten we echter niet dat elektrolyse systemen 24/7 aan 100% bezettingsgraad werken. De uitdaging om ononderbroken elektriciteit op te wekken uit hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- en zonne-energie, zit hem uiteraard in de wispelturigheid van de natuurelementen, die automatisch leidt tot een mismatch tussen de piek van de stroomopwekking en de piek van het elektriciteitsverbruik. In dat opzicht is het logisch om de mathematische beslissing te nemen om het productieproces af en toe uit te schakelen. PEM-elektrolysers, in tegenstelling tot alkaline-elektrolysers, zijn beter geschikt voor deze situaties. Alkaline elektrolysers zijn minder flexibel, maar ze zijn wel goedkoper in de aankoop en efficiënter in het omzetten van elektriciteit in waterstof, zeker als het om grotere productiesites gaat van meer dan 10 MW. We gaan uit van een jaarlijkse bezettingsgraad van 70%, wat neerkomt op een productietijd van bijna 6.132 uur / jaar (24 uur x 365 dagen x 70%) met een impliciete levensduur van bijna 10 jaar (60.000 uur / 6.132 uur / jaar). Bij een productie van 40 kg waterstof per gebruikt uur schatten we dat een elektrolysefabriek van 2,2 MW ongeveer 245.000 kg waterstof per jaar kan produceren, wat zich vertaalt in een investeringskost van ongeveer €1,68 / kg waterstof. De bijkomende operationele kosten van een elektrolyse-site, zoals waterverbruik, administratie, beveiliging en dergelijke meer worden geschat op € 0,42 / kg waterstof.

Naast de investering in de elektrolyser en de bijkomende operationele kost, moet een producent van “groen” waterstof uiteraard ook rekening houden met de kostprijs van de door hernieuwbare energiebronnen opgewekte elektriciteit, die nodig is om de elektrolyser en randapparatuur te laten werken. Deze elektriciteitskosten zijn veruit de grootste operationele kostencomponent in het productieproces van groen waterstof. Om de kostprijs te berekenen van de gebruikte elektriciteit, hebben we rekening gehouden met de hoeveelheid verbruikte elektriciteit die nodig is om de elektrolyser en alle randapparatuur te doen draaien, de geproduceerde waterstof van 245.000 kg met een 2,2 MW centrale en de gemiddelde lange termijnprijs van elektriciteit in België van € 0,051 / kWh. Aan de hand van deze inputgegevens komen we uit op een elektriciteitskostprijs van € 3,3 / kg waterstof.

Ten slotte moet ook nog rekening worden gehouden met het eventuele transport van waterstof naar de verschillende tankstations. Hiervoor gaan we uit van € 1,75 / kg waterstof voor een transport van maximaal 50 kilometer. Als we al deze componenten bij elkaar optellen, komen we uit op een totale groothandelprijs voor waterstof van € 7,12 / kg. De kosten voor een particuliere klant zullen uiteraard hoger zijn, omdat de operationele kosten van het tankstation er nog moeten worden bijgeteld, evenals een winstmarge.

Van kW- tot multi-MW industriële waterstofproductie-installaties

^{Bron: Nel Hydrogen}

Sinds 2010 zijn de kosten van de productie van waterstof met behulp van elektrolyse gedaald van ongeveer € 15 / kg waterstof tot vandaag ongeveer € 7 / kg, zoals we net berekenden. Dit zou de komende 5 tot 10 jaar verder moeten kunnen dalen tot circa € 2-3 / kg waterstof. De belangrijkste drijfveren voor deze verdere kostenverlaging zijn 1/ de verdere industrialisatie en standaardisatie van de productie van de electrolyser (van de huidige 1-2 MW-systemen naar 80-100 MW-systemen); 2/ de verbeterde efficiëntie van het elektrolyse-proces (een hogere waterstof output/uur voor dezelfde hoeveel hoeveelheid gebruikte elektriciteit), operaties en onderhoud (met name het gebruik van nanotechnologie zal bijdragen om de oorzaken van inefficiëntie/degradatie te identificeren en te remediëren) en 3/ de verdere daling van de kostprijs en marktprijs van de uit hernieuwbare energiebronnen gewonnen elektriciteit.

Hoe groen is waterstof?

Let nu even goed op! Waterstofproductie door middel van elektrolyse is niet de enige manier om waterstof te produceren. Er zijn in principe vier procedés die voor de productie van waterstof kunnen zorgen: 1/ waterstofproductie die gebruik maakt van fossiele brandstoffen, zoals kolen, aardgas en aardolie. Indien de CO₂  in de lucht komt, spreekt men van “grijs waterstof”, indien de CO₂  die vrijkomt wordt opgevangen en opgeslagen, spreekt men van blauw waterstof. Momenteel is het omzetten van methaan CH₄ in waterstof H₂ en koolstofdioxide CO₂ door de vorming van stoom de goedkoopste en meest gebruikte methode, gevolgd door het kraken van ruwe olie en kolenvergassing (95% van de wereldwijde waterstofproductie); 2/ waterstofproductie met hernieuwbare energiebronnen zoals wind-, zonne-, oceaan- en geothermische energie (1% van de wereldwijde waterstofproductie). In dit geval spreekt men van ‘groen waterstof’; 3/ waterstof dat ontstaat als bijproduct van andere industriële processen zoals de productie van chlooralkali of van cokesovengas (3% van de wereldwijde waterstofproductie); en 4/ waterstofproductie met andere “schone energie” zoals nucleaire of biomassa-energie. In dit geval spreekt men van “geel waterstof”.

De bovenstaande paragraaf is belangrijk om het groene karakter van waterstof goed te begrijpen, omdat niet alle waterstof wordt verkregen op dezelfde milieuvriendelijke manier, zonder CO₂-uitstoot. We zijn van mening dat waterstofproductie met behulp van hernieuwbare energiebronnen, of ook groen waterstof genaamd, de enige manier is om ervoor te zorgen dat waterstof de noodzakelijke schaalvoordelen kan bereiken en zo kan uitgroeien tot een echt mainstream product. Naar onze mening is het de enige waterstof productiemethode, die structureel bijdraagt aan de reductie van CO₂-uitstoot. Daarom lijkt het ons voor de hand te liggen dat waterstofproductie door elektrolyse het meest zal kunnen rekenen op overheidssteun. Deze ondersteuning zal het mogelijk maken om de vereiste investeringen in elektrolysecentrales op gang te brengen en zo sneller de vereiste economische schaalgrootte zal verwerven.

