A hidrogén nem csupán az autózás jövőjét uralhatja

Egyre többet hallani a hidrogénről, mint a jövő potenciális abszolút zöld energiaforrásáról. A leggyakrabban talán az autóiparból érkeznek híradások, ahol a világ leginnovatívabbnak és legzöldebbnek tartott autógyártója, a környezetbarát hibrid technológiát is jegyző Toyota, a technológia fejlesztésének egyik éllovasa már sorozatgyártott hidrogén üzemanyagcellás személyautót is kínál, de bemutatott és üzembe állított ezzel a technológiával működő targoncát, buszt és teherautót is. A hidrogén üzemanyagcella ugyanakkor nem csak közúti járművekben alkalmazható, hanem az otthonok/építkezések/gyárak áramellátásához is, valamint egyéb közlekedési eszközökben (vasút/hajó/repülőgép). Az USA-ban például már állami támogatás nélkül is gazdaságosan használható mobilházakban a nemzeti parkok területén (ahol már nem engedik a generátorok alkalmazását a zajszennyezés miatt). De mit is érdemes tudni erről az energiaforrásról, hogyan és milyen költséggel állítják elő, milyen mennyiségben áll az emberiség rendelkezésére, és milyen hatással lehet a mindennapjainkra a jövőben? Az alábbiakban erre keressük a választ.

Ez év januárjában világ meghatározó globális nagyvállalatai, autógyártók és energetikai vállalatok, köztük a legnagyobb és leginnovatívabbnak tartott autógyártója, a környezetbarát technológiák fejlesztésében élenjáró Toyota mellett az Air Liquide, az Alstom, az Anglo American (brit bányavállalat), a BMW, a Daimler, az Engie (francia gáztársaság), a Honda, a Hyundai, a Kawasaki, a Linde (német ipari gáztársaság), a Shell, és Total létrehozták a Hidrogén Tanácsot. A globális, magas szintű tanácsadó testület célja azon túl, hogy bemutassa a hidrogén alapú technológiák fejlesztése területén elért legfrissebb eredményeket az, hogy rávilágítson azoknak az energiaváltásban betöltött központi szerepére a klímacélok, az energiabiztonság és a versenyképesség vonatkozásában, és fellépjen a jobb alkalmazási körülmények, például a jogi környezet és a gazdasági szabályozói háttér érdekében. Ez utóbbinak egyik legfontosabb eszköze az együttműködés az ajánlások megfogalmazása a politikai döntéshozók, az üzleti közösségek, a nemzetközi és civil szervezetek számára.

De mi is az a hidrogén, és hogyan állítják elő?

A hidrogén egyatomos formában a világegyetemben előforduló leggyakoribb elem, kétatomos formában színtelen, szagtalan, íztelen, nem mérgező (egészségre nem ártalmas) gáz, amely a széndioxidtól eltérően nem járul hozzá a globális felmelegedéshez, az oxigénnel kémiai reakcióba lépve pedig vizet képez. A hidrogén mindaddig kevéssé robbanásveszélyes, amíg nem gyűlik össze zárt térben. Mivel a hidrogén gyorsan elillan, és nehezen halmozódik fel, egy külső szivárgás esetén nem éri el a gyulladási határt.

A hidrogén (H₂) előállítása több módon történhet, származhat fosszilis energiaforrásból (a földgáz és vízgőz reakciójával előállítva, ekkor „barna hidrogénnek” nevezik), megjelenik a vegyipar melléktermékeként (az úgynevezett „sárga hidrogén”), amely korábban nem került felhasználásra, és előállítható megújuló energiaforrásokból, így a víz elektrolízise révén (ideális esetben megújuló energiaforrásból – pl. szélerőmű vagy napelem – származó áram felhasználásával) vagy biomasszából. Németországban az FCV (Fuel Cell Vehicle – üzemanyagcellás jármű) töltőállomások számára előállított hidrogén 52 százaléka „zöld hidrogén”, amit a víz elektrolízise révén vagy biogázból nyernek ki. Európa általánosságban is remek potenciállal rendelkezik a szél/napenergiával, illetve biomasszából történő H2 előállításra, mert a világ élvonalába tartozik a megújuló energiaforrások alkalmazása és a ’Power to Hydrogen’ technológia terén.

