Maatregelen bij vervoer en transport

Vervoer en transport

Emissieloos vervoer en transport

Maatregelen die zorgen voor emissiereductie van broeikasgassen bij vervoer en transport leiden tot ingrijpende veranderingen in deze sector. Om de broeikasgasemissies te beperken moet de hele infrastructuur van vervoer en transport worden aangepast. Bijvoorbeeld; in plaats van tankstations voor fossiele brandstoffen moeten er laadstations komen voor het laden van batterijen of tankstations om waterstof of biobrandstoffen in te nemen. Hieronder wordt de ontwikkeling geschetst van batterijen voor elektrische auto's, brandstoffencellen die elektriciteit leveren, laadpalen en biobrandstoffen. Al deze elementen spelen een rol in de gang naar emissieloos vervoer en transport. De ontwikkelingen in de verschillende transportmiddelen worden daarna besproken.

Batterijen

De elektriciteit voor het voeden van de elektromotor van een elektrisch voertuig komt meestal uit een batterij. Bij een batterij wordt, tijdens het opladen, elektrische energie in de batterijcel chemisch opgeslagen. Wordt er energie aan de batterij onttrokken dan wordt deze chemische energie weer omgezet in elektrische energie, totdat alle energie verbruikt is. De batterij is dan leeg en moet opnieuw met elektrische energie worden opgeladen. Verschillende typen batterijen zijn geschikt voor opslag van elektriciteit. Het voordeel van een batterij voor voeding van elektromotoren is dat, bij gebruik van het voertuig, geen emissies vrijkomen. Ze dragen ter plaatse niet bij aan de CO₂-emissie en omdat ze ook geen fijnstof en stikstofoxiden uitstoten dragen ze ook niet bij aan de luchtvervuiling door het verkeer. Nadelen van batterijen zijn het relatief hoge gewicht en de beperkte energie-inhoud. Ter vergelijking; benzine levert 46 MJ per kg gewicht, een lithiumbatterij levert maar 3 MJ per kg gewicht. Daarnaast kost het enige tijd voordat een batterij weer is opgeladen.

In elektrische auto's worden vooral lithium batterijen gebruikt, omdat deze een hoge capaciteit bij een relatief laag gewicht hebben. Lithium is vrijwel overal op aarde te vinden: in gesteente, klei en zout water. Ongeveer de helft van de potentiële lithiumreserves liggen in Zuid-Amerika. Daarnaast liggen er onder andere lithiumvoorraden in Amerika, Australië en Europa. De kosten van een lithiumbatterij zijn de laatste jaren aanzienlijk gedaald, was in 1992 de prijs 6035 dollar per kilowattuur, in 2016 was dat gedaald tot 330 dollar. De figuur geeft de daling van de kostprijs van een lithium-ion batterij vanaf 2013 en de verwachting tot 2035 [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Verwacht wordt dat in 2030 de prijs is gedaald tot 77 dollar per kWh. Tegelijkertijd is de energiedichtheid van de batterij gestegen van 213 wattuur per liter in 1991 naar 721 in 2018. Sinds 2015 is het productievolume van batterijen sterkt toegenomen. Verwacht wordt dat het volume in 2030 is verdrievoudigd [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland], [Volkskrant].

Brandstofcellen

Een brandstofcel is net als een batterij een elektrochemische cel. Ook in een brandstofcel wordt chemische energie van een brandstof omgezet in elektriciteit. Bij een brandstofcel wordt de chemische energie echter voortdurend toegevoerd in de vorm van een brandstof. Zolang de toevoer van energie in stand wordt gehouden produceert de brandstofcel elektriciteit. Brandstofcellen hebben niet het nadeel van het hoge gewicht dat batterijen hebben. Bij gebruik in een voertuig hebben ze een relatief laag gewicht. De cel hoeft niet opgeladen te worden. De brandstof kan worden getankt aan de pomp net zoals dat nu gebeurt voor benzine, diesel of LPG. Als er waterstof wordt getankt dan gebeurt dat bij een hogere druk dan gebruikelijk bij LPG. Eind 2022 waren er 18 operationele en openbare waterstoftankstations in Nederland aanwezig, waarvan er 16 geschikt zijn voor de personenauto. Bij gebruik van waterstof als brandstof bestaat de emissie uit water. Als er voor de brandstofcel andere brandstoffen dan waterstof worden gebruikt dan bestaat de emissie voornamelijk uit CO₂, de andere emissies zijn laag. De Europese Unie streeft naar meer tankstations, waar vrachtwagens waterstof kunnen tanken. In 2031 moet er om de 200 km een waterstof tankstation staan [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland], [Volkskrant].