Momenteel zijn Air Liquide (10% van hun is omzet afkomstig van waterstof), Linde (Praxair), Air Products (24% van hun omzet is van waterstof), Yingde Gases en Messer Group de grootste producenten van waterstof. De volledige productie van waterstof is in hun geval gebaseerd op de stoomomzetting van methaan, dat na koolstofdioxide het belangrijkste broeikasgas is. De geschatte investeringskost van waterstof door stoomhervorming van methaan bedraagt ongeveer € 300-600 / kW, of ongeveer € 700-800 / kW wanneer de koolstofdioxide zou worden opgevangen. Op dit ogenblik is het stoomsomzettingsproces dus nog goedkoper dan elektrolyse om waterstof te produceren. Het grootste deel van de waterstof die op deze manier wordt geproduceerd wordt gebruikt voor industriële doeleinden, maar kan uiteraard ook worden gebruikt als brandstof voor transporttoepassingen. Om tegemoet te komen aan de behoefte om waterstof met een emissievrije voetafdruk te produceren, kijken ze steeds meer naar doeltreffendere manieren om CO₂ op te vangen. Dit in de hoop deze zo te zuiveren dat deze kan worden gebruikt om aan verschillende industriële behoeften te voldoen, die gebruik maken van koolzuur (koolzuur voor sprankelende dranken, conservering en invriezen van voedsel, enz.). In de Verenigde Staten wordt er vaak gebruik gemaakt van aardgas om elektriciteit op te wekken die gebruikt wordt voor huishoudens en bedrijven. Indien er overcapaciteit is aan elektriciteit wordt deze omgezet naar waterstof als opslagmiddel. Op dit gebied zijn bedrijven als Fuel Cell Energy en Bloom Energy actief.

Gezien het opkomende karakter van groene waterstof, wordt de industrie van waterstofproductie door elektrolyse momenteel gestuwd door een verscheidenheid aan nieuwe spelers. Soms gaat het om publieke spelers die gesteund worden door nationale en lokale overheden, soms om private spelers die zich hebben weten verzekeren van een afzetmarkt (bijv. Lhyfe, Pitpoint, Neuryon (voorheen Akzo Nobel), Hydrospider ), en vaak werken ze samen. Tegelijkertijd duiken soms ook enkele van de traditionele, fossiele brandstoffen spelers op in het speelveld, waarbij het wat mij betreft legitiem is om de vraag te stellen of zij met dezelfde daadkracht deze opkomende industrie echt vooruit wensen te helpen.

Wat is een brandstofcel?

Een ‘brandstofcel’ is een apparaat dat elektriciteit opwekt door middel van een elektrochemische of galvanische reactie. Bij het lezen van deze zin, heb je waarschijnlijk de reflex te roepen dat een brandstofcel net hetzelfde als een batterij is. Wel, er zijn inderdaad een aantal overeenkomsten. Beide toepassingen zijn gebaseerd op de elektrochemische reactie van geleidend keramiek en bestaan ​​uit twee elektroden en daartussen een elektrolyt. Dat gezegd zijnde, een brandstofcel is geen batterij.

De gemakkelijkste manier om het verschil tussen de twee te begrijpen, is door te beseffen dat een batterij elektrische energie opslaat, terwijl een brandstofcel elektrische energie opwekt door een brandstof om te zetten in elektriciteit. Een brandstofcel zorgt in zekere zin voor de omgekeerde beweging van een electrolyser.

De elektrische energie in een batterij is afkomstig van de fabriek waar deze is gemaakt of van het opladen van de batterij via een stopcontact. Als uw batterij leeg raakt, kan u twee dingen doen: indien u zich in de buurt van een elektriciteitsbron bevindt zou u de batterij kunnen opladen, of u zou naar de winkel kunnen gaan om u een ​​nieuwe batterij te kopen. Over het algemeen zijn Alkaline (niet-oplaadbaar) en Lithium (in niet-oplaadbare en oplaadbare vorm) batterijen de meest voorkomende batterijen. Om voor de hand liggende redenen zijn lithiumbatterijen de meest gebruikte batterijen voor draagbare toepassingen (mobiele telefoons, tablets, camera's, virtual reality-brillen) en voor hybride en elektrische auto's. Lithiumbatterijen wegen over het algemeen minder dan andere batterijen en slaan ook nog eens meer energie op dan de meeste andere batterijen van vergelijkbare grootte, waardoor ze zeer gewaardeerd worden. Ze hebben jammer genoeg wel een relatieve beperkte levensduur en ze zijn zwaarder dan brandstofcellen. Bovendien bevatten ze materialen zoals lithium, kobalt en nikkel die moeten worden gedolven, wat over het algemeen een negatieve ecologische voetafdruk achterlaat. De belangrijkste lithium producerende landen zijn Australië, Chili, Argentinië en China. De grootste hoeveel kobalt wordt gewonnen in de Democratische Republiek Congo. China produceerde in 2019 ongeveer 70% van de lithium-ionbatterijen ter wereld, terwijl de VS op een verre tweede plaats uitkomt met een marktaandeel van slechts 12%.

Een brandstofcel is anders. Brandstofcellen hoeven niet periodiek te worden opgeladen met elektriciteit zoals batterijen. Ze gebruiken een andere energiebron, zoals waterstof, propaan, diesel of aardgas, en zet het om in elektrische energie. Zolang je toegang hebt tot je energiebron, kun je je eigen elektriciteit creëren wanneer je die nodig hebt en waar je die nodig hebt.

Wat is een waterstof brandstofcel?

Door de twee bovenstaande concepten te combineren, zou het duidelijk moeten zijn dat een waterstof brandstofcel een apparaat is dat elektriciteit (met warmte en water als bijproducten) genereert door middel van een elektrochemische reactie, waarbij waterstof en zuurstof als brandstof worden gecombineerd.  

Bron: https://gifer.com/en/NTTj

1) De waterstofatomen komen binnen aan de kant van de anode

2) Vervolgens worden protonen en elektronen gesplitst door een katalysator

3) De positief geladen protonen gaan door het membraan naar de kathode en de negatief geladen elektronen worden door een circuit gedwongen, waardoor elektriciteit wordt opgewekt

4) Nadat ze door het circuit zijn gegaan, worden de elektronen weer gecombineerd met de protonen en met zuurstof uit de lucht en genereert op die manier water en warmte als bijproduct.

In tegenstelling tot fossiele verbrandingsmotoren genereren brandstofcellen geen CO₂-uitstoot. Maar om het totale groene karakter van waterstofbrandstofcellen te claimen, is het cruciaal dat de waterstof zelf wordt geproduceerd door emissievrije hernieuwbare energiebronnen. De ideale keten is dus: elektriciteit uit een hernieuwbare energiebron  waterstof  omgezet naar elektriciteit voor finaal gebruik. Bye bye CO_2.

