Vloeibare stikstof is gemakkelijker op te slaan en te vervoeren en wordt gepresenteerd als een duurzaam alternatief voor de huidige elektrische aandrijfsystemen. Het is ook in opkomst als een van de meest veelbelovende technologieën voor toekomstige mobiliteit.
Nu elektrische auto’s in opkomst zijn en waterstof nog steeds zijn weg naar de markt zoekt, zou een vrijwel onbekende technologie de toekomst van mobiliteit volledig kunnen veranderen: een motor die geen fossiele brandstoffen of zware batterijen nodig heeft. Hij heeft alleen kou nodig. Heel veel kou.
De brandstof die wordt gebruikt is vloeibaar stikstof en het heeft de uitzonderlijke eigenschap dat wanneer het verandert van een vloeibare naar een gasvormige toestand, het tot 700 keer zijn oorspronkelijke volume uitzet. Die kracht, helemaal schoon, is genoeg om een auto voort te bewegen zonder vervuilende gassen uit te stoten.
Een voorstel dat klinkt alsof het nog vele jaren verwijderd is van realiteit, maar dat in feite al wordt ontwikkeld door bedrijven die gespecialiseerd zijn in schone energie en de aandacht begint te trekken van ingenieurs, investeerders en de auto-industrie.
Vloeibare stikstof, de brandstof die kracht vermenigvuldigt zonder te vervuilen
Tot nu toe werd de weg naar duurzame mobiliteit gedomineerd door twee technologieën: de elektrische auto, met zijn lithiumbatterijen, en waterstof, dat nog steeds worstelt om zijn plaats te vinden vanwege de hoge kosten en logistieke complexiteit.
Beide hebben duidelijke voordelen, maar ook belangrijke beperkingen. Batterijen zijn nog steeds duur, zwaar en hebben een grote impact op het milieu bij hun productie en recycling. Waterstof daarentegen is duur om te verkrijgen, vereist specifieke infrastructuren en zeer strenge veiligheidsvoorwaarden voor transport en opslag.
In het midden van dit scenario is een derde onbekende maar veelbelovende optie opgedoken: motoren die werken op vloeibare stikstof, een energiebron die geen verbranding, chemicaliën of geavanceerde oplaadnetwerken nodig heeft. Het enige wat nodig is, is kou… en lucht.
Stikstof is het meest voorkomende gas in de atmosfeer, omdat het deel uitmaakt van de lucht die je elke seconde inademt. Bij temperaturen lager dan -196 °C wordt het vloeibaar en in deze toestand wordt het een potentiële brandstof voor alternatieve motoren.
De sleutel ligt in het thermische gedrag: wanneer vloeibaar stikstof wordt verwarmd, keert het terug naar zijn gasvormige vorm en zet het explosief uit, waarbij het volume meer dan 700 keer wordt vermenigvuldigd. Deze plotselinge expansie genereert een aanzienlijke druk, die kan worden gebruikt om een zuigersysteem aan te drijven en zo beweging te genereren.
Het meest interessante van alles is dat de enige “uitstoot” van dit proces stikstofgas is, oftewel lucht. Er is geen kooldioxide, geen stikstofoxiden, geen fijnstof, dus uiteindelijk is het een volledig schone bron van mechanische energie.
Hoe deze motor werkt
Het Britse bedrijf Dearman is een van de eersten die een functioneel systeem heeft ontwikkeld op basis van dit natuurkundige principe. De aanpak wijkt af van complexe waterstofcellen of dure lithiumbatterijen en is gebaseerd op een eenvoudig en efficiënt ontwerp: een thermische expansiemotor.
De manier waarop het werkt is ingenieus, omdat vloeibare stikstof in de motor wordt gevoerd en in contact komt met een warmere vloeistof. Deze thermische schok zorgt ervoor dat de stikstof versneld verdampt, waardoor een expansie ontstaat die de zuigers in beweging zet.
Deze beweging wordt omgezet in mechanische energie, die een auto kan aandrijven. In tegenstelling tot andere schone technologieën is er geen risico op chemische explosies, zijn er geen elektrische opladers nodig en is er geen uitstoot van afval. Het is veilig, stil en efficiënt.
Op technisch niveau heeft vloeibare stikstof ook belangrijke voordelen. Om te beginnen maakt het al deel uit van de industrie voor industriële gassen, met een actief productie- en distributienetwerk over de hele wereld. In tegenstelling tot waterstof vereist het geen nieuwe infrastructuur of extreme veiligheidsmaatregelen.
De productie is eenvoudig omdat het wordt verkregen door lucht vloeibaar te maken, een proces dat alleen elektriciteit en atmosferische lucht vereist. Dit maakt het mogelijk om hernieuwbare bronnen te gebruiken en stikstof te produceren op momenten dat er minder energie nodig is, waardoor de ecologische voetafdruk nog kleiner wordt.
Op het gebied van tanken is het systeem verrassend wendbaar, vooral omdat gegevens van de fabrikanten aangeven dat er meer dan 100 liter per minuut kan worden overgeheveld tussen containers, wat conventionele benzine- of dieseltanksystemen evenaart of zelfs overtreft.
Voeg daarbij het feit dat motoren op basis van deze technologie het totale gewicht van de auto verlagen door het wegvallen van accu’s en complexe transmissiesystemen, en het resultaat is een perfecte oplossing voor commerciële wagenparken, stadsvervoer of industriële voertuigen.
Uitdagingen en de toekomst van deze technologie
Zoals elke innovatie kent ook deze technologie uitdagingen, waarvan opslag de belangrijkste is. Om vloeibare stikstof op cryogene temperaturen (lager dan -200°C) te bewaren, zijn gespecialiseerde, goed geïsoleerde en robuuste tanks nodig. Dit verhoogt de initiële kosten en kan massale toepassing op korte termijn beperken, vooral voor privéauto’s.
Bovendien is de technologie nog niet op grote schaal toegepast, hoewel er al prototypes in gebruik zijn. Het ontbreekt aan echte ervaring bij langdurig gebruik, aanpassingen in de regelgeving en verdere investeringen in O&O om de efficiëntie van de systemen te verbeteren.
Toch versnellen de vorderingen op het gebied van thermische isolatie, nieuwe materialen en tankontwerp de ontwikkeling ervan. Bedrijven zoals Dearman hebben deze technologie al met succes getest in reële scenario’s en de druk om levensvatbare alternatieven voor fossiele brandstoffen te vinden neemt toe.