Laadpalen

Overal in Nederland staan tegenwoordig laadpalen waar elektrische auto's kunnen worden opgeladen. Het aantal laadstations voor elektrische auto's wordt voortdurend uitgebreid. In 2023 waren er meer dan 500.000 laadpalen in Nederland. Het overgrote deel zijn privé laadpunten aan huis, ongeveer 380.000. De rest van de laadpalen bevindt zich bij kantoren, bedrijventerreinen, supermarkten en langs de snelwegen. De Europese Unie streeft naar het plaatsen van een elektrisch laadstation langs de weg op iedere 60 km, waarmee elektrische auto's, bussen en vrachtwagens kunnen worden opgeladen. Een nieuwe stap is gezet met het plaatsen van de eerste 'slimme' laadpalen die ook elektriciteit aan het net kunnen terug leveren als de elektriciteitsvraag hoog is. De batterijen in elektrische auto's worden dan een middel om een overvloed aan elektriciteit, uit wind- en zonne-energie, op te slaan in batterijen en die, op moment van een tekort aan elektriciteit, weer terug te leveren aan het elektriciteitsnet. Elektrische auto's kunnen op deze manier bijdragen aan het in balans te houden van het elektriciteitsnet [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland], [Volkskrant].

Biobrandstoffen

Een andere manier om de uitstoot van personenwagens en vrachtauto's klimaatneutraal te maken is het gebruiken van biobrandstoffen als brandstof voor de verbrandingsmotor. Daarbij wordt wel kooldioxide uitgestoten. Deze kooldioxide wordt echter door nieuwe aanplant weer vastgelegd in de gewassen die als basis dienen voor de biobrandstoffen. Het gebruik van biobrandstoffen biedt nog een aantal andere milieuvoordelen. Bij het gebruik van biodiesel in voertuigen is de verbranding beter. Dit leidt tot een lagere uitstoot van roet, koolwaterstoffen, koolmonoxide en aromaten. Biodiesel bevat bijna geen zwavel, de zwaveluitstoot is dan ook heel gering. In 2018 werd ongeveer 23 PJ aan biobrandstoffen, biobenzine en biodiesel, bijgemengd in de brandstoffen voor het wegverkeer. Het bedrijf Renewi produceert bio-lng uit supermarkt-afval als brandstof voor vrachtwagens. Jaarlijks wordt ongeveer 3.400 ton bio-lng geproduceerd [CBS Statline], [Volkskrant.

Voor de luchtvaart wordt duurzame kerosine ontwikkeld, speciaal voor het gebruik in vliegtuigen. Batterijen zijn in de luchtvaart nauwelijks een optie voor grote vliegtuigen omdat de energiedichtheid te laag is en de batterijen te zwaar [Volkskrant.

Personenauto's

Personenauto's in Nederland

Het rendement van de huidige verbrandingsmotor in personenauto's is laag; 15 tot 25 procent. Andere nadelen van verbrandingsmotoren zijn de schadelijke emissies van fijnstof en stikstofoxides. In 2018 reden er, inclusief de buitenlandse auto's op Nederlands grondgebied, 9,4 miljoen personenauto's in Nederland. Gezamenlijk reden deze auto's 110 miljard kilometer, dat is ongeveer 13 duizend kilometer per auto per jaar [CBS Statline].

