Miközben a világ a fosszilis tüzelőanyagok alternatíváinak megteremtésén fáradozik, az már jól látható, hogy a fenntarthatósági számításokból nem maradhat ki a hidrogén. A közlekedési ágazatban, ahol nagy igény mutatkozik a környezetbarát járművekre, eddig az EV-technológia és a töltő-infrastruktúra fejlesztése kapott inkább hangsúlyt, de az üzemanyagcellás jármű-technológiával kapcsolatos kutatások sem álltak meg. A kibocsátások csökkentésének „svájci bicskájaként” emlegetett zöldhidrogén valóban hatalmas áttörést jelenthet a tiszta energia területén, ám az üzemanyagcellák mellett továbbra is működőképes megoldást nyújtanak az elektromos hajtásláncokhoz az akkumulátorok: „Nincs általános érvényű igazság, hogy melyik jármű a legkörnyezetbarátabb, minden függ a felhasználás helyétől, jellegétől, módjától és magától a járműtől is” – mondta dr. Hanula Barna. 

A közlekedés csak egy kis gond

Bolygónk legnagyobb terhelését az antropogén eredetű üvegházhatású gázok adják, az emberiség szén-dioxid-emissziójában pedig az elektromos áram termelésének a részaránya a legmagasabb – közel negyven százalék – és növekvő tendenciát mutat. „Akármilyen technológiával akarjuk is járműveinket, gépeinket, otthonainkat, gyárainkat üzemeltetni a jövőben, mindegyikhez szükség lesz elektromos áramra. Így hiába a kezünkben lévő számos megoldás, hatékonyságuk és alkalmazhatóságuk csakis azon múlik, hogy tudunk-e hozzájuk zöldenergiát előállítani. Egyelőre azonban nincs erre lehetőség, a világon semmi sem zéróemissziós” – mutatott rá a szakember.

Mivel a fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó szén-dioxid-kibocsátás kilencven százaléka az iparban szabadul fel, és csak tíz százaléka lakossági felhasználású, a Szent István Egyetem docense szerint a globális kölcsönhatásokat együttesen kell vizsgálni, mert a részproblémákat elemezve csak részmegoldásokra jutunk, amelyek akár közelebb, de akár messzebb is vihetnek a fenntarthatóságtól. „Ha nem elég tág rendszerhatárokkal vizsgáljuk a klíma védelmére tett lépéseinket, a kicsi, lokális rendszer vizsgálata alapján született döntések eredményei sok esetben óriási anyagi és környezeti következményekkel járnak. A nem átgondolt intézkedések, a rendszerek kölcsönhatásainak figyelmen kívül hagyása nagyobb kárt okozhat, mint hasznot, és alapjaiban veszélyezteti a klímaváltozás elleni harc sikerét!” – fogalmazott.

Tárolt hidrogénből áram

A legfontosabb kérdés, hogy az energiát mire és milyen módon használjuk fel: vezetéken keresztül, áram formájában vagy akkumulátorból, netán vizet bontunk hidrogén előállításához tüzelőanyag-cellák vagy belső égésű motorok számára. „Mivel elektromos áramot még mindig olcsóbb előállítani, mint tárolni, teljesen legitim opció átalakítani, és hidrogén formájában tárolni. A leghatékonyabb megoldás persze az lenne, ha közvetlenül napelemből vagy szélerőműből kapná ehhez az egyenáramot, így kihagyható lépés lenne a váltóáram átalakítása” – mondta a dékán.

A Szent István Egyetem kutatócsoportjának az is feladata, hogy kidolgozza, a villamos energia időben, térben és eszközben, milyen célú felhasználása, milyen útvonalon a leghatékonyabb. Például köztudott, hogy az elektromos hálózat folytonos ingadozását ki kell egyenlíteni. Ha pluszban van árammal, akkor leszabályozás helyett érdemes lenne az erőműveket névleges teljesítményen tovább üzemeltetni (ha ennél kisebb teljesítménnyel működtetjük, akkor hatásfokuk romlik), az így termelődő mennyiséget pedig vízbontásra fordítani. Amikor pedig a hálózat igénye megnő, akkor a rendelkezésre álló hidrogént vagy elégetéssel, vagy tüzelőanyag-cellában ismét árammá történő átalakítással kompenzálhatnánk a hálózati hiányt.

Korlátok és lehetőségek

Míg a villamos energia vezetéken, kevés veszteséggel, egészen messzire szállítható, addig ez a hidrogénről nem mondható el. Kis fajsúlya miatt a tartálykocsis szállítás nem gazdaságos, míg a csővezetékes megoldáshoz nem áll rendelkezésre megfelelő infrastruktúra. A szakember szerint mivel a földgázzal működő berendezések bizonyos százalékú keverékkel is működőképesek, mindenki kutatja a vegyes üzem lehetőségét meglévő földgázrendszerben, csökkentve annak szén-dioxid-vonzatát. A járművekben történő tárolásra is vannak megoldások, de minden a felhasználás módjától, helyétől, céljától, az adott járműtől, annak méretétől, sebességétől függ. „Egy haszongépjárműnél a jelenlegi árak, technológiai és műszaki megoldások mellett a tömeghez viszonyított nagyobb energiasűrűség miatt igencsak a hidrogén felé billen a mérleg az akkumulátorral szemben, a kérdés már csak az, hogy ezt tüzelőanyag-cellában konvertáljuk mechanikai energiává, vagy a belső égésű motorban” – így Hanula.

