A Toyota egy olyan erőművet épít Kaliforniában, amely naponta 2,35 megawatt elektromos áramot és 1,2 tonna hidrogént fog termelni. Az áramot kapásból értjük, de minek a hidrogén? A japánok továbbra is nagyon elszántnak látszanak a gáz energetikai jövőjével kapcsolatban, és a hidrogénnel nagyrészt a speciális nyerges vontatóikat akarják majd meghajtani.

Régóta tudjuk, hogy a hidrogénben elvileg óriási lehetőség rejlik, de eddig sehogy sem sikerült lendületet adni a kiaknázásának. Talán éppen az elektromos autók és teherautók terjedése hozza meg az áttörést, de az is lehet, hogy a hidrogén hívői egy technológiai zsákutcában robognak.

Amióta az elektromos autók terjednek, senkinek sem kell nagyon magyarázni, hogy a sikerhez három fő technológiai problémát kell leküzdeni: az áram környezetbarát előállítását, a tárolását és a töltőhálózat kialakítását. A hidrogénnel ugyanez a helyzet, csak egyelőre még ott sem tartanak vele, mint az elektromos mobilitással. A két technológia persze összeér, hiszen a hidrogénnel hajtott jármű valójában elektromos, azzal a különbséggel, hogy a fedélzetén vitt gázból helyben állítja elő az áramot magának, az úgynevezett üzemanyagcellában.

A technológia már nagyon régóta ismert, de mivel mégiscsak egy elektrokémiai reakcióról van szó, a mai napig sokan nehezen értik. Legegyszerűbben talán úgy képzelhető el, mintha fognánk egy nagy szűrőt, és a hidrogéngázt átszűrnénk vele. A hidrogénatom egyetlen protonból és egyetlen elektronból áll, és képzeljük el, hogy a szűrőn csak a protonok tudnak átmenni. Az elektronoknak muszáj egy vezetéken keresztül, kerülőúton átjutniuk a másik oldalra, ahol oxigén van, és ahol mindez (proton+elektron+oxigén) úgy egyesül, hogy H2O, azaz víz lesz belőle. Ez egy nagyon durva egyszerűsítés, de arra jó, hogy lássuk a lényeget: az elektronokat sikerült egy vezetéken keresztül elvezetni, vagyis hidrogén felhasználásával elektromos áramot nyertünk.

Az elektromos autókban használt akkumulátorokkal (és minden elemmel) szemben az üzemanyagcellában az a vonzó, hogy ha adagoljuk bele a hidrogént, akkor az áram folyamatosan keletkezik. Amikor egy akkumulátor lemerül, akkor az elektronokat vissza kell zavarni az eredeti helyükre, ez a töltés folyamata. Az üzemanyagcellában viszont nincs ilyen kényszer, csak a hidrogéntankot kell újratölteni, ha kifogyott belőle a gáz.

A Toyota üzemanyagcellás autójának motortere. Fotó: AFP/Europress

Mivel a végtermék víz és hő, a technológia teljes mértékben környezetbarát. Elvileg. Gyakorlatilag viszont csak akkor, ha a hidrogént is környezetbarát módon állítják elő. Az ipar régóta aktív használója a hidrogénnek, főleg ammóniát gyártanak belőle vagy növényi olajokat telítenek, utóbbiból lesz a margarin, amit a kenyérre kenünk. Csakhogy a hidrogént általában földgázból nyerik. Ez azért nem jó, mert egyrészt nem szabadulunk meg a fosszilis forrástól, másrészt a földgáz közvetlenül is lehet üzemanyag, vagy előállítható belőle közvetlenül áram, így elég feleslegesnek tűnik hidrogént gyártani belőle, hogy aztán majd abból legyen áram.

