A tüzelőanyag-cellás közlekedés a kanyarban előz, de a hidrogéntechnológiai áttörésre még éveket kell várni

A politikusokat tényekkel kell szembesíteni. A tudomány tényeket gyárt. Segíts minél többet publikálni belőlük!

A hidrogén, bár hosszú évtizedek óta jelentős ipari nyersanyag, az utóbbi 20 évben vált alternatívává az energiahordozók piacán. A tüzelőanyagcellákban való felhasználásával megfoszthatja uralkodó szerepétől az elektromos hajtásokat is, de reálisabb, hogy azok mellett, más-más szektort kiszolgálva válik jelentőssé majd a közlekedésben. Már csak azért is, mert a hidrogénhajtás nem létezhetne az elektromos hajtásláncok nélkül. Kétséges, hogy a városi mobilitást az elektromos autózás helyett a hidrogénnel hajtott járművek váltanák ki, de a szállítmányozásban és a nehézgépjárművek meghajtásában komoly szerephez juthat az új megoldás. 

A tüzelőanyagcellás technológia azonban a nehézgépjárművek hajtásában, megfelelő infrastruktúra kiépítésével szolgálhatja a zöldebb közlekedést. Eközben maga a hidrogén megőrizheti nyersanyagszerepét, és tovább erősítheti az energiahordozók piacán betöltött pozícióját. 

Sokszínű hidrogén

A hidrogénelőállítással kapcsolatos kritika, hogy a gáz kinyerése fosszilis tüzelőanyagokból történik. Mindez igaz a szürke és a kék hidrogénként emlegetett gázokra (a színek az előállítás körülményeire utalnak), ugyanakkor létezik még piros, lila, rózsaszín, sőt fehér is. Utóbbi a természetes formában előforduló hidrogén, míg a másik három felsorolt szín esetében a nukleáris energiát használják fel a víz bontására, a pirolízissel előállított hidrogént pedig a türkiz színnel illetik. A kék és szürke hidrogén előállításakor földgázból nyernek ki hidrogént, a felszabaduló káros anyagok megkötésével, vagy a szürke hidrogén esetében anélkül.

Az iparági célkitűzés, hogy lehetőleg zöld, vagyis az előállítása során a környezetet nem szennyező hidrogén jusson el a felhasználókhoz, ehhez megújuló energiák használatával végeznek vízbontást. A folyamat így gyakorlatilag karbonmentessé tehető, ám ennek jelenleg igen magas ára van (de a megújuló energiák árának csökkenésével ez folyamatosan mérséklődik).

A hidrogén használatával a lokális kibocsátás nullára csökkenthető, ami a helyi levegőminőség javításában jelentős, ugyanakkor a felhasznált hidrogén előállításától függően a teljes folyamat nem biztos, hogy környezetkímélőnek tekinthető. 2020-ban a világon felhasznált kb. 90 millió tonna hidrogéngáz 80 százalékát állították elő szürke hidrogénként, ami hozzávetőlegesen 900 millió tonna szén-dioxid kibocsátással járt a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) 2021-es Global Hydrogen Review-ja szerint.

Ahhoz, hogy a hidrogén alkalmazása ne csak a lokális kibocsátás jelentős csökkenésével járjon, elengedhetetlen, hogy megnőjön a fenntartható formában gyártott hidrogén mennyisége a szürkehidrogén-termeléssel szemben. Ehhez a Hydrogen Europe 2021-es jelentése szerint további szél- és naperőművek telepítésére lenne szükség, amihez megfelelő körülmények vannak a legtöbb, a hidrogén felhasználásában élenjáró területen. Így a termelés a felhasználás helyén történhetne meg, amivel a szállítással keletkező kibocsátás és költségek is megtakaríthatók.