Hogyan szállítják a hidrogént, illetve kell-e szállítani egyáltalán?

A hidrogén kisebb távolságokra történő (<50 km) szállítása csak marginális mértékben van hatással a jármű teljes CO₂-kibocsátására. Nagyobb távolságok (>200 km) esetében ez jelentősebbé válik. Ezért található a töltőállomások egy részében gyakran helyi vízbontó berendezés, vagy épp alakítanak ki töltőállomás olyan kemikáliákat előállító üzem területén/közelében, ahol helyben felhasználható a melléktermékként keletkező hidrogén. Nagyobb távolságok esetében, például hajókat alkalmazó, határokon/tengeren átnyúló energiatranszfer projekteknél teljesen más a helyzet, mert a hajók 200 tonna cseppfolyós hidrogént szállítanak. A Kawasaki célja a jövőben az (Ausztráliából Japánba tartó kéthetes hidrogénszállító hajóút esetén), hogy az ún. lefúvást (nagyjából naponta 1%, ami összesen kb. 10-12% veszteséget jelent) használja meghajtásra, így a hajó zéró károsanyag-kibocsátással üzemel majd.

Hogyan néz ki ma Európában a hidrogén infrastruktúra, és mi várható a közeljövőben?

Az Egyesült Államok a maga 60 hidrogén töltőállomásával még gyerekcipőben jár, de az állami támogatásnak (pl. Kaliforniában) köszönhetően rohamléptekkel halad előre, Japánban idén kezdték meg a hidrogén kúthálózat tömeges kialakítását és 2020-ra már 160 hidrogén töltőállomással számolnak országszerte, de mi a helyzet Európában? Európában már most bíztató a helyzet, jelenleg 81 nyilvános hidrogéntöltő állomás üzemel kontinens szerte (45 Németországban, 10 Dániában, 6-6 Norvégiában és az Egyesült Királyságban, 4-4 Ausztriában és Svédországban, 2 Hollandiában, és 1-1 Belgiumban, Franciaországban, Olaszországban és Svájcban), de ha a közeljövőben nyílna töltőállomás Magyarországon, még egy erősen elit klub tagjai lennénk. 2020-ra ugyanakkor a szakértők már összesen 520 európai töltőállomással számolnak (ebből 150 Németországban, 65 az Egyesült Királyságban, 15 Dániában), amiben nem kis szerepe van a kontinens adottságainak a megújuló energiaforrások területén. Kicsit még távolabbra tekintve Németországban 2023-ra már 400, 2030-ra az Egyesült Királyságban pedig 1150 hidrogéntöltő állomás megnyitását várják. Mindezzel a kontinens élen járhat a jövő abszolút zöld közlekedésének megvalósításában. A H₂ infrastruktúra költségei egyébiránt – az egész Európát lefedő kiépítettséget tekintve – jóval alacsonyabbak az elektromos infrastruktúráéhoz képest. Egy hidrogén töltőállomás kialakítása ma mérettől és helytől függően 300 000 euró és 2 millió Euro közötti összegbe kerül, de ez a költség folyamatosan csökken. Természetesen erre hatással van az is, hogy a hidrogént központilag, utólagos elosztás mellett, vagy helyben állítják elő.

Mennyibe kerül ma egy hidrogén üzemanyagcellás autó, milyen a hatótávja és mennyibe kerül tankolni?