A Toyota üzeme biomasszából fogja előállítani a villamos energiát, és a hidrogén a gyár mellékterméke. Ez így már környezetbarát, de az erőmű csak 1500 személyautó napi átlagos üzemeltetéséhez elegendő hidrogént fog előállítani, ezért nagy kérdés, hogy hol van a Földön annyi biomassza, amely autók millióit el tudná látni hidrogénnel.

Természetesen az lenne a legjobb, ha a hidrogént vízből nyernénk ki, mert akkor zárt lenne a kör: az anyag visszaalakulna a kezdeti állapotába. Ezzel viszont az a bökkenő, hogy jóval nagyobb energiabefektetés kell hozzá, mint amennyit az üzemanyagcellában ki tudunk nyerni. Vagyis a zárt kör folyamán sok energia megy pocsékba. Könyvtárnyi tudományos irodalma van már a vízbontással kapcsolatos fejlesztéseknek, a nyerő technológiát azonban eddig nem sikerült megtalálni.

Ha napelemből származik az áram, amellyel vizet bontanak, az jó ötletnek tűnik, de egyrészt problémás, hogy a rengeteg napelem előállításához is rengeteg energia kell, másrészt megint ott vagyunk, ahol a földgáznál: minek iktassuk közbe a hidrogént, azaz miért ne használjuk inkább a napelem villamos energiáját közvetlenül, ha van akkumulátoros autónk és energetikai hálózatunk?

Jelenleg az úgynevezett fotolitikus fejlesztések tűnnek a legígéretesebbnek. Ez (megint csak durva egyszerűsítéssel) azt jelenti, hogy a vízhez olyan katalizátort kevernek, amely lehetővé teszi, hogy a napsütés hatására, annak energiáját felhasználva beinduljon az elektrolízis, és elkezdjen termelődni a hidrogén. Az igazán jó, és üzletileg is racionális katalizátorokat azonban még nem nagyon találták meg.

Ha meg is van a hidrogén, rögtön adódik a tárolás problémája. Ez a gáz ugyanis szobahőmérsékleten és normál nyomáson nagyon nagy helyet foglal. Túl nagyot ahhoz, hogy csak úgy magával tudja vinni egy autó: egyetlen kilogramm gázhoz 12 köbméteres tartályra lenne szükség. Ezért a hidrogént jól össze kell préselni, ami azzal jár, hogy a nyomása megemelkedik, a ma kapható hidrogénüzemű autók tankjaiban többnyire 700 bart alkalmaznak. Ami a normál légköri nyomás 700-szorosa. Ez egyrészt ijesztően sok, másrészt a fizika itt sem kegyelmez, az összenyomáshoz energiát kell befektetni a hidrogénüzemben.

Milyen érzés lehet egy 700 bar nyomású hidrogéntank felett ülni egy autóban? Ettől sokan félnek, de nagyrészt alaptalanul. Tart ott a technológia, hogy a tank nem ereszti a gázt, és az autókba úgy építik be, hogy ütközésnél se tudjon megsérülni. Egyébként a hidrogén csak akkor robban, ha alágyújtanak, de ez ugyanúgy igaz a benzintankra is. Ha elkezd szivárogni, akkor az irtózatos nyomás lehet ugyan veszélyes, de ha nincs semmi az útjában, akkor a hidrogén elszisszen a környezetbe, anélkül, hogy kárt okozna. Ha pedig csak szivárog, akkor még a nyomása is veszélytelen.

A rakétákat folyékony hidrogén és folyékony oxigén reakciója hajtja, ez egy nagy erejű robbanás, de az autókban nem ez a technológia van, másrészt látszik, hogy még ez a folyamat is kordában tartható.

Egy autó tankolásánál a töltőpisztoly ráhelyezésével olyan zárt rendszer jön létre, amely szintén nem engedi ki a gázt. Ennek még annál is kisebb az esélye, minthogy egy mai benzinkúton elfolyjon az üzemanyag.