A hidrogéntankolás még odébb van, de már ma is van helye a gáznak az iparban

Jelenleg Európa száz megawattos nagyságrendben termel zöld hidrogént, ezt 2025-re 6 gigawattra, 2030-ra pedig 40 gigawattra növelné az Európai Unió. Ezzel a térség energiaellátásának hozzávetőlegesen 2 százalékát biztosíthatná a hidrogén, de 2050-re ez tovább nőhet akár 25 százalékra is.

Mivel a hidrogén olyan ágazatokban is alkalmazható, amelyek energiaigényét hatékonyan más módon előállított villamos energiával lehetetlen lenne biztosítani, ezért a gáz ipari szerepe jelentős. Az acélgyártásban például nemcsak kiválthatná részben a földgázt, hanem redukálószerként is lehetne használni. Hasonlóan a cementiparban is helyt állhat a hidrogén, de nemcsak a nehéziparban, hanem a közlekedésben is sokat várnak tőle a fejlesztők.

Egyelőre Európában kevés helyen érhetők el hidrogén-töltőállomások, de a technológiafejlesztés az infrastruktúra fejlődésére is pozitív hatást gyakorolhat majdFotó: INA FASSBENDER/AFP

Tompos András, a Természettudományi Kutatóközpont Anyag- és Környezeti Kémiai Intézetének igazgatója és Horváth András, elektronauta vlogger a RE:FACT podcastjének legújabb adásában arról beszélt, hogy elterjedhetnek-e a tüzelőanyagcellás járművek, átalakíthatják-e a városi mobilitást és kiszoríthatják-e az elektromos autókat a piacról. Tompos egyértelmű válasza a legutolsó kérdésre, hogy nem, hiszen maguk az elektromos hajtásláncok képezik a tüzelőanyagcellás járművek alapját is. Az eltérés csupán az energiatárolásból vagy üzemanyagból adódik.

A tüzelőanyagcellák a feltankolt hidrogénnel hajtják meg a járművet a membránelektróda-együtteseken végbemenő reakciókból keletkező energiával. Az üzemanyagcellát az akkumulátorhoz hasonlóan lehet elképzelni, csak itt az egyik elektródán levegő, míg a másikon a tankból beengedett hidrogén található. A végbemenő kémiai elektrooxidációs folyamat végén káros anyag nem keletkezik, csak víz, amely távozik a rendszerből, ezért figyelhető meg a hidrogénhajtású autóknál, hogy kipufogógáz helyett vizet „eregetnek”.

Tompos hozzátette azt is, hogy maga a reakció lehet reverzibilis, vagyis visszafordítható is, tehát a keletkező vizet újra fel lehetne bontani, hogy aztán a hidrogén és az oxigén reakcióját ismét energiatermelésre fordítsák. Ő maga a reakció létrejöttét serkentő elektrokatalizátorok fejlesztésével foglalkozik, hogy minél hatékonyabbá tegyék a tüzelőanyagcellás járművek működését. Az ilyen katalizátorok a kémiai reakció sebsességét növelik meg, de nem befolyásolják a reakció során keletkező termékek minőségét.

A tüzelőanyagcellák hatásfoka egyébként kimondottan jó, azonban a teljes ciklusra vetített hatékonyság Tompos szerint kb. 40 százalék. Ennek oka a gyártás során keletkező veszteség, ugyanis maga az elektrolízis és a felhasználás is 60-70 százalékos hatásfokú. De a hidrogénhajtás még így is jelentősen túlszárnyalja a robbanómotorok hatékonyságát: egy átlagos benzin- vagy dízelmotor a teljes ciklusra vetítve csupán 20-30 százalékos hatásfokú. A legjobb eredményt az elektromos motorok érik el, ezek közel 90 százalékban tudják kihasználni az energiát, azonban a teljes ciklusvizsgálat esetén sok múlik azon, hogy milyen eljárással termelték meg a felhasznált áramot.