Mindennek megvan a maga helye és ideje

A szakember szerint más megoldás kell az Antarktiszra vagy egy afrikai országba, akárcsak egy New York-i övezetbe vagy egy tokiói kerületbe, hiszen teljesen más problémákkal küzdenek. Egy budapesti taxisofőrnek az egyik legjobb választás most egy takarékos hibrid jármű, mert akkor sincs gondja, ha valaki hirtelen egy bécsi fuvart kér oda-vissza, de mégis ki tudja használni az elektromos hajtás környezeti és gazdasági előnyeit a tipikus városi forgalomban, rövid utakon. Míg egy utazó ügynök, aki naponta Nyíregyháza–Budapest vagy Győr–Bécs útvonalon közlekedik, valószínűleg egy takarékos dízeljárművel fog a legjobban járni, és nemcsak ő, hanem a környezet is. „Általában elmondható, hogy a belső égésű motoroknak a legkevésbé jó a hatásfoka kis terhelésnél, városi forgalomban, de azt se gondolja senki, hogy 2,5-3 tonnás elektromos autókkal használ a bolygónak. Egy kilowattóra kapacitású akkumulátor elkészítésénél nagyjából száz kilogramm szén-dioxid keletkezik a gyártási oldalon. Ezt cipeli magával a jármű, és ez a csomag minél kisebb, annál hamarabb hozza be ezt a negatív hatást” – mondta lapunknak a dékán.

Az akkumulátor-újrahasznosítás sem megoldott még, az EU-ban 2030-ra tíz százalék az előírt arány, ami nagyon kevés. Még nincs olyan módszer, amellyel gazdaságosan meg lehet valósítani a felhasznált anyagok kinyerését, de ha tovább emelkednek a nyersanyagárak, mindent meg kell tenni ennek érdekében. A tüzelőanyag-celláknál ez azonban már nem jelent ekkora gondot – de hiába működik emissziómentesen, gyorsabban, nagyobb távolságon, egyelőre ez a legdrágább az összes közül, és egyelőre nehéz prognózisokat felállítani, mibe fog kerülni egy kilowatt teljesítményű tüzelőanyag-cella, vagy egy kilowattóra kapacitású akkumulátormennyiség tíz év múlva. Erre ma nagyon sok adatelemzés születik, de megjósolhatatlan.

A legjobb energia, amit nem használunk fel

A hidrogén tehát számos területen hozhat eredményeket, de az még mindig kérdéses, hogy hol lehet igazán hatékonyan felhasználni. Nem feltétlen kell csak a járműiparban gondolkozni, hiszen a műtrágyagyártásban is ki kellene a szürkehidrogént váltani, amiről igencsak elfelejtettük, hogy az egyik legnagyobb szennyezőforrás jelenleg az ipari folyamatok között. Hidrogénből szintetikus metán is előállítható, amellyel szintén bármilyen erőgép vagy erőmű üzemeltethető. Innen már csak egy átalakítási lépcső választja el az ammóniát, amely ugyancsak kiváló energiahordozó, viszonylag könnyen kezelhető, cseppfolyósítható, jó energiasűrűséggel alkalmas szállításra és tárolásra, magas nyomás nélkül. Számtalan módszer van előttünk, mindegyik vezet valahova, mindegyik jó valamire, de még messze nem kristályosodott ki, hogy melyik technológia milyen eszköznek a meghajtására, melyik úton lesz a legjobb a jövőben. Különösen azért nem, mert az árak jelenleg nagyon gyorsan változnak, és a gazdaságossági szempont mindig is kulcstényező marad. 

Bonyolult és költséges átállni?

Jelenleg a személygépkocsik piacán több az akkumulátoros elektromos megoldás, mint a tüzelőanyag-cellás. A vásárlók számára meghatározó kérdés ugyanis a töltési lehetőség, bár még mindig túl kevés elektromos töltőpont van, de mégis gyorsabban épül ki a hálózat, mint a hidrogéné, ahol a szállítási probléma teljesen más logisztikai láncolatot feltételez. Egyelőre sokkal egyszerűbbnek tűnik az elektromos áramot a hidrogénkutakhoz vezetni, és a helyszínen hidrogént előállítani a vízből. Az viszont egyértelmű, hogy egy negyventonnás haszongépjármű nagy hatótávolságú mozgatása akkumulátorokkal nem teljesen reális elvárás, míg hidrogénnel sokkal inkább megvalósítható. A dékán szerint a fő kérdés, hogy ezt továbbra is belső égésű motorban vagy tüzelőanyag-cellában érdemes mechanikai energiává konvertálni. Nagy valószínűséggel a hidrogénnek is meglesz az a területe, ahol nagyon sokat tudunk vele javítani a kibocsátásokon, de nem ad mindenre megoldást.

Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin októberi lapszámában jelent meg, amely ezen a linken olvasható.