Európában jelenleg egyetlen sorozatgyártott hidrogén üzemanyagcellás (FCV) személyautó kapható, egyelőre az sem minden országban (azokban az országokban elérhető, ahol van már hidrogén üzemanyagtöltő infrastruktúra és elérhető valamilyen mértékű állami támogatás az FCV-kre: ezek ma az Egyesült Királyság, Németország, Dánia, Hollandia, Norvégia és Svédország), ez pedig a Toyota Mirai. Az autó ára 66.000 Euro+ÁFA-tól indul, ami elsőre magasnak tűnhet, ám ne feledjük, amikor a Toyota húsz évvel ezelőtt bemutatta a Priust, a világ első sorozatgyártott hibrid autóját, az ára szintén magas volt, mára azonban az autógyártó több, mint 10,5 millió környezetbarát hibrid autót értékesített világszerte, a hibrid meghajtás pedig immáron a vállalat 34 modelljében érhető el a városi kisautó Toyota Yaristól a Lexus LC szupersportkupéig, miközben 2020-ra a Toyota világszintű értékesítésinek 50%-át teszik majd ki a hibridek, és nincs olyan vezető autógyártó amely ne kínálna egyre nagyobb számban hibrid modelleket. A hidrogén üzemanyagcellás technológia terjedésével így a hibridekéhez hasonlóan (amelyek ára ma nagyságrendileg egy hasonló felszereltségű dízel autóénak felel meg) az FCV-k ára is egyre versenyképesebb lesz majd. A technológiai fejlesztések igen gyorsan haladnak, ha pedig az alkatrészek nagy sorozatban készülnek majd, akkor a költségek már 2025-re visszaeshetnek a belsőégésű motorral hajtott járművek szintjére (a hidrogén technológiák fejlesztésének legutóbbi 20 éve során a Toyota 95%-kal csökkentette a költségeket). A Toyota ugyanakkor a technológia terjedésének elősegítésre céljából a Mirai-t jellemzően 4 éves bérleti konstrukcióban kínálja, nagyságrendileg 1.200 Euro körüli bérleti díjjal (amiből még lejönnek az állami támogatások).

A hidrogén üzemanyagcellás autók hatótávja (az egy tankolással megtehető távolság) vezetési stílustól függően ma 500-800 kilométer körül alakul, szemben az elektromos autók 100-400 kilométerével, a tankolás pedig a hagyományos tankoláshoz hasonlóan 2-3 percet vesz igénybe, míg ez az elektromos autók esetében gyorstöltővel is minimum 20 perc 80%-os feltöltés és közel egy óra 100%-os feltöltés esetén (normál háztartási konnektorból a teljes töltés 6-8 órát vesz igénybe).

A jelenlegi árak mellett egy FCV felhasználásának költsége hasonló egy azonos méretű dízelautó üzemeltetéséhez. A hidrogén ára ugyanis régiótól függően kilogrammonként 10 Euro körül mozog, ez azonban egyelőre egy mesterséges ár, mivel a H₂ gyártási költsége nagyban függ a gyártási eljárástól, és a jövőben várhatóan drasztikusan csökkeni fog.

Európában 100 km megtétele elektromos autóval ma nagyságrendileg 1200 Ft-ba kerül (idehaza ez az elektromos áram alacsonyabb árának köszönhetően kevesebb, ez azonban a jövőben változhat, gondoljunk csak a ma az állami bevételek tekintélyes részét képező, üzemanyagárakba beépített jövedéki adóra). Ugyanez ma FCV-vel 2280 Ft körül alakul, a közeljövőben pedig az infrastruktúra kialakulásával 1500 Ft körüli szintet érhet el. Ez ugyan még mindig valamivel magasabb, mint az elektromos autózás fogyasztása, a különbséget ugyanakkor bőven kompenzálja majd a nagyobb hatótáv és a gyorsabb töltés jelentette komfort.

Milyen ütemben terjedhet el a hidrogén üzemanyagcellás autók használata?

