Hírlevél feliratkozás
Pletser Tamás
2020. október 30. 17:10 Tech

A zöld hidrogén a mindent elsöprő megoldás?

(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

Tech

Nagy Zsolt
2024. február 27. 13:14 Közélet, Tech

Új formában térne vissza az Uber Budapestre

Az Uber Taxi nevet már tavaly bejegyezték, az engedélykérelmük azonban még elbírálásra vár.

Torontáli Zoltán
2024. február 18. 04:34 Élet, Tech

Megvan a rés a pajzson, engedélyeztethető egy erkélynapelem Magyarországon

A telepítéshez egyórányi villanyszerelő munka kell, de más nem, így mostantól akár a társasházi lakóknak is könnyen lehet napelemük.

Nagy Zsolt
2024. február 12. 15:41 Tech, Vállalat

Besokalltak a szédületes tempóban taroló Temutól a magyar e-kereskedők

Átrendezi az e-kereskedelmi piacot a Temu, a kereskedők a Gazdasági Versenyhivatalhoz fordulnak segítségért.

Fontos

Váczi István
2024. március 1. 04:34 Világ

Csak egyféleképpen tud győzni az orosz hadsereg Ukrajnában

Három súlyos hiányossággal is küzdenek most az ukránok, és ha nem tudják megoldani őket, célt érhet az orosz felmorzsolás.

Torontáli Zoltán
2024. február 28. 14:08 Adat, Pénz

Minden jel szerint készülhetünk a 400-410 forint feletti euróra is

Ha a papírforma forgatókönyv teljesül, akkor a forint lassú ütemben, de folyamatosan gyengülni fog a következő időszakban.

Pálos Máté
2024. február 28. 04:34 Közélet

Emberi jogok és eutanázia: hol húzódnak az egyéni önrendelkezés és az állami életvédelem határai?

Akár évtizedekig meghatározhatja a hazai életvégi döntésekről szóló közbeszédet, de az európai jogfejldődésben is mérföldkő lehet a Karsai vs. Magyarország ügyben az strasbourgi Emberi Jogok Európai Bíróságán (EJEB) a közeljövőben várható ítélet.