Omdat voertuigen met hybride aandrijving zuiniger met brandstof zijn dan voertuigen zonder hybride aandrijving.

Waarom zijn hybride auto’s zuiniger?^

Het valt me op dat je maar heel zelden een kloppende uitleg leest over auto’s met hybride aandrijving, zelfs in de serieuze autobladen. Ik wil er wat zinnigs over zeggen en kan dat ook, want mijn kennis van hybride is uit de eerste hand. In de eerste helft van dit decennium was ik bij TNO leider van een project waarin we een VW NewBeetle hebben omgebouwd naar hybride aandrijving. Deze auto, genaamd Hybrid Carlab, heeft een elektromotor, een accupakket en een driecilinder dieselmotor achterin, waar die hoort bij een Kever. Ik heb met die auto aardig wat kilometers over de Nederlandse wegen gereden. Als je ooit eens om aandacht verlegen zit: stop met zo’n knalgele Beetle met motorgeluid onder de achterklep bij een benzinestation en de witte busjes stromen leeg!

Wat is een hybride auto eigenlijk?^

Het belangrijkste kenmerk van een hybride auto is dat er behalve de brandstoftank nog een energiebuffer aan boord is waarin je tijdens het rijden tijdelijk energie kunt opslaan. Zo’n buffer kan bijvoorbeeld een vliegwiel zijn of een persluchtcilinder. Maar de hybride auto’s die nu op de markt zijn en binnenkort nog komen, zijn allemaal elektrisch hybriden met elektromotor(en) en een accu als buffer.
Besef dat een elektromotor en een generator (of dynamo) precies dezelfde componenten zijn. Officieel heten ze elektrische machines omdat er geen verschil is. Een elektromotor kun je als generator gebruiken om af te remmen. Een generator kun je als motor gebruiken, bijvoorbeeld om de benzinemotor te starten.

Een Honda Civic IMA heeft één elektromotor die soms als motor werkt en soms als generator. Een Toyota Prius heeft er twee waarvan de ene meestal als motor werkt en de ander meestal als generator. De Lexus RX 400h heeft hetzelfde systeem als de Prius met een extra elektromotor voor de achteras, drie dus in totaal.

Hybride auto’s zijn zuinig omdat ze drie dingen kunnen die gewone auto’s niet kunnen:
1. Motor af bij stilstand;
2. Regeneratief remmen;
3. Slechte motorwerkpunten vermijden.

Motor af bij stilstand^

Het is natuurlijk een groot nadeel van benzinemotoren dat ze moeten blijven draaien als je stilstaat. De benzine die dan verbruikt wordt is weggegooid. En auto’s staan in de stad en in de file een niet verwaarloosbaar deel van de tijd stil. Vandaar dat je al een aardige slag slaat als je de motor uitzet op die momenten. Voorwaarde is wel dat hij gelijk start als dat nodig is. Met een gewone startmotor duurt dat te lang. Een elektromotor die direct met de motor is verbonden en altijd meedraait kan wel heel snel de motor starten, binnen 0,2 seconden. Dat merk je als bestuurder niet. Je geeft gas en de auto rijdt gewoon weg, ook al stond de motor uit. De Citroën C3 Stop & Start heeft dit systeem. Regeneratief remmen en slechte motorwerkpunten vermijden kan deze auto niet maar motor af bij stilstand maakt al veel verschil. De elektromotor werkt de meeste tijd als dynamo. Je kunt ook zeggen dat deze benzinemotor met zijn dynamo wordt gestart. Vroeger heette dit de Dynastart, uitgevonden in 1928. In de jaren ‘50 en ‘60 hadden o.a. Messerschmitt en NSU dit systeem. Je moest toen de motor wel gewoon laten lopen voor het stoplicht. Maar die had je toen nog niet zoveel.