2015 októbere óta a világ jelenleg egyetlen sorozatgyártott FCV személyautójából, a Toyota Miraiból 3312 darab talált gazdára világszerte, ebből 1682 Japánban, 1523 az USA-ban, és 117 Európában (31 Németországban, 30 az Egyesült Királyságban, 13 Norvégiában, 10 Dániában, 9 Franciaországban, 8 Svédországban, 7 Hollandiában, 4 Belgiumban és összesen 5 a többi európai országban). Ugyanakkor a Mirai története nem csupán az értékesítési eredményekről szól: a jelenlegi fázisban a Mirai szerepe, hogy feloldja a ‘tyúk vagy a tojás’ kérdését, egyértelművé téve az energiaipari szolgáltatók és a kormányzatok számára, hogy ideje nekikezdeni az infrastruktúra fejlesztésének és kiépítésének. Bátran kijelenthetjük, hogy mióta a Toyota bemutatta a Mirai modellt, érezhetően megerősödött a hidrogénről szóló párbeszéd, és Európa-szerte, sőt világszerte hatalmas az érdeklődés. A modell ugyanis bizonyította, hogy a technológia nemcsak működőképes, hanem valós előnyöket is kínál, ami rendkívül fontos volt az FCV-k tömeges elterjedésének megalapozása szempontjából. A várakozások szerint 2020-tól évente több, mint 30000 üzemanyagcellás jármű talál majd gazdára világszerte, számuk pedig az infrastruktúra terjedésével, az autók árának és fenntartási költségeinek csökkenésével exponenciálisan növekszik majd.

Azt, hogy ezek a várakozások nem elrugaszkodottak, a legjobban talán a Toyota által 20 évvel ezelőtt világhódító útjára indított környezetbarát hibrid technológia példája illusztrálja: az első évben még csupán 300 Toyota hibrid kelt el, a másodikban már 18000, a harmadikban 33000, az első 1 millió darab eléréséhez 10 év kellett, az utolsó 1 millió hibrid Toyota és Lexus azonban kevesebb, mint egy év alatt talált gazdára. Érdemes megemlíteni, hogy a Toyota Mirai mindeközben úgy vett már most rendkívül ígéretes rajtot, hogy elterjedéséhez új hidrogén töltőállomás infrastruktúra kialakítása szükséges, míg a hibridek a kezdetektől a meglévő töltőállomás hálózatot használták. Az újonnan nyíló hidrogén kutak jelentős része egyébiránt felhasználóbarát módon, a meglévő üzemanyagtöltő állomások részleges átalakításával, bővítésével jön létre.

Európában egyébiránt a Toyota idéntől évi minimum 100 új Mirai eladásával számol, túlnyomórészt három ügyfélkörre, a kormányzatokra/hivatalokra, a HyFive program tagjaira és a Clean Energy or Hydrogen infrastruktúra vállalataira koncentrálva. A kormányhivatalok és politikai döntéshozók így megismerhetik és támogathatják a technológiát (kiváló példa a már Mirai-t használókra a Holland Infrastrukturális és Környezetvédelmi Minisztérium, a Hamburgi Kereskedelmi Kamara, a Londoni Tömegközlekedési Vállalat, Aarhus városa, stb.), a HyFive program résztvevői és a hidrogénpiaci szereplők (pl. :Linde, OMV, Air Liquide, Shell, NEL, ITM Power, Stedin, H2 Logic, Uno-X Hydrogen, Hydrogenics, HyOp), valamint a nagy flottával rendelkező magánvállalatok pedig adatokat gyűjthetnek az autók használatáról (pl.: Greentomatocars, Europecar). Kifejezetten fontos célcsoportot képviselnek emellett a modell ‘nagykövetei’, akiknek révén a nagyközönség felfigyel a hidrogén üzemanyagcellás technológiára, és a hidrogén alapú társadalomban rejlő lehetőségekre.

Annak érdekében, hogy minél hamarabb elterjedjen a valódi zéró emissziót jelentő hidrogén üzemanyagcellás technológia, a Toyota ingyenesen osztja meg az ezzel kapcsolatos több, mint 5600 szabadalmát valamennyi autógyártóval. Ez, és a tény, hogy a Hidrogén Tanácsban a Toyotán kívül is több vezető autógyártó szerepet vállal, a technológia a korábban vártnál is gyorsabb térnyerését hozhatja.

Hogyan lehet a hidrogén a mindennapok része az autózáson területén túl is?