A tüzelőanyagcellák a nehézgépjárművek hajtásában jelenthetnek igazán versenyképes alternatívátFotó: UWE ANSPACH/dpa Picture-Alliance via AFP

A jövő hidrogéngazdasága a jelen beruházásain múlik

A 2022-ben kibontakozó energiaválság, valamint a megújuló forrásokra való átállás sürgetése egyszerre jelent kihívást a nemzetgazdaságoknak és a globális szervezeteknek. A világ energiaszükségletét ugyanis fedezni kell, és most, hogy Európa gázellátásában fennakadások tapasztalhatók, világos, hogy a diverzifikáció megéri. Tompos, a RE:FACT podcast friss adásában elmondta, hogy a teljes elektrifikáció (vagyis a teljes energiafelhasználás villamos energiára való átállítása helyett) a gázfelhasználás diverzifikálásában látja a jövőt. Szerinte azzal, hogy a hidrogén hatékony és piacképes alternatívaként jelenik meg, lehetőséget biztosít a már meglévő infrastruktúra kihasználására és a földgáznak való kitettség csökkentésére.

A hidrogén jól szállítható és megfelelő tartályokban biztonságosan tárolható gáz, a közhiedelemmel ellentétben nem robbanásveszélyesebb, mint például a benzin vagy a gázolaj. Épp ezért Horváth és Tompos szerint sem elképzelhetetlen, hogy a jövőben benzinkutakon tankolhassunk hidrogént a járművekbe.

Bár ezt tényleg csak a távoli jövő lehetőségének tartják. Egyelőre ugyanis dollárszázmilliárdok hiányoznak a fejlesztésből és a megfelelő infrastruktúra kiépítéséből, ami magába foglalhatja az előállítást, a szállítást, a tárolást, illetve a lokális felhasználáshoz szükséges töltő- és energiatároló állomásokat. Ezek kivitelezéséről kell most, az energiaválság idején döntenie a világnak.

Két út áll a fejlesztések előtt jelenleg: koncentrálhatnak a jövő energiahordozójára a hidrogénre, vagy gyorsabb és kevésbé forrásigényes alternatívaként használhatják a már ismert, többnyire fosszilis tüzelőanyagokat. Európában most inkább az utóbbi zajlik, de a Hydrogen Europe szervezet célkitűzése, hogy a hidrogénberuházások fontosságára és lehetőségeire felhívja a figyelmet. Ezekkel ugyanis hosszú távon, zöld hidrogén használatával pedig gyakorlatilag kibocsátásmentesen biztosítható a szükséges energia.

A két energiamodell ugyanakkor nem zárja ki egymást. A diverzifikáció lényege pont az, hogy a már meglévő gázinfrastruktúra mellett épülhetne ki a hidrogénhálózat és felhasználói kör. Ezzel elsősorban a közlekedésben és a lokális energiatárolásban érhető el áttörés. A nehézgépjárművek hajtásában a hidrogén hatékony alternatívát jelenthet, nagyobb hatótávokat biztosít a teherautóknak, mint a jelenleg alkalmazott elektromos motorok. A légi közlekedésben még ennél is nagyobb jelentősége lehet a hidrogénhajtásnak: akkumulátorokkal ugyanis szinte lehetetlen megfelelő mennyiségű energiát biztosítani a repülőgépek számára, amellyel hatékonyan, nagy távolságot tudnának megtenni. Ezért már az Airbus is kísérletezik a hidrogénmeghajtás használatával, az első nettó zéró kibocsátású hajtás elkészítését 2025-re tervezik.

Kihelyezett energia-utánpótlás

A hidrogén segítségével lokálisan, a felhasználás közelében áll rendelkezésre az energia. A tüzelőanyagcellákban felhasznált üzemanyag, vagy az energiatárolókban tárolt hidrogén közvetlenül akkor használható fel, amikor arra szükség van. Ezzel a megújuló források remek kiegészítője lehet: a szél- és naperőművek csúcsidőszaki teljesítményét, amennyiben azt a hálózat nem tudja felvenni, vagy a fogyasztást jelentősen meghaladja, hidrogén-előállításra lehet fordítani. Ausztrál kutatók olyan eljárást fejlesztettek, amely a vízbontás alternatívájaként, a levegőből nyer ki hidrogént megújuló energiák használatával. Ezekkel a berendezésekkel kisebb energiaközösségek tölthetik fel energiaraktáraikat, amiből a környék fogyasztása akkor is fedezhető, amikor nem süt a nap vagy kevésbé fúj a szél, de nincs lehetőség más módon, például szivattyús vízenergiatárolásra.

