- Sluitstuk
- 5 min
- 30/06/2026
Sluitstuk | Sleutelen aan het hart van de waterstoftruck
TU/e-onderzoeker bouwt aan efficiëntere brandstofcel voor schoner vrachtverkeer
De eerste waterstofvrachtwagens rijden sinds dit voorjaar over de Nederlandse snelwegen. TU/e-onderzoeker Rens Horst ontwikkelde nieuwe materialen die de brandstofcel – het hart van zo'n truck – efficiënter, goedkoper en duurzamer maken. Op dinsdag 30 juni verdedigt hij zijn proefschrift aan de faculteit Chemical Engineering & Chemistry.
Met moeilijke-woorden-galgje mag promovendus Rens Horst niet meer meedoen, lacht hij. De afgelopen vier jaar – en eigenlijk daarvoor tijdens zijn studie in Enschede ook al – werkte Horst op de TU/e aan het optimaliseren van protonenuitwisselingsmembraanbrandstofcellen.
Met een plof zet hij een ‘technische baksteen’ op de tafel voor ons. Deze brandstofcelstack, een verzameling aan elkaar gekoppelde protonenuitwisselingsmembraanbrandstofcellen, kreeg hij een paar jaar geleden mee naar huis op de reünie van Green Team Twente. In dit studententeam ontwikkelde Horst tijdens zijn studie als hydrogen system engineer brandstofcellen voor hun waterstofauto en ontstond zijn liefde voor “professioneel knutselen”.
Minder gewicht, meer vracht
Voor personenvervoer ligt de batterij-elektrische auto ondertussen ver voor op de waterstofauto, maar voor vrachtwagentransport bieden brandstofcellen een veelbelovende optie om duurzamer de weg op te gaan.
Horst pakt zijn stack er weer bij. “In zo’n brandstofcel – PEMFC in het Engels – reageert waterstof met zuurstof uit de lucht. Daarbij ontstaat elektriciteit, die een elektromotor kan aandrijven. In een elektrische auto gebeurt dat met een opgeladen batterij, met stroom uit het elektriciteitsnet.”
Om een vrachtwagen elektrisch te laten rijden, heb je een flink gewicht aan batterijen nodig, legt Horst uit. En dat betekent niet alleen minder vracht, maar ook een enorme belasting voor het stroomnet tijdens het opladen.
“Dankzij groene waterstof – gemaakt uit groene stroom via elektrolyse – kunnen we het proces in zijn geheel loskoppelen van het stroomnet. Waterstof kunnen we makkelijk opslaan in bijvoorbeeld tanks, maar er zijn momenteel ook veel ontwikkelingen gaande rondom ondergrondse opslag.”
Het vullen van een vrachtwagen met waterstof gaat relatief snel, maar het grootste voordeel van waterstof boven een batterij is volgens Horst toch wel de hoge energiedichtheid.
“Per kilo zit er in waterstof veel meer energie opgeslagen dan in een batterijpakket. En minder gewicht betekent meer vracht.”
Limiterende factor
Hoewel dit voorjaar in Nederland de eerste waterstofvrachtwagens de weg zijn opgegaan, valt er nog veel te verbeteren aan deze nieuwe technologie. De ontwikkelingen gaan razendsnel, benadrukt Horst. Mede dankzij zijn succesvolle promotieonderzoek, zijn de nieuwste PEMFC's op meerdere punten aanzienlijk efficiënter en binnenkort ook groener.
Op tafel ligt naast de ‘technische baksteen’ ook een opengewerkte PEMFC. Horst laat zien dat een brandstofcel is opgebouwd uit een aantal lagen.
Een zogenaamde bipolaire plaat brengt waterstof de cel in en verdeelt die via een laag met minuscule kanaaltjes evenredig over de katalysatorlaag. Daar vindt de daadwerkelijke reactie plaats, waarbij waterstof uiteen valt in protonen en elektronen.
Een polymeermembraan fungeert in het midden als elektrolyt en kan de gevormde protonen doorlaten naar de ‘zuurstofkant’ van de cel. De elektronen worden tegengehouden en moeten naar de ‘zuurstofkant’ via een extern circuit, waardoor de reactie stroom kan opleveren. Aan deze zijde reageren protonen in de katalysatorlaag met elektronen en zuurstof en vormen water.
Vooral de ‘zuurstofkant’ geldt als de limiterende factor, legt Horst uit. “De reactie verloopt hier moeizamer, waardoor het verlies relatief groot is. Door het ontwikkelen van nieuwe materialen en het verbeteren van materiaalstructuren, hebben we verschillende lagen veel efficiënter kunnen maken, waardoor de PEMFC in z’n geheel ook beter functioneert.”
Minder PFAS, meer efficiëntie
En dus ging Horst aan de slag om een gasverdeellaag met nieuwe materialen te ontwikkelen. De huidige laag bevat koolstofdeeltjes gekoppeld aan PFAS-bolletjes – een zogenoemd ionomeer – om het ontstane water snel af te kunnen voeren zodat de zuurstofflow optimaal blijft.