Waterstof brandstofcellen worden reeds gebruikt in een hele reeks toepassingen, gaande van het leveren van stroom aan huizen en bedrijven, tot back-up-stroomgeneratoren van kritieke faciliteiten zoals ziekenhuizen, supermarkten en datacenters, en het elektrisch aandrijven van verschillende voertuigen, zoals auto's, bussen, heftrucks, treinen en dergelijke meer. Waterstof die in brand-stofcellen wordt gebruikt, heeft een energie-gewichtsverhouding die tien keer beter is dan lithium-ion batterijen. Bijgevolg bieden waterstof brandstofcellen een veel groter bereik, terwijl de cellen lichter en kleiner zijn. Bovendien kunnen waterstof brandstofcellen in een paar minuten worden opgeladen, net op dezelfde manier als benzine- en dieselvoertuigen. Omdat er geen bewegende delen zijn, werken waterstof brandstofcellen geruisloos. Brandstofcellen zijn ook schaalbaar. Dit betekent dat individuele brandstofcellen met elkaar kunnen worden verbonden tot energie stapels. Deze energiestapels kunnen op hun beurt worden gecombineerd tot nog grotere systemen, die voor een groter vermogen zorgen.

^{Bron: Ballard Systems}

De prijs van een waterstof brandstofcel varieert in functie van een aantal parameters, maar in het algemeen kunnen waterstof brandstofcellen worden geprijsd in functie van het uitgaand vermogen dat ze genereren. Een enkele brandstofcel produceert ongeveer 0,5 tot 1,0 volt, nauwelijks genoeg spanning voor zelfs de kleinste toepassingen. Om de spanning te verhogen, worden individuele brandstofcellen in serie gecombineerd om een ​​stapel te vormen. De term "brandstofcel" wordt vaak gebruikt om naar de hele stapel te verwijzen, maar ook naar de individuele cel. Afhankelijk van de toepassing kan een brandstofcelstapel slechts enkele of wel honderden afzonderlijke cellen op elkaar bevatten. Deze 'schaalbaarheid' maakt brandstofcellen ideaal voor een grote verscheidenheid aan toepassingen, van laptops (20-50 W) tot woningen (1-5 kW), voertuigen (50-125 kW) en zelfs heuse stroomcentrales (1-200 MW of meer). Een waterstof brandstofcel voor een laptop kost momenteel rond de € 700 tot € 1.000, terwijl dit voor een voertuig rond de € 10.000 tot € 20.000 ligt (afhankelijk van het uitgangsvermogen en het aantal brandstofcelsystemen die de producent per jaar maakt). De prijs van brandstofcellen voor auto’s zou, net zoals de prijs van electrolysers, het komende decennium aanzienlijk moeten dalen tot ongeveer € 4.000 à € 5.000, als gevolg van de verdere vooruitgang in de energietechnologie en wederom als gevolg van het verkrijgen van schaalvoordelen naarmate het geproduceerd volume toeneemt. Een waterstof brandstofcelsysteem in een auto wordt aangevuld met twee opslagtanks en een elektriciteitssysteem dat het geheel integreert. De geschatte kosten van een waterstof brandstoftank voor een auto bedragen ongeveer € 4.000 tot € 5.000, waardoor de totale kost vandaag op ongeveer € 15,000 tot € 20,000 uitkomt.

De kostprijs van een batterij komt vandaag uiteraard goedkoper uit dan een brandstofcel, aangezien de technologie rijper is en ook reeds in voldoende grote hoeveelheden wordt aangemaakt. We gaan er echter wel van uit dat de neerwaartse prijs van batterijen beperkt is. 70% van de batterijkosten is immers gebonden aan grondstoffen en de prijs van grondstoffen daalt gewoonlijk niet als de vraag stijgt. Dit betekent dat het potentieel tot kostenverlaging voor batterijen slechts beperkt is tot 30% van de batterijkost. Bovendien is een van de belangrijkste grondstoffen van batterijen kobalt, waarvan 2/3 afkomstig is uit één enkel land, de Democratische Republiek Congo. In het geval van waterstof brandstofcellen houdt het grootste deel van de kosten verband met het productieproces zelf. Historisch gezien hadden waterstof brandstofcellen een aanzienlijke hoeveelheid platina, iridium en titanium nodig, maar die afhankelijkheid is door de jaren heen sterk met ten minste een factor 10 afgebouwd, met bovendien nog verder potentieel voor de boeg. Deze dalende kostencurve geeft brandstofcellen een enorm kostenvoordeel ten opzichte van batterijen op de lange termijn. In vergelijking met batterijen bevinden brandstofcellen zich nog in een zeer vroeg stadium qua ontwikkeling en schaalgrootte. Dit illustreert nogmaals het potentieel voor brandstofcelprijzen die zullen dalen als het productieproces opschaalt en efficiënter wordt.  

Het totale aantal waterstof brandstofceleenheden dat in 2019 wereldwijd werd verkocht, bedroeg ongeveer 70.900 stuks, iets meer dan in 2018. Een meer belangrijkere indicator is echter de output in geleverde megawatts, die in 2019 voor het eerst ooit de gigawattdrempel overschreed. Het totale vermogen van alle verkochte waterstof brandstofcellen sprong naar ruwweg 1.100 MW of 1.1GW, een stijging van 40% jaar-op-jaar. Azië (China, Japan, Zuid-Korea) is duidelijk toonaangevend wat betreft de verscheepte megawatts, gevolgd door Noord-Amerika. Europa haalt amper 5% van het totale wereldwijd brandstofcelvermogen. In alle regio's is het echter duidelijk dat de vraag naar waterstof brandstofcellen toeneemt. Onderschat nooit de kracht van kleine stapjes.

De toepassingen van waterstof brandstofcellen.

Waterstof brandstofcellen kunnen in principe vrijwel elke energietechnologie vervangen die we momenteel gebruiken, en zullen zonder twijfel een rol spelen in onze toekomstige mobiliteit. Dat gezegd zijnde, verwachten we niet dat waterstof brandstofcellen binnenkort, d.w.z. in de komende 3 tot 5 jaar, in de typische gezinsauto zullen worden gebruikt. Ons transportsysteem heeft nog maar net de overgang ingezet van voertuigen met verbrandingsmotoren naar elektrische voertuigen aangedreven door batterijen. In 2019 was slechts 0,2% van alle wagens die wereldwijd rondreden volledig elektrisch, terwijl ongeveer 3% van alle nieuwe verkochte wagens volledig elektrisch waren. Tegen 2030 zou dit 20% kunnen zijn. Op zich is de snelheid, of ook misschien wel de traagheid, van deze energietransitie niet te verwonderen, aangezien de gemiddelde levensduur van een auto rond de 8 à 9 jaar bedraagt, en de gemiddelde olieraffinaderij een levensduur heeft van 20 jaar. U begrijpt bijgevolg dat het nog wel even kan duren vooraleer we met z’n allen op waterstof zullen rijden. Dat hoeft echter niet te betekenen dat waterstof in tussentijd niet voor andere toepassingen kan gebruikt worden. Integendeel, we zijn van mening dat er reeds verschillende use-cases zijn waarvoor waterstof brandstofcellen uiterst geschikt zijn.  