In 2018 was de specifieke emissie van personenauto's 177 gram CO₂ per kilometer. Volgens een Europese norm mogen nieuwe auto's vanaf 2021 niet meer dan 95 gram CO₂ per kilometer uitstoten. De norm geldt, voor elke autofabrikant, als een gemiddelde over alle nieuw geproduceerde auto's van hun merk. Verbrandingsmotoren voldoen meestal niet aan deze norm. Daarom ontwikkelen autofabrikanten in toenemende mate elektrische en hybride auto's om de gemiddelde uitstoot van hun nieuwe auto's omlaag te brengen. In 2020 kwam de gemiddelde CO₂-uitstoot van nieuwe brandstof auto's uit op ongeveer 108 g/km, met elektrische auto's komt dat uit op 86 g/km, daarmee werd voldaan aan de Europese norm. Een andere drijfveer voor autofabrikanten om elektrische auto's te ontwikkelen is het voornemen van de Europese Unie om auto's en busjes op benzine en diesel vanaf 2035 verbieden. Ook in de Amerikaanse staat Californië moeten alle nieuwe auto's, die vanaf 2035 worden verkocht, emissie vrij zijn. Verbrandingsmotoren blijven wel toegestaan voor auto's die op de zogenaamde e-fuels rijden. E-fuel is een afkorting voor elektro-fuel, dit is een synthetische brandstof die wordt geproduceerd met hernieuwbare energie. Een doel van de Nederlandse overheid is dat in 2030 alle nieuw verkochte auto's emissievrij zijn. Ofwel er mogen dan geen personenauto's met een fossiele brandstofmotor worden verkocht en er mogen dan uitsluitend elektrische stekkerauto's op de markt komen. Een aantal landen werkt aan een verbod op de aankoop van brandstofauto's, in te gaan vanaf 2025. De oliemaatschappijen verwachten dat de vraag naar benzine en diesel de komende jaren zal afnemen door de groei van de elektrische auto. Onderstaande figuur geeft de ontwikkeling van het aantal personenauto's in Nederland en de verdeling naar brandstof van de auto's [Volkskrant], [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Het aantal personenauto's in Nederland neemt elk jaar toe. De figuur geeft het aantal Nederlandse auto's, niet de buitenlandse auto's die in Nederland rondrijden. Het merendeel van de auto's zijn benzineauto's, het aantal dieselauto's neemt de laatste jaren af. Het aantal elektrische auto's (BEV, PHEV en FCEV) stijgt daarentegen [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Elektrische personenauto's

De strengere eisen op de uitstoot van auto's en het toekomstige verbod op de verkoop van auto's met verbrandingsmotoren leidt tot een omschakeling bij autofabrikanten. Het Duitse autoconcern Volkswagen gaat meer dan 120 miljard euro investeren in elektrificatie. Het wil dat, halverwege dit decennium, één op de vijf nieuwe auto's een elektrische auto is, rond 2030 moet de helft van alle geproduceerde auto's volledig elektrisch zijn. Het Japanse autoconcern Mitsubishi wil vanaf 2035 alleen maar auto's verkopen die elektrisch aangedreven zijn. Er wordt geïnvesteerd in productiecapaciteit van batterijen voor elektrische auto's [Volkskrant].

Elektrische auto's kunnen worden aangedreven via batterijen of brandstofcellen. De werking van zowel de batterij als de brandstofcel berust op elektrochemische processen. De meeste elektrische auto's zijn uitgerust met batterijen, enkele honderden auto's hebben een brandstofcel en lopen op waterstof. Het rendement van een elektromotor in een personenauto is veel hoger dan van een verbrandingsmotor en minimaal 50 procent. Dat is minstens twee keer zo hoog als het rendement van een auto met een zeer efficiënte verbrandingsmotor. De 72.000 volledig elektrische auto's die in 2020 nieuw zijn aangekocht in Nederland, zullen komende 10 jaar naar schatting 2,2 Mton CO₂-reductie bewerkstelligen [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland]

Er zijn verschillende typen elektrische auto's met batterijen; volledig elektrische auto's met alleen een elektromotor (BEV: Batterij Elektrisch Voertuig) en hybrides. Hybrides hebben zowel een elektromotor als een verbrandingsmotor. Een plug-in hybride (PHEV: Plug-in Hybride Elektrisch Voertuig) is een hybride waarbij de batterij ook via het elektriciteitsnet kan worden opgeladen. Bij een hybride (HEV: Hybride Elektrisch Voertuig) wordt de batterij alleen via de verbrandingsmotor opgeladen. Dan zijn er nog auto die worden aangedreven met waterstof via een brandstofcel (FCEV: fuel cell electrisch voertuig). Een nieuw type elektrische personenwagen met zonnepanelen op het dak, de Lightyear, komt niet in productie. Onder gunstige omstandigheden had de auto, met een batterijcapaciteit van 61 kWh, een bereik van 1000 km, dankzij de zonnepanelen [Volkskrant].