Amellett, hogy lokális tárolásra és előállításra is lehetőség van, a hidrogéngáz szállítására is több mód nyílik. A cseppfolyósított hűtött szállítás energiaigényes, de a kontinensek között működőképes lehet, vezetékek hiányában. Emellett a hidrogént az ammóniában kötött formában is lehet szállítani, ennek viszont nagyon magas biztonsági előírásai vannak, ugyanis az ammónia kis mennyiségben is mérgező az élővilágra.

Olyan, mint amikor a lovat cseréltük az első autókra

Horváth szerint komoly szemléletváltást igényel, hogy a felhasználók is annyira tudják szeretni a hidrogén- és elektromos hajtást, mint amennyire a környezet hálás lenne érte. A városi levegőminőség javulása azonban meggyőző érv lehet még azoknak is, akik imádják a nagy benzinmotorok duruzsoló hangját vagy a már megszokott karakterisztikát. Szerinte egy elektromos hajtáslánc is lehet lenyűgöző és kiemelte, hogy a hihetetlen nyomaték valószínűleg sokakat kárpótol majd a hangért cserébe.

Tompos szerint a tüzelőanyagcellák a városi közlekedésben kevésbé terjednek el, egyelőre nagyobb potenciált lát az elektromos meghajtásban és a környezetkímélő autómegosztásban is. Amíg a hidrogéntöltő-infrastruktúra nem elég elterjedt, viszont az elektromos autók töltése megoldott, addig nem érdemes hidrogénhajtású autókról álmodozni, de a városi életminőséget már a benzin és a dízel üzemanyagok mellőzése is jelentősen emelheti. Azzal, hogy az Európai Unióban 2035-től csak elektromos autók lesznek értékesíthetők, áttörést hozhat szerinte a hidrogéntechnológiában is, de leszögezte, hogy ezek a járművek sem csodafegyverek. A teljes életciklusukra vetített környezeti lábnyomukat egyelőre csak becsülni lehet és az üzemanyagcellák kb. 10000 órás üzemideje miatt számolni kell azzal, hogy az élettartamuk is rövidebb lesz, mint egy-egy benzines autóé.

Ugyanakkor az átállást egyelőre az alapanyag- és chiphiány nehezíti, ami az elektromos autók gyártását akadályozza, a hidrogénmeghajtáshoz pedig nincs megfelelő infrastruktúra még. Horváth Spanyolországot hozta fel példának, ahol már vannak kihelyezett töltőállomások, de így is mindössze kb. 4000 tüzelőanyagcellás jármű mozog egész Európában, míg a világon is mindössze 32 ezerre tehető a számuk.

A Woven City egy kísérleti projekt, ahol autonóm technológiákat és energiahatékony megoldásokat tesztelnénekFotó: Toyota Times

Európa pedig egyelőre egyértelműen az elektromos autózás mellé állt, Japánnal ellentétben, ahol a hidrogénhajtást és a hidrogén hasznosítását olyan komolyan gondolják, hogy a Fuji hegy lábánál egy kísérleti várost is kialakítanak. A Woven City nem csak a hidrogénről szól, autonóm, önvezető technológiákat is tesztelnek majd itt, kibocsátásmentes járművekkel. A Toyota által megálmodott városban az alkalmazottak és kutatók élnek majd és dolgoznak együtt a fejlesztéseken, amikkel a jövő városát és mobilitását alakítják ki. Víziójuk szerint a hidrogén pedig a mobilitáson túl a háztartási energiafelhasználásban is szerepet kap.

(A cikk megjelenését a Bosch Rexroth támogatta.)