• In steden met veel verkeer en luchtverontreiniging kunnen brandstofcellen op waterstof nu al een perfecte energiebron zijn voor bussen, trams, taxi's en bestelauto's. De tijd die nodig is om waterstof bij te tanken is beperkt tot een paar minuten en het rijbereik van een eenmalige tankbeurt met waterstof (zoals in “ik ga even hydrogeneren”) kan oplopen tot 500 kilometer. Uiteraard met als bijkomende voordelen dat dit binnenstadverkeer emissieloos en geluidsarm is. Hetzelfde geldt voor zware vrachtwagens, die het korte rijbereik en de lange oplaadtijd van elektrische batterijen niet kunnen verdragen. Evenmin kunnen ze het zware gewicht van een lithiumbatterij verdragen, die kan oplopen tot 10% van het maximale vervoerde gewicht van een vrachtwagen. Dergelijke zware batterijen verminderen uiteraard het maximale laadvermogen van de vrachtwagen, en genereren bijgevolg minder inkomsten voor de vrachtvervoerder. Als we deze oefening verder door trekken, gelden dezelfde argumenten voor treinen, die bovendien zouden profiteren van het feit dat treinen met waterstof brandstofcellen niet afhankelijk zijn van bovengrondse elektrische leidingen (minder investeringen in infrastructuur en minder gevaarlijke infrastructuur). Ook in de scheepsvaartindustrie wordt geëxperimenteerd met waterstof brandstofcellen. Zo kunnen de gigantische cruiseschepen zorgeloos de lage-emissiezone van havensteden zoals Antwerpen en Amsterdam binnenvaren zonder fijnstof de lucht in te blazen. Fijn toch, en iedereen gelukkig.

Bron: Vanhool, Nikola Motor, Alstom, ABB

• Een andere toepassing waar waterstof brandstofcellen sneller zal doorbreken, is als energiebron voor vorkheftrucks en logistieke voertuigen, die gebruikt worden in de magazijnen van de grote e-commerce spelers. Gezien de toenemende verwachtingen van leveringen op dezelfde dag, worden de e-commerce opslagplaatsen 24/7 bediend. Bijgevolg wordt er ook hetzelfde verwacht van de vorkheftrucks die rondrijden in die magazijnen. Het is duidelijk dat die vorkheftrucks niet elke 3-4 uur gedurende 30 minuten buiten werking kunnen worden gesteld om op te laden. Hetzelfde geldt voor industriële en transport robotica. The robots are coming! The robots are coming!

^{Bron: Plug Power/Amazon, Colruyt, DHL}

• Drones die worden aangedreven door waterstofbrandstofcellen kunnen langer vliegen dan hun batterij-equivalenten. De interesse in het gebruik van waterstof brandstofcellen voor drones neemt dan ook met de dag toe. Zo zouden waterstof drones gebruikt kunnen worden voor het besproeien van gewassen, goederendistributie, veiligheidsbewaking, enz.

• Waterstofbrandstofcellen kunnen ook worden gebruikt als stroomvoorziening voor grote evenementen, die niet voldoende zijn aangesloten op de traditionele elektriciteitsnetten. Ook bij natuurrampen kunnen waterstofbrandstofcellen snel worden ingezet om een ​​stabiele elektriciteitsvoorziening te garanderen.

In de meeste van de bovenstaande gevallen is het mogelijk om te werken met één of een beperkt aantal oplaadstations op een centrale locatie. Bussen, trams en taxi's kunnen opladen in hun depot, bestelauto's in de magazijnen, zware vrachtwagens in de industrieparken, enz. In elk geval zorgt het gebruik van waterstof brandstofcellen voor een hogere productiviteit, tijdwinst, snellere leveringen en maakt het plaats vrij omdat er niet telkens moet worden opgelaaid. Indoor is er ook geen uitstoot en geurhinder. Kortom, ook hier speelt het argument dat waterstof brandstofcellen geen broeikasgassen uitstoten.

Het kip-en-ei-dilemma van waterstof tankstations en waterstofauto’s zal worden opgelost.

Om ervoor te zorgen dat waterstof brandstofcellen uiteindelijk gebruikt worden op een bredere basis voor algemeen transport, en niet enkel voor de hierboven beschreven toepassingen, zal het typische kip-en-ei-dilemma toch moeten doorbroken worden. Waterstof tankstations zijn op kleine schaal duurder dan oplaadpunten voor elektrische batterijen, maar worden goedkoper omdat meer auto's het station kunnen gebruiken (aangezien het bijvullen van waterstof sneller gaat dan het opladen van een batterij). Dus zolang er nauwelijks waterstofauto's op de wegen zijn, zullen de operatoren hun netwerk van waterstof tankstations slechts geleidelijk uitbreiden. Tegelijkertijd, zolang het netwerk van tankstations voor waterstof aangedreven auto's zo dun is, zal de vraag van klanten naar waterstof brandstofcelvoertuigen slechts traag op gang komen, doordat mensen niet overal kunnen tanken. En aangezien de massaproductie van waterstof wagens van belang is om de kostprijs te drukken, is de catch-22 volledig.

Eind 2019 waren er wereldwijd 432 waterstoftankstations in gebruik, waarvan 330 openbaar toegankelijke stations. Azië en Europa hebben momenteel 178 en 177 stations, terwijl Noord-Amerika met slechts 77 stations achterblijft. Op dit moment zijn er in België 3 waterstoftankstations operationeel beschikbaar (2 publieke stations in Halle en Zaventem en 1 privaat station in Antwerpen in handen van de Vlaamse vervoersmaatschappij De Lijn). Op volgende websites kan je de voortgang van het aantal stations in de Benelux en Europa goed opvolgen (www.waterstofnet.eu en H2.live). Een blik op de website van DATS 24, een dochteronderneming van de Colruyt Group, leert ons dat de retailprijs van 1kg waterstof in het tankstation in Halle exact € 9,999 / kg waterstof bedraagt. In Nederland staat men verder met de uitrol van waterstof tankstations. Zo zijn er 4 stations beschikbaar voor het grote publiek en 7 stations die momenteel niet openbaar zijn. Bovendien staan er tientallen projecten in de stijgers om nieuwe tankstations uit te rollen.