Regeneratief remmen^

Verbruikwinst is ook te behalen door bij het remmen de remenergie niet in warme remschijven om te zetten maar op te vangen in de accu. Die energie kun je later opnieuw gebruiken. Dit is iets waarin met name het systeem van Toyota en Lexus erg goed is. Omdat de elektromotoren en de accu een behoorlijk vermogen aankunnen, kunnen ze ook veel remenergie terugwinnen. Uiteraard werkt dit systeem alleen als je vaak van snelheid wisselt. Als je met constant 120 km/uur naar Berlijn rijdt, heeft het weinig zin om daarvoor een hybride te nemen. Misschien ben je zelfs wel onzuiniger dan met een gewone auto. Voor Parijs en Rome geldt hetzelfde.*
Als bestuurder kun je deze bijdrage aan de zuinigheid het meeste beïnvloeden. Als je te hard remt, komt er teveel vermogen vrij voor de accu en zal het overschot door de gewone remmen weggeremd worden. Door rustig te remmen kun je dus veel energie terugwinnen. Om die reden zit er in de Toyota’s en de Lexi een grafiekje dat aangeeft hoeveel energie je hebt geregenereerd. Dan wordt het een sport om dat metertje zo hoog mogelijk te krijgen en op die manier train je jezelf om dit te optimaliseren.

Slechte motorwerkpunten vermijden^

Benzinemotoren hebben een behoorlijk slecht rendement. In personenauto’s is het maximaal ongeveer 30 %. Maar als je minder dan driekwart gas geeft, is het al snel maar 15 tot 20 %. Dat betekent dus dat als je met weinig gas rijdt, 80 – 85 % van de energie in de benzine wordt weggegooid. Dat gaat als warmte je uitlaat en je radiateur uit. Het rendement is alleen maar redelijk op de momenten dat je veel gas geeft: tijdens accelereren, bergop en hard rijdend. Grappig: als je erg hard rijdt, rijd je wel efficiënt maar niet zuinig. Het kost veel benzine maar die benzine wordt wel goed gebruikt (nou ja, 30% blijft knudde). Als je langzaam rijdt is het net andersom: wel zuinig maar erg inefficiënt.
Met hybride aandrijving kun je dit probleem oplossen. Als de motor draait moet hij dat ook efficiënt doen en dus behoorlijk belast draaien. Wordt er te weinig vermogen gevraagd, dan gaat de motor uit en rijd je elektrisch. Je gebruikt dan energie die is opgewekt en in de accu gestopt op de momenten dat de motor wel draaide. Die energie is dus opgewekt met een rendement dat in de buurt ligt van het maximale voor die motor. Ook gebruik je dan energie die bij het remmen is teruggewonnen.

Bijvoorbeeld: als je met een Prius of RX 400h lang achter elkaar met weinig vermogen rijdt, laten we zeggen constant 40 km/uur, zul je zien dat de benzinemotor steeds een tijdje draait en dan weer uit gaat. Op de momenten dat hij draait, wekt hij meer vermogen op dan je nodig hebt om te rijden en slaat het overschot via de generator op in de accu voor later.

Om ervoor te zorgen dat de motor goed belast wordt als hij draait, zit er in de Toyota Prius een relatief kleine benzinemotor. Een motor van 1,5 liter kan veel zuiniger een vermogen van 40 pk leveren dan een motor van 3 liter omdat die laatste nauwelijks wordt belast bij dat vermogen. Die relatief kleine motor levert toch geen slechte acceleratie op want dan heb je ook nog de accu die vermogen levert aan de elektromotor. Voordat de accu leeg is, heb je de gewenste snelheid al bereikt. In de bergen met een caravan achter de auto hoeft dat niet zo te zijn. Als je bergop accelereert en 2 kilometer lang met 60 km/uur omhoog probeert te rijden, raakt de accu leeg en heb je alleen nog de benzinemotor die voor vermogen zorgt. Dat is dan te weinig om zo hard te blijven rijden en je valt dus een stuk terug in snelheid. Daarom kun je op een Prius geen trekhaak bestellen.

