Hidrogénmeghajtás – kidobott pénz, vagy a zöld jövő?

Az elmúlt néhány évben gombamód szaporodtak az elektromos autók, de ezzel párhuzamosan a fenntartásukkal és újrahasznosításukkal kapcsolatos aggodalmak is. Túlterhelt elektromos hálózattal és környezetszennyező akkumulátor-gyártással kell szembenéznie a zöldülő autópiacnak. Megoldást jelenthet-e a harmadik út, a hidrogénhajtás?

Ausztrália alig lakott, kietlen vidékének, az Outback-nek csendjét gyakran zavarják meg az 50 méternél is hosszabb kamionok karavánjai, melyek gyakran napokig szántják a végtelen sivatagos utakat. Ezek a kátrányt füstölő, dízelnyelő teherautók garantálják az aboriginal őslakosok és az elszigetelt ottani városok ellátását. Annak ellenére, hogy Ausztrália rendelkezik vasúthálózattal, ami jóval inkább környezetbarát alternatíva lehetne, az utóbbi harminc évben szinte semmi vasúti fejlesztés nem történt. Ráadásul a meglévő vasutak helyzetét tovább nehezíti, hogy az egyre gyakoribb környezeti hatások, mint a bozóttüzek és áradások tovább roncsolják a síneket.

Aszfaltvonatok a semmi közepén

Nem csoda, hogy a vasút népszerűsége – legalábbis teherszállítási szempontból – az utóbbi ötven évben jelentősen visszaesett a déli kontinensen. Az elmaradott vasúthálózaton még mindig dízelmozdonyok pöfékelnek, mert nem történt meg a váltás az elektromos szerelvényekre, mint Európában, ahol a mozdonyok több mint fele már nem belsőégésű motorokat használ. Az ausztrál közlekedés az ország szén-dioxid kibocsátásának körülbelül 18 százalékáért felelős és évente több mint 400 ember halálát okozza a romló levegőminőség.

Égető szükség lenne a gazdaság zöldítésére. Bár kézenfekvő lenne, sajnos egy elektromos kamionflotta sem jelentene megoldást, a több ezer kilométeres távolságok túl nagyok, így akkora akkumulátorokra lenne szükség, hogy a rakomány jó részét azok tennék ki és nincs megfelelő töltőállomás-hálózat sem. Az Új Dél-Wales-i Egyetem legújabb találmánya viszont akár azonnal orvosolhatná a problémát.

Vizet pöfékelni

A Sydney-i kutatók egy olyan technológiát fejlesztettek ki, amely képes a már meglévő dízelmotorokat kevert hidrogén-dízel üzeművé alakítani. Bár az átalakítás technológiailag bonyolult, elméletben bármilyen dízelmotornál működhet, amely utána képessé válik a puszta gázolaj helyett hidrogén és gázolaj keverékével működni. A keverék aránya is környezetbarátnak mondható, hiszen az üzemanyag 90 százaléka hidrogén és csak a maradék kis százalék a dízel. Ezzel a motor nem csak 26 százalékkal hatékonyabban működik, de károsanyag-kibocsátása is 85 százalékkal kevesebb. A módszer egyelőre még elég érzékeny, nem elég csak összekeverni az üzemanyagot, még finomhangolt adagolásra és időzítésre is szükség van a megfelelő működéshez.

A kutatócsoport levédette a találmányt és állításuk szerint néhány hónap alatt bármilyen dízelmotort át tudnak alakítani kettős üzemanyagú hidrogén-dízel hibriddé. Az alacsony károsanyag kibocsátás és a meglévő járműflotta átalakítása rendkívül csábító, főleg, hogy nincs szükség az energia tárolásához nehéz akkumulátorra, az üzemanyag pedig a benzinhez és gázolajhoz hasonlóan tankolható. Ezzel megkerülhető az akkumulátor-gyártáshoz kötődő kiugróan magas környezeti terhelés, amely már most is versenyt fut az égbe szökő akkumulátor-kereslettel. Ráadásul, a hidrogén meghajtású motorok végterméke egyszerű víz.

Honnan jön a hidrogén?

A hidrogén, mint üzemanyag, az elektromos autókhoz hasonlóan, önmagában nulla károsanyag-kibocsátással rendelkezik, elterjedése viszont jelenleg elenyésző, csupán két autómárka kínál hidrogén hajtású, vagyis hidrogénnel táplált üzemanyagcellás autókat. A Toyota Mirai és a Hyundai Nexo az összes jelenleg elérhető modell. Nincs kiterjedt kúthálózat, a hazánkban futó hidrogénes autókat jelenleg egyetlen egy budapesti hidrogénkút látja el, Igaz, Ausztráliát is mindössze három. A hidrogén az autóiparban tehát egyértelműen gyerekcipőben jár, ami azt is jelenti, hogy az ilyen üzemanyag előállítására eddig nem fordítottak túl nagy figyelmet.

A hidrogén üzemanyagcella működése: a cellába a környezetihez hasonló nyomáson hidrogéngázt vezetnek, ami egy platinaötvözettel bevont, negatív elektródra érkezik. A platinaötvözet katalizátorként működik és arra kényszeríti a hidrogént, hogy leadja a negatív töltésű elektronját, ami az elektródán keresztül meghajtja az elektromotort (az áram nem más, mint elektronok áramlása). A pozitív töltésű hidrogén ion ugyanakkor áthalad egy ionáteresztő membránon, és megérkezik a szintén katalizátorral bevont pozitív elektródhoz, amelynek a másik oldalára körülbelül 1,7-2 bar nyomással levegőt fújatnak. A pozitív töltésű hidrogén ion itt egyesül a levegő oxigénjével és eközben felveszi a pozitív elektródán a motortól érkező elektronokat. A hidrogén és az oxigén egyesülésekor vízpára keletkezik, ami a kipufogócsövön keresztül távozik.