Bron: Dats 24 (Halle), Nel Hydrogen, Air Liquide (Zaventem)

Het businessmodel van een tankstation voor waterstof is vrij eenvoudig. De aankoopprijs van een waterstof-tankstation, dispenser en opslagfaciliteit met een dagelijkse capaciteit van 500 kg waterstof / dag schommelt tussen € 1-1,5 miljoen. Afgeschreven over de levensduur van ongeveer 10 jaar komt dit neer op € 100.000 tot € 150.000 / jaar. Tel daar de kosten voor service & administratie, elektriciteit ter plaatse en de locatiehuur van ongeveer € 80.000 bij op, en zo komen we tot een vaste kost per jaar van € 180.000. Op basis van een brutomarge van 20% / verkochte kg waterstof, zou een operator van een waterstofstation een minimumomzet moeten draaien van € 900.000 / jaar. Op basis van de verkoopprijs van € 10 betekent dit dat een operator 90.000 kg waterstof / jaar of 247 kg waterstof / dag moet verkopen om break-even te zijn. Gegeven de gemiddelde capaciteit van een waterstofauto van 5 kg waterstof per tankbeurt, komt dit neer op 18.000 tankbeurten / jaar, of 49 beurten per dag. Met een gemiddelde rijafstand van 20.000 km / jaar zou een eigenaar van een waterstof auto ongeveer 30 keer per jaar moeten tanken, wat betekent dat een tankstation operator break-even kan zijn door 600 waterstof brandstofauto’s een heel jaar te voorzien van waterstof. Momenteel schatten we dat er in België slechts 30 waterstof brandstofcelauto's verkocht zijn geweest. Bij een maximale capaciteit van 500 kg / dag kan een exploitant van een waterstof tankstation 1.200 auto's bedienen en een brutowinst van €365.000 genereren. Dit verklaart waarom waterstof tankstations goed passen bij distributiecentra van retailers of depots van openbare bussen. We verwachten ook dat er waterstofstations worden gebouwd aan magazijnen van grote e-commerce spelers, om de vorkheftrucks en bestelwagens van brandstof te voorzien. Deze eerste verkooppunten zullen fungeren als de baanbrekende hubs waaruit een netwerkje kan groeien in de komende 10 jaar.

Hoe verhouden waterstofauto’s zich qua prijs & bruikbaarheid met benzine- en batterijwagens?

Op dit moment zijn er slechts een handvol personenauto's op waterstof in de handel verkrijgbaar met een volledig uitgeruste aandrijflijn voor waterstof brandstofcellen: de Toyota Mirai, de Hyundai Nexo en ix35 en de Honda Clarity. De catalogusprijs van deze modellen varieert van € 65.000 tot 80.000. Andere autofabrikanten hebben ook waterstofauto-projecten in de pijplijn. BMW kondigde aan dat de BMW i Hydrogen NEXT-conceptwagen (met steun van Toyota) in 2022 op kleine schaal zal worden geproduceerd. Maar er zijn ook autofabrikanten die niet meestappen in het waterstofverhaal, zo hebben Mercedes-Benz en Volkswagen onlangs hun ontwikkeling van waterstofauto's stopgezet. Dat gezegd zijnde, heeft Daimler Trucks (het zusterbedrijf van Mercedes-Benz) een joint-venture opgezet met Volvo om brandstofcelsystemen te ontwikkelen, te produceren en op de markt te brengen voor zware voertuig en andere toepassingen.

Ter vergelijking: het instapmodel Model 3 Tesla wordt momenteel verkocht voor ongeveer € 50.000. In vergelijking met een auto met benzine- of diesel verbrandingsmotor hebben elektrische batterijauto's geen motor, brandstofsysteem voor de transmissie en uitlaat nodig (goed voor een geschatte componentkost van ongeveer € 7.000), terwijl ze wel een dure batterij (€ 10.000-14.000) en andere componenten zoals een elektrische aandrijving en extra elektronica nodig hebben (goed voor een geschatte componentkost van ongeveer € 5.000), dus een meerkost van € 8.000 tot €12.000. Dit in combinatie met het lagere productievolume verklaart de hogere kostprijs van elektrische auto's. Een auto met waterstof brandstofcel heeft nog steeds een batterij nodig (maar veel kleiner en met een vermogen van slechts 1,5 kWh versus 100 kWh voor een wagen met elektrische batterij) die ongeveer € 200 kost, naast de kosten van de brandstofcel en de waterstoftank van ongeveer € 15.000-25.000. Dit resulteert in een hogere componentenkost voor waterstofauto’s van ongeveer € 10.000 in vergelijking met een elektrische auto en van € 20.000 met een auto met fossiele verbrandingsmotor. Naast de hogere componentkosten worden waterstof brandstofcelauto's op dit moment nog in nog kleinere hoeveelheden geproduceerd, waardoor de productie van waterstof brandstofcelauto momenteel nog duurder is. Wanneer brandstofcellen en auto's met waterstofbrandstofcellen in grote hoeveelheden zouden worden geproduceerd, kan de prijs van dergelijke voertuigen gemakkelijk met € 20.000 kunnen dalen.

In dit stadium zijn er wereldwijd ongeveer 20.000 waterstof brandstofcelauto's verkocht, waarvan 8.300 in de VS (voornamelijk Californië), 3.500 in Japan, 3.500 in China, 2.000 in Europa (voornamelijk Duitsland, Frankrijk en Noorwegen) en 2.000 in Korea. We schatten dat er wereldwijd ongeveer 1.500 waterstof brandstofcelbussen zijn geproduceerd, waarvan de overgrote meerderheid in China.

In de wetenschap dat er de afgelopen jaren slechts 20.000 brandstofcelauto's zijn verkocht, is het gemakkelijk te begrijpen waarom deze auto's nog steeds zo duur zijn. In 2019 bedroeg de wereldwijde productie van personenauto's 90,3 miljoen eenheden, terwijl onder invloed van de covid19-crisis dit in 2020 zou kunnen dalen tot 70-80 miljoen eenheden. Het totale aantal auto's wereldwijd op de weg wordt geschat op ongeveer 1,2 miljard. Wat de elektrische auto op batterijen betreft, werden er in 2019 wereldwijd ongeveer 2 miljoen verkocht, wat het totale aantal op slechts 5 miljoen bracht. Net als bij de industrialisatie van benzine- & dieselauto's, toen de productiekosten daalden naarmate het productievolume toenam, zullen ook de productiekosten van brandstofcelauto's dalen (wat momenteel trouwens ook gebeurt met elektrische auto's op batterijen). Dit komt bovenop de dalende kosten van de waterstof brandstofcel zelf, die zoals eerder besproken vandaag nog steeds ongeveer € 15.000 - € 25.000 / auto kost en waarvan de kost zou moeten dalen tot ongeveer € 7.500-15.000. Kortom, de schaalvoordelen en de daarmee samenhangende kostenbesparingen spelen op verschillende niveaus: 1/ waterstofproductie, opslag en distributie; 2/ brandstofcelproductie en 3/ fabricage en montage van waterstof brandstofcelauto's.

