(A szerző az Erste Befektetési Zrt. olaj- és gázipari elemzője. A Zéróosztó a G7 elemzői szeglete.)

Zöld hidrogén alatt olyan módon előállított H2 molekulát értünk, amit zöld (karbonmentes) áramforrásból víz bontásával és elektrolízis segítségével gyártanak. Megkülönböztetünk még szürke és kék hidrogént – mindkét esetben a folyamat egy fosszilis energiahordozóból, metán (földgáz) vagy kőszén reakciójából indul. A legismertebb eljárás az úgynevezett gőz reformálás^*angolul steam reforming, melynek során a metán első lépésben hidrogénné és szén-monoxiddá bomlik hő és nikkel katalizátor segítségével, majd a második lépés során a szén-monoxid és vízmolekula bomlásával szén-dioxid és további hidrogén keletkezik. A lényegi különbség a két eljárás között, hogy a kék hidrogén esetén a gyártás során keletkezett szén-dioxidot visszasajtolják a Föld felszíne alá, ami így nem jár szén-dioxid-kibocsátással^*ez a szénleválasztás és -tárolás, angolul carbon capture and storage, CCS, míg a szürke hidrogén esetén egyszerűen kiengedik a szén-dioxidot a légkörbe.

Az ipari hidrogéntermelés nem új keletű. Már a múlt század elején ismerték a gyártás legtöbb ma is használt eljárását. Az 1910-es és 1920-as években jelentős technológiai áttörések történtek, például a már említett gőz reformálás, és a műtrágyagyártás alaplépését, a Haber-Bosch eljárást is ekkor kezdték először alkalmazni. A publikum is ismerte már a hidrogént, ha másból nem, hát a Zeppelin LZ 129 Hindenburg léghajójának 1937-es katasztrófájából, amit a hidrogéngáz látványos berobbanása okozott.

A globális hidrogéngazdaság napjainkban évi 100 milliárd dollár feletti értéket termel mintegy 120 millió tonna hidrogén (ebből 75-80 millió tonna nagy tisztaságú hidrogén) előállításával. A Nemzetközi Energiaügynökség becslése szerint a hidrogénelőállítás a világ energiaszükségletének 4 százalékáért felelős. A megtermelt hidrogén 55 százaléka az ammóniaszintézishez szükséges, ami a műtrágyagyártás alaplépése, 25 százalékot a finomítói szektor használ el, míg 10 százalékából vegyipari alapanyagot, metanolt gyárt az emberiség. Az átlagember keveset hall és lát ebből, mivel a megtermelt hidrogén döntő többségét egy adott helyen termelik és ott is használják fel, így nincs tőzsdei árfolyam vagy aktív kereskedés erre a termékre.

A világ tiszta hidrogén iránti kereslete (millió tonna). Forrás: Nemzetközi Energiaügynökség

A termelés 99 százaléka jelenleg szürke hidrogén, vagyis földgáz és kőszén felhasználásával és szén-dioxid kibocsátásával gyártott H2. Ennek az oka, hogy messze ez az eljárás a legolcsóbb: egy kilogramm előállítása a fosszilis alapanyag árától függően jelenleg 1-1,8 dollár. A zöld hidrogén ezzel szemben 2,5-6,8 dollárba kerül kilogrammonként. Szerencsére a helyzet javulhat: az olcsóbb megújuló energia, a jobb hatékonyságú elektrolízis^*főleg az úgynevezett PEM eljárás és a nagyobb mérethatékonyság következtében akár 30 százalékkal is csökkenhet az utóbbi gyártási eljárás költsége.

A hidrogén-előállítás költsége forrásoldalról 2018-ban (dollár/kg). Forrás: Nemzetközi Energiaügynökség

A hidrogén több ok miatt került a figyelem középpontjában az elmúlt két év során. Egyrészt alapvetően nem egy új energiaforrásról van szó, hanem egy hatékony energiatároló eszközről. Mivel vízből bőven van a Földön, ezért a hidrogén gyakorlatilag egy korlátlan energiatárolási lehetőséget ígér, akár hosszabb időtávra is. Ez a kémiai elvekre alapuló akkumulátorokra – mint a lítium-ion – nem igaz, hiszen ezek tárolókapacitása alacsony, használatuk időben korlátos (hosszú állástól kisülnek), az előállításhoz szükséges anyagok (például lítium, kobalt, grafit, nikkel, réz) sokkal végesebbek, mint a víz. A hidrogén ráadásul színtelen, szagtalan és nem mérgező gáz szobahőmérsékleten, a légkörből hamar eltűnik.

A hosszú távú energiatárolásra pedig igencsak szükség van. Gondoljuk csak meg, hogy míg a megújuló energiatermelés az északi félgömb 30. és 50. szélessége között – ahol az emberiség többsége él – elsősorban március és november között jelentős, addig a fogyasztás pont a téli időszakban nagyobb. Arról nem is szólva, hogy a megújuló energiatermelés kedvező lehetőségei nem feltétlenül esnek egybe a fogyasztási központokkal. A legjobb példa erre talán Kína, ahol a szélkapacitás döntő többsége az ország nyugati részén van, míg a keleti tengerparton van a legnagyobb népességsűrűség.

Sajnos ezzel ki is merül a lista a hidrogén előnyeiről.