De verkoop van elektrische auto's neemt snel toe, zoals ook uit bovenstaande figuur blijkt. In 2019 werden er voor het eerst meer elektrische auto's (BEV en PHEV) verkocht dan diesels en in 2022 meer elektrische auto's dan benzineauto's. Reden er in 2014 nog 130 duizend elektrische auto's (BEV en PHEV) rond, eind 2022 was dat aantal meer dan verviervoudigd tot 511 duizend. In 2021 was, van de nieuw verkochte auto's, een kwart elektrisch en was elektrisch rijden voor het eerst goedkoper dan rijden op benzine. Vooral de volledig elektrische auto's (BEV) nemen de laatste jaren sterk in aantal toe. Eind 2022 reden er meer dan 324 duizend volledig elektrische auto's (BEV) rond, tegen 187 duizend plug-in hybrides (PHEV). Dat is respectievelijk bijna 4% en meer dan 2% van het Nederlandse wagenpark. De stijging in de verkoop van elektrische auto's komt vooral omdat het bereik van een elektrische auto, op een acculading, is toegenomen tot meer dan 400 kilometer. Ten opzichte van vijf jaar geleden is de verkoop van volledig elektrische auto's bijna vertienvoudigd. Er wordt verwacht dat een elektrische auto minder snel zijn waarde verliest dan een vergelijkbare benzine- of dieselauto, vooral omdat de levensduur van de batterijen vrij groot blijkt te zijn, misschien zelfs wel tot 20 jaar [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Elektrische auto's zijn nu nog duurder dan auto's met een brandstofmotor. Verwacht wordt dat de komende jaren de elektrische auto, de brandstofauto steeds meer zal gaan vervangen De verwachting is dat prijzen voor de elektrische auto zullen dalen door dalende batterijprijzen, dalende productiekosten, dalende ontwikkelkosten door schaalvoordelen, toenemende concurrentie en door druk van de Europese Unie. Daarentegen moeten brandstofauto's aan steeds strengere emissie-eisen voldoen en nemen de schaalvoordelen daar af, waardoor de prijzen van brandstofauto's kunnen gaan stijgen [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland], [Volkskrant].

Energieverbruik van personenauto's

In 2018 reden personenauto's 110 miljard kilometer; daarbij verbruikten ze 262 PJ aan fossiele energie (benzine, diesel en LPG). Het gemiddelde specifieke brandstofverbruik van personenauto's met verbrandingsmotor komt daarmee op 2,4 miljoen Joule per kilometer. De totale CO₂ emissie van de personenauto's was 19 miljoen ton. De gemiddelde specifieke emissie van personenauto's komt daarmee op 173 gram CO₂ per kilometer. De benzine, de dieselolie en het LPG, waarmee auto's met verbrandingsmotor worden aangedreven, worden in raffinaderijen geproduceerd. Uitgaande van een hoog raffinaderijrendement van 98%, met een bijhorende jaarlijkse CO₂ emissie van 0,4 Mton, komt het specifieke verbruik van personenauto's met verbrandingsmotor dan in totaal neer op 2,4 MJ per kilometer, met een specifieke emissie van 177 gram CO₂ per kilometer [CBS Statline].

Het gemiddelde verbruik van een elektrische auto ligt tussen de 12 en 20 kWh elektriciteit per 100 kilometer. Voor het bepalen van het energieverbruik van een elektrische auto wordt uitgegaan van een verbruik van 20 kWh per 100 kilometer, ofwel 0,72 MJ aan elektriciteit per km. Dat is veel minder energie dan de 2,4 MJ per km van de gemiddelde personenauto met een verbrandingsmotor. De energie voor het opwekken van de elektriciteit is hier nog niet in meegerekend. Deze energie wordt in het volgende bepaald.