Met een verkoopprijs van € 10 voor 1 kg groene waterstof bij het tankstation, nadert waterstof de pariteit met benzineprijzen in termen van kostprijs / 100km. Waterstof heeft een betere energie-gewichtsverhouding en wordt onder hoge druk vervoerd en opgeslagen. Een waterstoftank van 120 liter of 2 van elk 60 liter kan een auto vullen met 5 kg waterstof in gasvorm onder hoge druk. Dus voor een verkoopprijs van € 10 / kg kan een waterstofauto voor € 50 worden gevuld, wat een rijafstand van ongeveer 625 km mogelijk maakt bij een waterstofverbruik van 0,8 kg / 100 km. Ter vergelijking: 50 € koopt u vandaag ongeveer 41 liter benzine, wat zich vertaalt in een rijbereik van ongeveer 689 km bij een verbruik van ongeveer 6,0 liter / 100 km. Elektrische auto's op batterijen zijn momenteel ongeveer 50% goedkoper per 100 km gereden in vergelijking met auto's met waterstof brandstofcellen, aangezien 50 € uitgegeven aan elektriciteit voor een elektrische auto op batterijen zich vertaalt in ongeveer 1.190 km gereden kilometers. Je zal wel meerdere malen je batterij moeten opladen om aan de € 50 te komen.

Bron: Toyota Mirai, Tesla Model X

Hoewel elektrische auto’s met batterij goedkoper zijn per gereden km, worden ze geconfronteerd met de beperking van de batterijcapaciteit, die een rijbereik toelaat van ongeveer 300-400 km / oplaadsessie. Aan 20.000 km / jaar moet een eigenaar van een batterijwagen 54 keer per jaar zijn wagen opladen. Bovendien duurt elke oplaadsessie minimaal 5 uur met een normale thuisladers of ongeveer 1 uur op een snellader. Een typische waterstoftank van 5 kg en een jaarlijkse rijafstand van 20.000 zouden slechts 32 tankbeurten van slechts 5 minuten nodig hebben per jaar, wat duidelijk een betere gebruikerservaring en flexibiliteit inhoudt. Een typische benzinetank van 60 liter vereist slechts 20 tankbeurten van een paar minuten, maar qua gebruiksgemak nog altijd het eenvoudigst.

Afgezien van prijs, flexibiliteit en beschikbaarheid, is de grootste reden om over te stappen op groene waterstof brandstofcelauto's uiteraard het vermijden van uitstoot van broeikasgassen en daarmee een bijdrage te leveren aan een klimaatvriendelijke mobiliteit. 1.000 kg hernieuwbare waterstof vermijdt de uitstoot van minimaal 10.000 kg CO2.

De productie van waterstof moet groen zijn om overheidssteun te krijgen.

In dit stadium twijfelen we niet meer of waterstof zal worden gebruikt in het mobiliteitsspectrum van de toekomst. Aangezien het aandeel van CO₂-emissievoertuigen zal afnemen, zal het aandeel van batterij-elektrische voertuigen ongetwijfeld toenemen. We zijn echter wel van mening dat batterij-elektrische voertuigen niet het enige antwoord zullen zijn op de komende energietransitie. Daarom voorzien we een toekomst waarin batterijwagens en waterstofwagen naast elkaar zullen rijden. Om dat te bereiken, zal de industrie echter de kosten van productie, opslag en distributie van waterstof verder moeten verlagen, een industrialisatie van de brandstofcellen en brandstofcelvoertuigen op gang moeten trekken en een voldoende dicht netwerk van tankstations moeten uitwerken. Stapsgewijze verbeteringen aan de technische kant zullen helpen om de productiekosten voor waterstof te verlagen, terwijl de geleidelijke evolutie naar een grotere industrie voordelen zal opleveren in termen van schaalvoordelen. De wereldwijde politieke wil om de uitstoot van CO₂ te verminderen, kan een erg belangrijke bijdrage leveren aan de adoptie van groene waterstof. Overheden kunnen hun investering in infrastructuur voor hernieuwbare energie versterken en daarmee de kosten van hernieuwbare elektriciteit verlagen, waarvan waterstof enorm zal profiteren. Evenzo zouden regeringen in toenemende mate een sanctie kunnen opleggen aan CO₂-aangedreven energiebronnen (CO₂-prijsheffingen, emissiebeperkingen, verbod op diesel / benzine voor transport, lage-emissiezones, enz.), En daardoor deze CO₂-aangedreven energiebronnen duurder en minder concurrerend maken. Dus botweg gezegd, de snelheid waarmee waterstof een realiteit wordt, hangt sterk af van de bereidwilligheid van overheden over de hele wereld. Dit zal, naast de organische vooruitgang die de industrie maakt, extra investeringen in de gehele toeleveringsketen voor waterstof veroorzaken, wat zorgt voor de vereiste schaalvoordelen die nodig zijn om een ​​duurzaam investeringsrendement en een levensvatbare mobiliteitsoplossing voor de toekomst te verkrijgen.

Het ecosysteem van waterstofbrandstofcellen.

De volgende marktkaart geeft een uitstekend overzicht van de verschillende bedrijven en onderzoeksinstellingen actief in het Europese ecosysteem van waterstof brandstofcellen. Om het mondiale speelveld volledig in kaart te brengen, zou ik naast de genoemde bedrijven ook willen verwijzen naar de Amerikaanse bedrijven Nikola Motor, Cummins (Hydrogenics), Bloom Energy, Fuel Cell Energy, Air Products; het Britse bedrijf CNH Industrial; het in Japan gevestigde bedrijf Denso, het in Zuid-Korea gevestigde bedrijf Doosan Fuel Cell, het in Singapore gevestigde Horizon Fuel Cell en de in China gevestigde bedrijven Weichai Power, Meijin Energy, Shenzen Xiongtao, Guohong Hydrogen, SinoHytec, Sunrise Power, BYD en Contemporary Amperex Technology. Verder kunnen we verwijzen naar Kion en Jungheinrich als fabrikanten van heftruck- en magazijnapparatuur die gebruik maken van waterstof brandstofcellen. Last but not least moeten we ook wijzen op spelers die ofwel fabrikanten zijn van apparatuur voor hernieuwbare energie of exploitanten van hernieuwbare energie, zoals Vestas, Nordex, First Solar, Vivint Solar, Enersys, TPI Composites, Enphase Energy. Belgische bedrijven die in onderstaande infographic worden genoemd, zijn Colruyt Group, Umicore, Port of Antwerp, Vanhool, John Cockerill en de Universiteit Antwerpen. (Onderstreepte bedrijven zijn beursgenoteerd).

Waterstof en (geo) politiek. Een evenwichtigere globalisering via lokale energieproductie.

Op 11 december 2019 presenteerde de Europese Commissie haar visie voor een Europese Green Deal met als doel om in 2050 klimaatneutraal te zijn. Eén van de belangrijkste aandachtspunten is het opvoeren van de productie en de inzet van duurzame alternatieve transportbrandstoffen. De bedoeling is om ondersteuning te bieden aan de koplopers op het gebied van klimaat en hernieuwbare energie die de eerste commerciële toepassingen van nieuwe baanbrekende technologieën ontwikkelen, zoals groen waterstof, brandstofcellen, energieopslag en ook het afvangen, gebruik en opslag van koolstof (CCUS).