„A hidrogén felhasználása nem jár CO₂-kibocsátással, és az oxigénnel reakcióra lépve elektromos energiát termel, amelynek mellékterméke a tiszta víz, és gyakorlatilag korlátlanul rendelkezésre áll: előállítható természetes gázból, biomasszából/bioüzemanyagokból, szennyvíziszapból, vízből, benne van a minket körülvevő világban a fáktól a tengerekig. A hidrogén további hatalmas előnye, hogy a hogy szállítható, és tárolható, míg az elektromos energia esetén például ez sokkal nehézkesebb. Ha azonban az elektromos energiát arra használjuk fel, hogy vízből hidrogént nyerjünk, szállítható és tárolható energiaforráshoz jutunk: a nyáron megtermelt hidrogént felhasználhatjuk télen, eljuttathatjuk délről északra, így a nap-, szél-, víz- és geotermikus, valamint bármilyen más időjárás- és helyfüggő természetes megújuló energiaforrást minden korábbinál szélesebb körben használhatjuk. Így elérhető a szinergia, ahol a különböző tervezhető (geotermikus- és vízenergia, valamint biomassza) és fluktuáló (nap- és szélenergia) megújuló energiaforrások egymásra épülve támogatják, kiegészítik egymást a hidrogén, mint energiahordozó közvetítésével.” – fogalmaz Varga Zsombor, a Toyota és Lexus márkák magyarországi kommunikációjáért felelős vezetője.

„A hidrogén ráadásul helyi megújuló energiaforrások segítségével is előállítható, ami csökkenti az energiaimport függőséget (csak az EU 400 milliárd Euro értékben importál energiahordozókat) és helyi szinten teremt munkahelyeket. Ennek révén tehát a hidrogén valóban az abszolút zöld energiahordozóként mindennapjaink minden területének részese lehet, a közlekedéstől az ipari termelésen át az energiatermelésig és otthonaink fűtéséig-hűtéséig.” – mutat rá a szakember.

A hidrogént egyébiránt már kétszáz éve alkalmazzák különböző területeken, ma éves szinten 50 millió tonna hidrogént használnak fel a világon például olajfinomítókban vagy épp ammónia előállításához. Ez, éves 20000 kilométeres futásteljesítménnyel számolva 250 millió Toyota Mirai fogyasztásának felel meg. Egy olyan jövőben azonban, ahol az üzemanyag-cella széles körben elérhető, az autók nem csak használni fogják az energiát. A Toyota például arra törekszik, hogy vadonatúj küldetéssel ruházza fel a gépkocsit, és az üzemanyagcellás járműveket energiafogyasztókból energiafejlesztő gépkocsikká minősítse át. Nem elég, hogy ezek a nulla károsanyag-kibocsátású járművek mérséklik környezeti terhelésünket, de emellett az energia előállítására és szolgáltatására is képesek lesznek. A Toyota FCV Plus tanulmányautó például olyan üzemanyagcellás gépkocsi, amely sikeresen megvalósította ezt az átállást, és az elektromosáram-termelő infrastruktúra elemeként aktív hozzájárulásával gyarapíthatja a közösséget. A jármű tiszta hidrogénből állít elő elektromos áramot: ezen funkciójában segít megóvni a környezetet, és az energiabiztonsági problémákra is fontos, releváns megoldást nyújthat. A Toyota FCV Plus üzemanyagcellája ugyanakkor nem csupán a fedélzeti tartályban tárolt hidrogénből képes elektromos energiát előállítani, hanem külső tárolásból származó hidrogént is képes felhasználni erre a célra. Így a jármű szükség esetén stacionárius áramfejlesztőként szolgálhat, akár a felhasználó otthonában, akár attól távol. Parkolás közben az autó a fedélzeten tárolt elektromos árammal más autókat, illetve a helyi infrastruktúra részeként a helyi energiahálózatot elektromos árammal ellátni. A Toyota FCV Plus üzemanyagcellája ráadásul nem csupán az autó fedélzetén fogható munkára: kiszerelhető a járműből, és áramfejlesztőként újrahasznosítható. A modell ezzel túllép az autók hagyományos funkcionalitásán. Ezek az üzemanyagcellák világszerte hasznos célokra felhasználhatók, és nagymértékben hozzájárulhatnak a helyi közösségek önfenntartásához.