Zouden de elektrische auto's in 2018 dezelfde afstand afleggen als de personenauto's met verbrandingsmotor, 110 miljard km, dan verbruiken de elektrische auto's 80 PJ aan elektriciteit. Met deze energie wordt de batterij, via een elektrische lader, vanuit het elektriciteitsnet, met een rendement van 85% opgeladen. De elektrische energie wordt vanuit een centrale via het elektriciteitsnet aan de lader toegevoerd. Met de energieverliezen in het elektriciteitsnet van 4,5% betekent dat een te genereren hoeveelheid elektriciteit van 98 PJ.

In 2018 verstookten de elektriciteitscentrales 698 PJ aan energie voor het opwekken van elektriciteit, hiervan bestond 72 PJ uit hernieuwbare energie (biomassa en biogeen afval). Daarnaast werd 52 PJ aan elektriciteit opgewekt uit andere hernieuwbare bronnen, voornamelijk via windturbines en zonnepanelen. In totaal werd door al deze opwekkers 411 PJ ofwel 114.103 GWh aan elektriciteit opgewekt. Dit geeft een brandstoffactor voor het opwekken van elektriciteit van 6,1 MJ/kWh, ofwel voor elke kWh aan elektriciteit is 6,1 MJ aan brandstof nodig. Voor het opwekken van elektriciteit wordt, bij verbranding van fossiele brandstoffen en van een deel van de overige brandstoffen, CO₂ uitgestoten. De totale CO₂ uitstoot van de elektriciteitsopwekking bedroeg 45 Mton voor het jaar 2018. Dit betekent een emissiefactor van 390 gCO₂/kWh, ofwel voor elke kWh aan opgewekte elektriciteit wordt 390 gram CO2 uitgestoten.

In onderstaande tabel wordt het energieverbruik en de CO₂-emissie van auto's met een verbrandingsmotor vergeleken met het energieverbruik en de emissie van elektrische auto's. Het energieverbruik en de emissie van elektrische auto's is bepaald via de hierboven genoemde brandstof- en emissiefactoren.

Het resultaat is dat een elektrische personenauto, ten opzichte van een personenauto met verbrandingsmotor, gemiddeld ongeveer een derde minder energie verbruikt. De uitstoot van CO₂ wordt met bijna de helft gereduceerd. Rijden in een elektrische auto geeft een behoorlijke energiebesparing en een aanzienlijke reductie van de CO₂ emissie ten opzichte van het rijden in een personenauto met een verbrandingsmotor. Dit wordt nog gunstiger naarmate er meer hernieuwbare elektriciteit wordt opgewekt. Bovenstaande besparingscijfers zijn gebaseerd op cijfers van 2018. In 2018 werd in totaal 67 PJ aan elektriciteit opgewekt uit hernieuwbare bronnen, in 2020 is dat inmiddels gestegen tot 116 PJ, de emissiereductie van elektrische auto's wordt daarmee groter. In 2030 is naar verwachting de uitstoot voor een kilowattuur nog maar 100 gram CO₂, de uitstoot per kilometer komt dan neer op ongeveer 20 gram CO₂.

Elektrische auto's zijn beter voor het klimaat dan benzine- of dieselauto's. Gedurende zijn levensduur stoot een elektrische auto 50 tot 60% minder CO₂ uit dan auto's met verbrandingsmotoren. Dat percentage kan oplopen tot 85% als ze volledig op groene stroom rijden. Ze kunnen zelfs 100% minder uitstoten als ook de productie van auto's volledig duurzaam is [Volkskrant].

Vrachtwagens, bussen, kampeerauto's en zware dieselvoertuigen

Het vrachtvervoer in Europa gebeurt voor bijna driekwart met trucks. Het wegtransport is een van de speerpunten als het gaat om verduurzaming. Zwaar transport veroorzaakt meer dan een kwart van de uitstoot van broeikasgassen van het wegvervoer. Bijna al het vervoer gaat nog met dieseltrucks, in heel Europa zijn rijden nog maar ongeveer 2500 elektrische trucks rond. Op een volle tank voor 500 liter diesel kan een diesel truck bijna 2000 km rijden, een gemiddelde elektrische vrachtwagen met 540 kWh accucapaciteit haalt ongeveer 350 km.