Op 4 maart 2020 presenteerde de Europese Commissie haar voorstel voor een Europese klimaatwet om ervoor te zorgen dat de EU haar doelstellingen haalt. De belangrijkste doelstellingen die oorspronkelijk in 2014 waren ontwikkeld en in 2018 zijn bijgewerkt, zijn de volgende: 1/ ten minste 40% vermindering van de uitstoot van broeikasgassen (ten opzichte van het niveau van 1990); 2/ een minimaal aandeel van 32% voor hernieuwbare energie in de totale energiemix; en 3 /ten minste 32,5% verbetering in energie-efficiëntie. De Europese Commissie onderzoekt momenteel of de EU-doelstelling met betrekking tot broeikasgassen nog verder moet worden aangescherpt tot een verlaging van ten minste 50% (verwacht eind september 2020), terwijl de doelstelling voor hernieuwbare energie en energie-efficiëntie opwaarts kan worden herzien in 2023.

Door al deze EU-initiatieven wordt de ambitie om een ​​waterstofeconomie te ondersteunen en tot stand te brengen duidelijker. Door middel van een openbare raadpleging stelt de EU momenteel haar waterstofstrategie op om de productie en het gebruik van groen waterstof te versterken, met bijzondere aandacht voor het toegankelijker maken van waterstof voor het brede publiek. De Europese Commissie zal naar verwachting op 24 juni de EU-waterstofstrategie presenteren, inclusief een geïntegreerd strategie voor het EU-energiesysteem. Tegelijkertijd heeft het een Europees partnerschap voor groen waterstof opgericht, waarin alle kennis en technologische / financiële middelen samenkomen. Er wordt ook gekeken naar manieren om de infrastructuur binnen de EU te verbeteren zodat het bijtanken met waterstof en opladen van batterijen makkelijker wordt gemaakt. Al deze initiatieven illustreren dat politiek Europa haar gewicht in de schaal aan het werpen is om van waterstof een acht alternatief te maken.

De Ministers van Energie uit de Benelux, Frankrijk, Duitsland, Oostenrijk en Zwitserland hebben nog maar enkele dagen geleden als resultaat van het Pentalaterale Energie Forum een ​​gezamenlijke politieke verklaring over schone waterstof ondertekend. (Voor de volledige tekst: https://bit.ly/WaterstofExpoTech ). De landen bevestigen hun verbintenis om hun samenwerking te versterken op het gebied van waterstof productie op een CO2 arme manier met als doel bij te dragen tot de ontwikkeling van een volledige koolstofarm energiesysteem.

In de Verenigde Staten werden de onderzoeksprojecten op het gebied van waterstof 10 tot 12 jaar geleden teruggeschroefd, omdat het scepticisme van de regering over waterstof brandstofcelvoertuigen te sterk contrasteerde met het optimisme over elektrische voertuigen. Sindsdien is de waterstof brandstofceltechnologie aanzienlijk verbeterd en is het heel duidelijk geworden voor de Amerikaanse politiek dat de elektrificatie van het wagenpark hen sterk afhankelijk maakt van buitenlandse grondstoffen. In het licht van de huidige handels- en technologieoorlog, klinkt de roep steeds luider om de ​​binnenlandse energieproductieketen veilig te stellen en die zo onafhankelijk mogelijk te maken van buitenlandse grondstoffen. Dit verklaart waarom ook in Amerika de politieke belangstelling voor waterstof brandstofcellen toegenomen is.

Volgens de International Energy Administration, is China op dit moment de grootste importeur van ruwe olie ter wereld, nadat ze de Verenigde Staten in 2017 van de troon stootten. Bovendien zijn ze de nummer twee importeur van aardgas, na Japan. Het vraagt niet veel inbeeldingsvermogen om te realiseren dat de Chinese afhankelijkheid van buitenlandse energiebronnen de komende decennia alleen maar zal toenemen naarmate hun economie verder toeneemt. Tegelijkertijd groeit ook het besef in China dat ze meer belang moeten hechten aan de zorg voor het milieu en dat ze hun afhankelijkheid van steenkool moeten verminderen. China is 's werelds grootste producent van waterstof, helaas wordt deze waterstof geproduceerd door kolenvergassing, de meest vervuilende manier om waterstof te produceren. Gezien deze observaties is het niet moeilijk te begrijpen waarom China momenteel werkt van zijn plannen om groen waterstof een belangrijker onderdeel van hun energiemix te maken. Het is ook de reden waarom we geloven dat China een belangrijke motor zal zijn voor de acceptatiegraad van groen waterstof over de hele wereld, aangezien hun bereidwilligheid om te investeren in het hele waterstofecosysteem, zal leiden tot een verdere versnelling in de richting van de vereiste schaalvoordelen.

Als besluit geloven we dat in een wereld die steeds digitaler en meer verbonden wordt, elektrificatie en elektriciteitsverbruik een grotere rol zal gaan spelen. Net zoals het vandaag van belang is om over de laatste nieuwe 5G-technologie te beschikken, zal ook snel blijken dat het energievraagstuk een even belangrijke factor zal gaan spelen in de dynamiek tussen de verschillende geopolitieke spelers. De recente golf van de-globalisering maakt ook meteen duidelijk waarom het van belang is om niet te moeten rekenen op andere continenten om in de eigen energievoorziening te voldoen. Een lokale end-to-end energieproductie zal bijgevolg steeds belangrijker worden, hernieuwbare energie en waterstof zullen daarin een prominentere rol gaan spelen.

Hoe speel je als belegger in op het potentieel van waterstofbrandstofcellen?

Eind jaren negentig bereikte de belangstelling voor waterstof brandstofcellen voor het laatst een hoogtepunt. Om maar te zeggen dat waterstof brandstofcellen als beleggingsthema al een tijdje bestaat. De lopende grap over auto's met waterstof brandstofcellen klonk als volgt: "Waterstof: het is de brandstof van de toekomst - en dat zal het altijd blijven."

Iedereen moet toegeven dat het waterstof speelveld de afgelopen 10 tot 15 jaar enorme vooruitgang heeft geboekt. We zijn ervan overtuigd dat de industrie de komende 10 jaar in staat zal zijn verdere significante verbeteringen door te voeren, waardoor zij de noodzakelijke schaalgrootte kan bereiken om een ​​zelfvoorzienende industrie te worden.

Ons investeringskader bij het selecteren van exponentiële technologieaandelen is altijd hetzelfde. We willen ons richten op bedrijven die worden blootgesteld aan belangrijke megatrends en die opereren in quasi-oligopolistische markten met hoge toegangsbarrières. Bovendien hebben we een natuurlijke voorkeur voor de categorieleiders die sneller groeien dan de markt waarin ze opereren, terwijl ze profiteren van operationele hefboomeffecten en een gezonde vrije kasstroomgeneratie. Voor ongeveer een derde van onze portefeuille accepteren we dat sommige van de hypergroei bedrijven prioriteit geven aan marktgroei boven winstgevendheid op korte termijn. Dat gezegd zijnde, moeten we hun break-evenpunt wel kunnen identificeren in de komende twee jaar. Met het oog op de balans, hebben de meeste exponentiële technologiebedrijven waarin we beleggen solide balansen, met weinig of geen schulden.