Uit het bovenstaande zul je begrepen hebben dat motortoerental en snelheid van de Prius of de Lexus weinig met elkaar te maken hebben, je kunt rijden met stilstaande motor en je kunt stilstaan met draaiende motor (als de accu erg leeg is). Ze rijden dan ook alsof je met een variomatic of een CVT met Van Doorne duwband onderweg bent. Dat is ook gelijk de fout die je het meeste leest. Zo’n CVT zit er niet in ook al zeggen allerlei autobladen van wel. De continu variabele overbrenging wordt veroorzaakt door het samenspel van de benzinemotor, de generator en de elektromotor. Toyota heeft deze verwarring ook wel zelf veroorzaakt doordat het schema op het display in het dashboard niet klopt. De generator ontbreekt daarin terwijl bestuurders en journalisten waarschijnlijk aannemen dat dat schema compleet is.

Het is de verdienste van Toyota dat ze een hybride systeem hebben ontworpen dat op het eerste gezicht wat gecompliceerd lijkt maar dat motor af bij stilstand, regeneratief remmen en slechte motorwerkpunten vermijden toelaat, zonder dat de bestuurder er iets van merkt of iets bijzonders hoeft te doen. Het is ook geen wonder dat andere fabrikanten het systeem van Toyota kopen want het is niet eenvoudig te verbeteren. Ik word niet door Toyota betaald maar als je er verstand van hebt, moet je wel bewondering hebben voor hun ontwerp.

En hoe zit het met diesels?^

Het maximale rendement van dieselmotoren is hoger dan van benzinemotoren, ruim 35 % voor personenauto’s. Maar wat vooral van belang is: het rendement in deellast, dus met weinig gas geven, is veel beter dan bij benzinemotoren. Ook gebruiken dieselmotoren bij stationair draaien veel minder brandstof.
Als je dus kijkt naar de drie punten waarom hybriden zuiniger zijn, zie je dat slechte werkpunten vermijden en motor af bij stilstand wel wat verbetering opleveren maar lang niet zoveel als bij benzinemotoren. Alleen regeneratief remmen geeft evenveel energie terug. Kun je een benzineauto zo’n 25 – 35 % zuiniger maken door er een hybride van te maken, een dieselauto zal er maar 10 – 20 % zuiniger van worden. Dat is vaak economisch niet interessant. Het kost teveel en brengt te weinig. De praktijkgetallen geven het ook al aan: een Prius blijkt in de praktijk gemiddeld 17 – 18 km/l te rijden. Dat is erg goed voor een benzineauto maar een gewone diesel, geen hybride, van hetzelfde formaat rijdt bijna net zo zuinig. Wel is het zo dat in absolute verbruikscijfers een dieselhybride zuiniger is dan een benzinehybride.

Is hybride aandrijving de toekomst?^

Tja, weinig is zo leuk als toekomstvoorspellingen uit het verleden lezen. Maar vooruit: systemen die alleen de motor uitzetten bij stilstand en verder niets, zoals in de C3 Stop & Start, kosten vrij weinig en geven al een goede besparing. Die zullen over een paar jaar algemeen worden. Voor full hybrids, zoals de Prius, is het momenteel moeilijk om de meerprijs van de hybride aandrijving terug te verdienen met het lagere benzineverbruik. Die auto wordt nu vooral gekocht door mensen die milieubewust zijn of een statement willen maken of die de technologie interessant vinden. Als de accu’s goedkoper worden (of er wordt een bruikbaar alternatief ontwikkeld) en de benzine duurder, zullen we ze meer gaan zien. Het is niet onwaarschijnlijk dat SUV’s zoals de Lexus RX alleen nog in hybride uitvoering geleverd gaan worden omdat de fabrikanten aan een maximum brandstofverbruik worden gebonden. Auto’s met brandstofcellen op waterstof zullen we voorlopig niet zien, simpelweg omdat er geen reden is om op waterstof over te schakelen en omdat de komende 20 jaar niemand die infrastructuur gaat betalen. Lees deze alinea over 20 jaar nog eens!