Magyarországon még nincs hidrogéntöltő, és Nyugat-Európában is országonként elég változó a lefedettség, de amint például ezen a térképen is látható, a helyzet bizonyos részeken már nem is olyan rossz. Az elektromos töltőkhöz képest a hidrogén le van ugyan maradva, de egy hidrogénnel hajtott személyautó egy töltéssel elmegy 4-500 kilométert, vagyis nem kell neki olyan sűrű kúthálózat, mint az akkumulátoros társainak. Ráadásul a töltés nem vesz igénybe több időt, mint egy benzines/dízeles járműnél, így a hálózat logisztikailag sokkal jobban illeszthető a mai benzinkúthálózathoz. Nem kell feltétlenül a munkahelyeknél vagy a lakóövezetekben sok egyedi töltőt felállítani.

A Bloomberg elemzése arra hívja fel a figyelmet, hogy a hidrogénes technológiát a japánok, élükön a Toyotával pusztán azért nyomják, mert lojálisak a hazai ipari stratégiához, amelynek régóta része a hidorgénalapú gazdaság megteremtése. Ezzel azonban lehet, hogy megint bakot lőnek, mint annak idején a Betamax nevű videórögzítési szabvánnyal, amely végül minden kapálózásuk ellenére is elbukott a VHS-sel szemben. A Toyota és a Honda mellett a nagyobb gyártók közül jelenleg a Hyundainak és a Mercedes-Benznek van kereskedelmi forgalomban kapható hidrogénes autója, de a koncepcióval szinte minden cég kísérletezik.

Azért is teszik ezt, mert a hidrogént nagyon régóta sok helyen használják már a városi buszos közlekedésben. Igaz, legtöbbször csak kísérleti jelleggel, de elég jó eredményekkel. Ebből a szempontból is érdekes, hogy a Tesla, amely nem híve a hidrogénes jövőnek, nemrég mutatta be a tisztán elektromos hajtású kamionját, és ennek kapcsán előjött az a korlát, hogy egy ilyen teherjárműnek magával kell cipelnie az akkumulátorát. Igaz, a lítium-ionos technológiák fejlesztésén is gőzerővel dolgozik az ipar, de jelenleg még problémás, hogy egy elektromos kamionnak az egyik legnagyobb terhe maga az akkumulátor.

A hidrogén ezzel szemben könnyű, a buszokon például a tartályok gyakran a tetőn vannak, ami nem csak kényelmes elhelyezés, de arra is jó, hogy az utasok ne féljenek a lábuk alatt elhelyezett 700 bar nyomástól.

Hidrogénnel üzemeltetett busz Londonban. Fotó: Wikimedia

Amerikában a Nikola nevű nemrég indult vállalkozás óriási felhajtással mutatta be a hidrogénes vontatóját, tulajdonképpen megpróbál a kamionpiac Teslája lenni. Ami egyébként azért nem rossz ötlet, mert a hidrogén használata a teherautóknál és a buszoknál tényleg racionálisabb lehet. Ha az említett rengeteg akadály ellenére sem bukik el a hidrogénes fejlesztés, akkor előfordulhat, hogy a hidrogén úgy váltja majd a teherautókban a gázolajat, mint az személyautókban az akkumulátor a benzint.

A Nikola legalább olyan nagyokat ígér, mint a maga piacán a Tesla, tíz év alatt 700 saját töltőállomással szórnák meg az Egyesült Államokat, mert tudják, hogy ez lehet a terjedés legnagyobb gátja (a Tesla sem a meglévő töltőkre engedné rá az elektromos kamionjait, hanem új hálózatot tervez építeni). A szeptemberben bemutatott Nikola kamion a fuvarozók számára talán jobb paramétereket ígér, mint a Tesla, de egyelőre mindkét vállalkozás csak az ígéretek földjén teljesít.

G7 támogató leszek! Egyszeri támogatás / Előfizetés

Élet Tech autó elektromos autó hidrogén kamion Nikola tesla üzemanyagcella víz vízbontás Olvasson tovább a kategóriában