Waterstof is de brandstof van de toekomst. Binnen onafzienbare tijd tanken we geen benzine meer, maar waterstof. We zijn dan in n klap verlost van schadelijke uitlaatgassen, het broeikaseffect en van de onzekerheid van olietoevoer.
Meer dan een eeuw lang gebruiken we nu zogenaamde 'fossiele' brandstoffen (bijvoorbeeld benzine en diesel). Deze brandstoffen werden in een tijdsspanne van miljoenen jaren gevormd uit de resten van fauna en flora, prehistorische of 'fossiele' biomassa dus.
De voorbije eeuw werd een groot deel (volgens recente schattingen ongeveer de helft) van deze voorraden verbrand om te voorzien in elektriciteit, warmte, transport, enzovoort. Ondertussen is duidelijk geworden dat de vooruitgang die hierdoor mogelijk was niet langer opweegt tegen de nadelen.
Fossiele brandstoffen bestaan hoofdzakelijk uit koolstof zodat bij hun verbranding koolstofdioxide (CO2) geproduceerd wordt. Dit gas is de hoofdverantwoordelijke voor de opwarming van de aarde, het zogenaamde broeikaseffect. De Europese Unie is n van de partijen die het Kyoto Protocol hebben ondertekend.
Derhalve heeft de Europese Unie er zich toe verbonden om tegen de periode 2008-2012 de koolstofdioxide-uitstoot terug te brengen tot onder het niveau van 1990. Dit kan enerzijds door het rendement van de huidige energiegebruikers te verbeteren, en anderzijds door het promoten van alternatieven voor koolstofhoudende energiebronnen.
Naast koolstofdioxide worden ook uitlaatgassen gevormd, die schadelijk zijn voor de gezondheid en het milieu, zoals kankerverwekkende onverbrande koolwaterstoffen, en stikstofoxides die de vorming van zure regen, smog en ozon (denk aan het ozonalarm op warme zomerdagen) bevorderen. De indirecte kost aan de maatschappij (gezondheidszorg) is moeilijk te schatten, maar wellicht aanzienlijk.
Verder maakten de gebeurtenissen in 2003 opnieuw duidelijk dat de voorraden aan fossiele brandstoffen beperkt zijn, en geografisch geconcentreerd met de grootste voorraden in politiek labiele streken.
Waterstof is een zeer aantrekkelijke kandidaat als alternatieve energiedrager. De verbranding ervan is mogelijk met nagenoeg nul emissie (in het beste geval wordt er enkel waterdamp gevormd), er wordt geen koolstofdioxide gevormd en het kan onbeperkt en milieuvriendelijk aangemaakt worden. En van de mogelijkheden om waterstof te benutten als energiedrager voor transportdoeleinden, is het gebruik ervan in verbrandingsmotoren. Het is relatief gemakkelijk en goedkoop om het huidige benzinewagenpark om te bouwen tot waterstofauto's, wat een eerste stap in de richting van een waterstofeconomie kan zijn.
Aan de Universiteit Gent wordt al jaren onderzoek gedaan op waterstofmotoren. De vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding heeft ondertussen meer dan een decennium ervaring met experimenteel onderzoek op waterstofmotoren. Dit leidde onder meer tot de demonstratie van een waterstof-stadsbus. Ondertussen staat de kennis en de technologie zo ver dat de ombouw van een motor naar waterstof geen problemen meer stelt.
Het experimentele werk is echter tijdrovend en duur. Een alternatief is het simuleren van de werking van een waterstofmotor met behulp van een computer. Simulaties zijn relatief goedkoop (de kost van een krachtige PC) en kunnen veel sneller tot resultaten leiden. Aan de vakgroep is momenteel een simulatieprogramma in ontwikkeling voor waterstofmotoren. Dit moet toelaten om motoren op waterstof op punt te stellen zonder de noodzaak van lange en dure metingen op een motorproefstand. Het programma wordt dus een hulpmiddel om de ombouw van motoren te versnellen en om de ontwikkeling van nieuwe motoren te ondersteunen.
De ontwikkeling van het programma - ondertussen in de eindfase - houdt voornamelijk het modelleren in van de turbulente verbranding van waterstof in een motor. Er is op dit gebied samenwerking met de universiteiten van Eindhoven en Leeds. Modellen voor de verbranding van bijvoorbeeld benzine bestaan al langer, maar zijn niet bruikbaar voor waterstof omwille van de sterk verschillende eigenschappen. De voornaamste uitdagingen zijn de grote verbrandingssnelheid van waterstof en de heel ruime ontstekingsgrenzen (de grenzen in de verhouding tussen lucht en waterstof waarbinnen de motor kan werken).
Naast het modelleringswerk worden ook de proefstanden verder ontwikkeld om de motoren voortdurend te verfijnen, en om een uitgebreide set metingen te voorzien om het simulatieprogramma te kunnen beoordelen op nauwkeurigheid. Eenmaal het programma op punt staat, kunnen die simulatieresultaten gebruikt worden om de motoren te optimaliseren. Experiment en simulatie gaan op die manier hand in hand.
Info
Ir Sebastian Verhelst & Prof. dr. ir. Roger Sierens
Vakgroep Mechanica van Stroming, Warmte en Verbranding
Sint-Pietersnieuwstraat 41
9000 Gent
tel. resp. 09 264 33 06 & 09 264 33 07
Sebastian.Verhelst@UGent.be
Roger.Sierens@UGent.be
Sophie Dewaele
Persattach UGent
Sint-Pietersnieuwstraat 25
9000 Gent
tel. 09 264 30 66
fax 09 264 35 85
Sophie.Dewaele@UGent.be
Bron : Persberichten Universiteit Gent