De Europese commissie wil dat nieuwe vrachtwagens en bussen in 2040 90% minder CO₂ uitstoten. Nieuwe stadsbussen moeten al vanaf 2030 schoon zijn en dus rijden op waterstof of elektriciteit. Nieuwe zware vrachtwagens en touringcars moeten, vergeleken met 2019, in 2030 45% minder CO₂ uitstoten, in 2035 65% en in 2040 90%. Vanaf 2025 geldt ook de regel dat 2 procent van alle vrachtwagens, die de fabriek verlaten, emissievrij moet zijn. Deze regel dwingt fabrikanten om emissie-vrije aandrijflijnen te ontwikkelen. Voor regionaal transport zijn elektrische motoren gevoed door batterijen een goede optie; voor langere afstanden zijn dat vrachtauto's met een brandstofcel, gevoed door waterstof. Een elektrisch aandrijving voor zwaar vervoer komt langzaam in ontwikkeling [Volkskrant]

Tien landen hebben zich, tijdens de klimaattop in Egypte, aangesloten bij een Nederlands initiatief om vanaf 2040 alle nieuwe trucks en bussen emissie vrij te maken. Onder andere de Verenigde Staten, België en Ierland sloten zich bij het initiatief aan. Over de hele levensduur gerekend is een elektrische vrachtwagen nu al bijna goedkoper dan een dieselvrachtwagen omdat er minder onderhoud nodig is en de brandstofkosten voor elektriciteit, per afgelegde kilometer, lager zijn [Volkskrant].

Voor het openbaar vervoer met bussen heeft de regering 40 miljoen uitgetrokken als subsidie voor emissievrije bussen. Elektrische bussen zijn in bedrijf veel goedkoper, maar de aanschafprijs is veel hoger. De subsidie moet openbaarvervoerbedrijven overhalen om te investeren in emissievrije bussen. In 2021 is een op de vier bussen emissievrij, vanaf 2025 moeten alle nieuwe bussen emissievrij worden geleverd. In 2030 moet het complete openbare busvervoer emissievrij zijn. In Nederland leveren onder ander de busfabrikanten Ebusco en VDL elektrische bussen [Volkskrant].

Scheepvaart

Volgens Europese afspraken moeten binnenvaartschepen in 2050 op groene brandstof varen. In Nederland zijn er verschillende ontwikkelingen op gebied van elektrisch vervoer over water. Er zijn elektrische binnenvaartschepen ontwikkeld voorzien van containers gevuld met batterijen. Als de batterij leeg is kan deze worden vervangen door een container met volle batterijen. Er is ook een binnenvaartschip ontwikkeld wat vaart op waterstof. Een Nederlands biobrandstofbedrijf bouwt een demonstratiefabriek die duurzame scheepsbrandstof gaat produceren op basis van lignine uit biomassa [Volkskrant].

Luchtvaart

Alle grote vliegtuigbouwers werken aan toestellen die geen of minder CO₂ uitstoten. Hoognodig want de luchtvaart is nu verantwoordelijk voor ruim 3% van de wereldwijde uitstoot. In de luchtvaart zijn batterijen voor grote vliegtuigen nauwelijks een optie omdat de energiedichtheid te laag is; de batterijen zijn te zwaar. De enige optie is om passagiersvliegtuigen te laten vliegen op hernieuwbare brandstof met een hoge energiedichtheid. De Europese Unie en de Nederlandse regering verlangen van de luchtvaartmaatschappijen dat in 2030 6% duurzame kerosine wordt bijgemengd. Kleine vliegtuigen voor korte afstanden zijn wel geschikt voor elektrisch vliegen. Een aantal kleine elektrische vliegtuigen zijn in gebruik voor personenvervoer over korte afstanden [National Geographic], [Volkskrant].