Hátránya viszont bőven van: azonos térfogatra vetített energiasűrűsége még lehűtött, cseppfolyós formában vagy 700 bar nyomás mellett is majdnem négyszer kisebb a benzinnél, így jóval nagyobb térfogatú tárolóeszköz szükséges ugyanakkora energiamennyiség biztosításához. Az atomok kisméretűek, ezért könnyen átjutnak minden anyagon, tehát a tartályok falát ennek megfelelően kell megtervezni és szigetelni. A hidrogén sok fémet rideggé és törékennyé tesz, ezzel megbonyolítja többek között a csővezetékek és tartályok tervezését. Végezetül, ha emlékszünk a kémiaóráinkra, a hidrogén oxigénnel keveredve durranógázt alkot, tehát különösen kell vigyázni arra, hogy ez ne történjen meg.

Közgazdasági oldalról – a fenti okok miatt relatíve drága infrastruktúra mellett – gondot okoz, hogy a teljes tárolási ciklus (elektromos áramból hidrogént gyártunk, majd azt visszaalakítjuk elektromos árammá) hatékonysága nagyon alacsony: a Nemzetközi Energiaügynökség szerint 30 százalék alatt van, míg más források inkább 15-20 százalékot becsülnek a jelenlegi technológiával. Nem véletlen, hogy ahol csak lehet, a megtermelt elektromos áramot igyekeznek helyben elfogyasztani. Ez például jelentősen kihat a személygépkocsiknál lévő technológiai versenyre, ami az akkumulátoros elektromos hajtás és a hidrogén üzemanyagcellás autók között zajlik, hiszen míg előbbieknél csak 15 százalék ez a hatékonysági veszteség, addig a hidrogéncellás autó esetében akár 80-85 százalékos áramveszteséggel is számolhatunk. Ha a hidrogént nem cseppfolyósra hűtött vagy nagynyomású tartályokban, hanem például ammónia formájában akarjuk tárolni – ami biztonságosabb –, akkor ez a hatékonyság további veszteségével jár.

Ezekkel együtt, több igencsak ígéretes területe van a zöld hidrogénnek,

ahol valóban olyan megoldást hozhat, amely nem jár szén-dioxid kibocsátásával. Ezek közül a legfontosabb a zöld áramtermelés, ami azt jelenti, hogy megújuló forrásból származó áram tárolását lehet ezzel megoldani. Fontos szerepe lehet a hidrogénnek a mobilitásban, elsősorban a nehézgépjárművek, hajók, mezőgazdasági eszközök és a repülés esetében, ahol az akkumulátoros megoldás nem jön szóba a nagyon alacsony energiasűrűsége miatt. A hidrogén felhasználható a házak, lakások fűtéséhez is (15 százalékig bekeverve a földgázba még a mostani gázcsöveket sem kell lecserélni). Új perspektívák nyílnak az iparban, például a műtrágyagyártás, üveggyártás vagy a vegyipar alapanyagnak használhatja a H2 gázt. Különösen izgalmas terület lehet az acélipar, amely sokáig szinte bevehetetlen bástyának tűnt, legalábbis ami a kokszolható szén felhasználását érinti. A hidrogén azonban alkalmas lehet a nyersvastermelésben az oxigén redukálására, így helyettesítheti a feketekőszénből előállított kokszot.

Nem véletlen, hogy az egyes előrejelzések körülbelül hatszoros emelkedést becsülnek a most és a 2050-ben előállított hidrogén mennyisége között. A nagyobb kutatóintézetek közül a Bloomberg New Energy Finance 696 millió, a Hydrogen Council 622 millió tonnás globális hidrogéntermeléssel számol 2050-re.

Összességében elmondható, hogy a zöld hidrogéntermelésnek van jövője, hiszen olyan alkalmazásokban is szén-dioxid-mentes energiát vagy alapanyagot biztosíthat, ahol más módon ezt nem tudjuk megtenni. Ezzel együtt az elterjedés sikere nagyban függ a jövőbeli technológiai megoldásoktól. A zöld hidrogén előállítása ugyanis drága, még mindig legalább kétszer-négyszer drágább, mint a fosszilis energiahordozók előállítása. A hozzá kapcsolódó infrastruktúra (tárolók, szállítóeszközök, csövek) felépítése szintén nagyon költséges, a fosszilis anyagok tárolására és szállítására használt berendezések jelentős része pedig használhatatlan ebben a felállásban.

Sajnos oda juthatunk, amit a korábbi cikkemben írtam le, hogy jelentős technológiai áttörések nélkül (például jobb hatékonyságú elektrolízis, jobb hidrogéncella-hatékonyság, masszívabb szénszálas megoldások) a zöld átalakulás egy alacsonyabb életszínvonalat eredményezhet. Ezt pedig nehéz lesz eladni a széles publikumnak, mivel fogyasztani mindenki szeret.

Kapcsolódó cikkKapcsolódó cikkCsökkenhet a jólét, ha nagyon gyorsan tisztább Földet szeretnénkAz emberek szívesen áldoznak arra, hogy zöldebb legyen a környezet, de van egy pont, ahol a költségek már fájnak.

G7 támogató leszek! Egyszeri támogatás / Előfizetés

Tech ammónia energiatárolás hidrogén szén-dioxid zöldenergia Olvasson tovább a kategóriában