Annak ellenére, hogy a hidrogén a Világegyetem leggyakoribb eleme, ez sajnos a Földön nem jellemző – szabadon, H2 molekulaként szinte egyáltalán nem is fordul elő körülöttünk. Előállítását ugyan már évszázadok óta kidolgozták, a közelmúltig azonban főleg tudományos kísérletekhez és vegyipari célokra használták, így tömeggyártásra eddig nem volt szükség. Emiatt a hidrogén előállítását messze nem a fenntarthatóságra optimalizálták. Jelenleg a legelterjedtebb hidrogén előállítási módszer az úgynevezett gőz reformálás, amikor földgázból és vízből állítanak elő hidrogént és szén-dioxidot, azaz a hidrogénhez fosszilis üzemanyagra van szükség. A dízelnyelő ausztrál kamionvonatok az új eljárással zöldítve is végül fosszílis üzemanyagot fogyasztanának.

A helyzet viszont nem kilátástalan. A hidrogén előállítható környezetbarát módon is, úgynevezett vízbontással. Ekkor elektromos áramra és vízre van szükség, a folyamat viszont kevésbé hatékony, mint a gőz reformálás, ráadásul újra beleesünk abba a problémába: honnan származik az az elektromos áram, amivel a hidrogént termeltük? A szénerőművel gyártott áram által generált hidrogén megint csak újracsomagolása a fosszilis energiahordozóknak – de megoldás azért van.

Zöld hidrogén

A megújuló energiával termelt hidrogén már valódi zéró emissziót jelenthet, ráadásul a folyamat, még ha nem is túl hatékony, fenntarthatóságban leelőzheti a megújuló energiával töltött akkumulátorokat. A hidrogén ugyanis sokoldalúbb és fenntarthatóbb energiahordozó, mint a szennyező akkumulátorok. A napenergia és a szélenergia legnagyobb hátránya, hogy időszakosak, azaz nem mindig süt a nap és nem mindig fúj a szél, így ahhoz, hogy a gyakorlatban hasznosuljanak, sok esetben szükség van a tárolásukra: napközben töltjük az akkumulátort, este pedig használjuk, vagyis a legnagyobb probléma maga a tárolás. Az akkumulátor ráadásul idővel tönkremegy és szennyezi a környezetét. Ha viszont a megújuló energiával hidrogént állítunk elő, akkor kiiktattuk az akkumulátorokat a rendszerből.

Ez legalábbis a Andrew Forrest jövőképe, aki szeretné megreformálni az ausztrál hidrogénipart. Van mit helyrehoznia, hiszen az üzletember vagyonának jelentős részét a rendkívül környezetszennyező ércbányászattal szerezte. A “Twiggy” becenevű milliárdos végtelen vízbontó napelemparkokat vizionál az Outbackre, amelyek nappal termelik a hidrogént, hogy azt azután kamionok, személyautók és bányagépek használják fel. A Toyota és a Hyundai is lelkesen támogatja a kezdeményezést, de az elektromos autók legbefolyásosabb alakja, Elon Musk – talán nem véletlenül – “eszeveszett baromságnak” nevezte az egész hidrogénipart.

Esélylatolgatás

Musk szerint a hidrogén használhatatlan energiatárolásra és minden vele kapcsolatos befektetés kidobott pénz. A környezetbarát vízbontás rendkívül energiaigényes folyamat, a hidrogén cseppfolyósítása még inkább és erre jönnek még a tárolás és a szállítás problémái és esetleges veszélyei. Bár Musk aggályai nem alaptalanok, ő a konkurens akkumulátor-gyártás egyik kulcsfigurája, meglepő lenne, ha maga ellen beszélne és a hidrogént támogatná.

Pedig a japán kormány is hisz a hidrogénben: a tervek szerint ez fogja fűteni a szigetország jövőjét. Japán saját hidrogén stratégiával rendelkezik és egyre nagyobb hangsúlyt fektet ennek az energiaforrásnak a hasznosítására. 2020 óta üzemel Fukusimában egy zöld hidrogéngyár is, amely környezetbarát napenergiával állítja elő az üzemanyagot. Természetesen a megtermelt mennyiség még messze nem elegendő egy teljes hidrogén-átmenethez, de első lépése lehet ahhoz, hogy az ország prototípusa legyen egy hidrogén alapú társadalomnak.

Távoli jövőkép, hogy az ausztrál sivatag karavánjai vízgőzt eregessenek, az azonban kijelenthető, hogy leáldozóban a bőséges és olcsó energia korszaka. A fosszilis üzemanyagok miatti kiszolgáltatottság politikai és környezetvédelmi problémákat teremt, ahogy a szupersebesen fejlődő akkumulátor-ipar is. A hidrogén, még ha egyelőre különc, futurisztikus technológiának is tűnik a saját gyermekbetegségeivel együtt, mindenképp rámutat, hogy az energiafüggetlenség és a zöld energiaátmenet már nem sokáig késleltethető.