Wanneer we deze strategie toepassen op de geïdentificeerde waterstof brandstofcelaandelen, zijn we wel instaan een aantal spelers te identificeren die bijzonder sterk zijn blootgesteld aan deze ontluikende megatrend. Sterker nog, de geïdentificeerde spelers, hoewel nog klein, zijn al vele jaren actief op dit gebied (in sommige gevallen zelfs meerdere decennia) en hebben een diepgaande technologische en sectorale expertise kunnen ontwikkelen die niet gemakkelijk repliceerbaar is. Het opkomende karakter van de waterstof brandstofactiviteiten komt echter duidelijk tot uiting in de relatief kleine omzetbasis, operationele marges die beneden gemiddeld zijn door het gebrek aan schaalgrootte en de noodzaak om te investeren in onderzoek en ontwikkeling. Als gevolg hiervan genereren de meeste pure-play waterstof- en / of brandstofcelspelers geen positieve cashflow. De meeste spelers beschikken wel over een netto-kaspositie die hen zou moeten toelaten om hun eigen groei de komende 18-24 maanden zelf te financieren indien nodig. Doorheen de jaren is reeds een grondige schifting gebeurt, zodat de cowboys uit de industrie er grotendeels uit zijn.

Onderstaande tabel geeft een overzicht van de verschillende fabrikanten per categorie: elektrolysers en waterstof tankstations, brandstofcellen, waterstof voertuigen en heftrucks / magazijnapparatuur.

In de eerste categorie willen we Nel Hydrogen en McPhy onder de aandacht brengen. Nel Hydrogen is de duidelijke internationale leider voor PEM-elektrolysers voor groen waterstof, terwijl McPhy een solide nummer twee is. 10 dagen geleden heeft Nel Hydrogen aangekondigd dat het een ondertekend aankooporder van Nikola Motor heeft ontvangen met een contractwaarde van meer dan $ 30 miljoen. De meerderheidsaandeelhouder van McPhy is de Franse staat, die via Électricité De France ongeveer 21% van McPhy bezit. Siemens beschikt over een sterke elektrolyser portfolio, Silyzer genaamd, echter in het geheel van de groep is het belang van waterstof te beperkt.

In het brandstofcelsegment willen we Plug Power en Powercell onder de aandacht brengen. Plug Power levert waterstof en brandstofcelsystemen die worden gebruikt voor de aandrijving van elektromotoren, voornamelijk voor industriële mobiliteitstoepassingen (inclusief elektrische vorkheftrucks en elektrische industriële voertuigen). Het heeft al een gevestigd wereldwijd klantenbestand. Het bedrijf biedt zijn producten wereldwijd aan retailers, groothandelaars en voedseldistributiecentra en productiefaciliteiten. Doorheen de jaren heeft het bedrijf ook een indrukwekkende klantenlijst weten opbouwen met bedrijven zoals Amazon, Walmart, BMW, Coca Cola , Fed Ex en Procter & Gamble. Zowel Amazon als Walmart hebben in het bedrijf geïnvesteerd via een warrantenplan en hebben zich ertoe geëngageerd om in de komende jaren voor vele tientallen miljoenen goederen en diensten af te nemen van Plug Power. Als zodanig biedt Plug Power ook een indirecte opportuniteit om in te spelen op het groeiende e-commerce segment. De covid-19 lockdown en de daaruit voortvloeiende drukte bij online retailers illustreert het belang van efficiënte en productieve distributie- en verdelingscentra. Het Zweedse PowerCell, in 2008 afgesplitst van Volvo, heeft de voorbije 2 jaar belangrijke stappen voorwaarts gemaakt. Zo heeft het een overeenkomst gesloten met Robert Bosch waarbij Bosch het exclusieve recht heeft gekregen om de nieuwe en verbeterde versie van PowerCell S3 te produceren en te verkopen voor auto's, vrachtwagens en bussen. Deze overeenkomst heeft Bosch in staat gesteld om de hofleverancier te worden van Nikola Motor voor de waterstof aandrijving. Bosch heeft hiervoor reeds een licentiebetaling gedaan van $ 56 miljoen, en zal per system dat het verkoopt een royalty vergoeding betalen aan PowerCell.

In de transportcategorie hadden we ook de Japanse bedrijven Toyota en Honda en het Koreaanse Hyundai kunnen noemen. De bijdrage van hun waterstofactiviteit in het geheel is echter te klein om relevant te zijn. Hetzelfde geldt eigenlijk ook voor CNH Industrial, SAIC Motors en Denso. Het toont echter dat ook de grotere spelers hun gewicht achter de ontwikkeling van brandstofcellen leggen. Bovendien zijn ze ook nuttige informatiebronnen en belangrijke partners voor de kleinere spelers. Nikola Motor is duidelijk de uitzondering binnen deze categorie. Het bedrijf werd opgericht in 2014 met de ambitie om de markt van zware vrachtwagens te ontwrichten en te transformeren. Tot nu toe is dit specifiek segment nog niet begonnen met de overgang van diesel naar elektrische batterijen, of toch nog niet met groot succes. De reden hiervoor is dat de batterijen voor trucks meer vermogen nodig hebben en bijgevolg erg zwaar worden. Bovendien hebben zelfs deze zware batterijen een beperkt rijbereik en duurt het ook lang om de batterijen op te laden, wat dan weer een negatief effect heeft op de productiviteit en meer plaats inneemt. Daarom wil Nikola Motor vrachtwagens op de markt brengen die worden aangedreven door elektriciteit die wordt opgewekt door waterstof brandstofcellen. Aangezien er op dit moment nauwelijks waterstof tankstations beschikbaar zijn, is het bedrijf ook van plan om de komende jaren honderden eigen waterstofstations te bouwen die de waterstof ter plaatse kunnen produceren met PEM-elektrolysers. Alsof dat allemaal nog niet indrukwekkend genoeg is, wil het bedrijf de hele waardeketen doorbreken door de aanschaf van de truck, de brandstof en het onderhoud aan te bieden middels een abonnementsformule per gereden kilometer. Het bedrijf verwacht in 2023 van start te kunnen gaan met het leveren van waterstofaangedreven brandstofcelvrachtwagens. Hoewel we dit bedrijf nauwlettend zullen volgen als de spraakmakende posterjongen van de waterstofgemeenschap, zijn we van mening dat dit bedrijf niet bedoeld is voor de angsthazen onder ons.

Overzicht van de belangrijkste waterstofbrandstofbedrijven.