“Door een waterafstotende coating voor de koolstofdeeltjes te maken, kunnen we de PFAS-ionomer nu vervangen. Een positieve ontwikkeling, want in een PEMFC worden vrij veel PFAS-materialen gebruikt. Binnen ons lab zijn meerdere onderzoekers bezig om PFAS-vrije alternatieven te ontwikkelen.”
Het nieuwe materiaal maakt de brandstofcel niet alleen duurzamer, maar verbetert ook de prestaties ervan. Met de nieuwe productieprotocollen van Horst kan het oppervlak van de koolstofdeeltjes nu aangepast worden, zodat een efficiëntere laag ontstaat.
Professioneel knutselen
We lopen naar het lab, waar twee indrukwekkende testopstellingen staan. Die heeft Horst zelf from scratch gebouwd – anderhalf jaar werk – om het functioneren van nieuwe materialen te kunnen meten. “Ik weet precies hoe alles in elkaar zit, tot elk afzonderlijk schroefje aan toe.”
In het apparaat past een mini-versie van een PEMFC, wijst hij, van zo’n 5 vierkante centimeter. De nieuwste opstelling oogt professioneler en is volledig geautomatiseerd om gestandaardiseerde protocollen te draaien.
“We kunnen nu direct testen of een aanpassing werkt. Zo hebben we een nieuw materiaal voor de basis van de gasverdeellaag ontwikkeld, met verschillende poriegroottes voor gas en water. Met een laser kunnen we die laag heel gecontroleerd aanpassen voor nog betere resultaten.”
Opschalen
Uit een eerste techno-economische analyse blijkt deze nieuwe basislaag ook goedkoper dan de conventionele materialen. Er zijn twee patenten uit zijn onderzoek voortgekomen, en een postdoc is druk bezig met het opzetten van een start-up, vertelt Horst.
“Het Duitse EKPO Fuel Cell Technologies, gespecialiseerd in het ontwikkelen en grootschalig produceren van PEM-brandstofcelstacks, is ook heel enthousiast. Onze laag heeft volgens hen de ideale mechanische eigenschappen.”
“We willen daar nu in een samenwerking op grotere schaal gaan doormeten. En samen met werktuigbouwkundigen kijken we naar industriële obstakels. Heel mooi hoe we een stuk fundamenteel onderzoek meteen in de praktijk kunnen brengen.”
PhD in the picture
Wat zien we op je proefschriftkaft?
“We ontwikkelden een nieuwe gasverdeellaag, op de foto zie je een brandstofcel waarvan we met een laser de bovenkant hebben verwijderd. Je kijkt zo via de grootste porie naar binnen, heel gaaf. Het beeld past precies bij mijn titel.”
Je bent op een verjaardagsfeestje. Hoe leg je in één zin uit wat je onderzoekt?
“Ik ben bezig met duurzaam vrachtverkeer en ontwikkel een indirecte verbrandingsmotor op waterstof die elektriciteit produceert. De meeste mensen hebben tegenwoordig wel van waterstofauto’s gehoord en zo’n gesprekje leidt vaak tot discussies over elektrisch rijden en openbaar vervoer. Dankzij een footprint-vragenlijst weet ik hoeveel verschil je kunt maken door je auto met verbrandingsmotor te laten staan. Omdat een elektrische auto voor mij te duur is, pak ik daarom zoveel mogelijk de trein. De politiek zou zulke keuzes moeten stimuleren door het OV goedkoper te maken.”
Hoe blaas je naast je onderzoek stoom af?
“Als hobbynerd vind ik het heel leuk om dingen te maken. Een beetje solderen, programmeren en de elektrotechneut uithangen. Eigenlijk is mijn hobby nu mijn werk geworden. Om daar dan weer van te ontspannen ben ik een mooiweersporter. Ik heb net de halve marathon van Zwolle gelopen, als voorproefje voor die van Eindhoven. We lopen geregeld in de pauze een rondje met een clubje hardlopende collega’s, fijn dat de campusomgeving lekker groen is.”
Welke tip had je als beginnende PhD-kandidaat willen krijgen?
“Laat je leiden door nieuwsgierigheid, en start breed, met allerlei zijprojectjes. Ik voel me thuis in de academische wereld, met alle vrijheid die je als jonge onderzoeker hebt. Uiteindelijk kun je alles door een trechter duwen, en focussen op wat werkt.”
Wat is je volgende hoofdstuk?
“Ik ben heel blij dat ik dankzij een Vidi-subsidie van mijn begeleider Antoni Forner-Cuenca de komende twee jaar als postdoc in de groep kan blijven, net nu mijn onderzoek zijn vruchten gaat afwerpen. Een hele fijne, innovatieve omgeving met state-of-the-art expertise. Het blijft vreemd dat er zo’n nadruk op buitenlandervaring ligt om je academische carrière te kunnen vervolgen, terwijl we om de hoek zulk toponderzoek doen.”
Discussie