Nem csak bombához vagy szőkítésre – ha nem érted a hajcihőt a hidrogén körül, röviden megmagyarázzuk

Hogy működik a hidrogénüzem?

Bizonyára senki nem emlékszik – mi sem szoktunk – a kémiaórán tanultakra, de egy vegyi folyamatot muszáj most felidéznünk: az elektrolízist. Szóval, ha áramot vezetünk a vízbe, a vízmolekulák felbomlanak hidrogénre és oxigénre. Ennyi, ilyen egyszerű, így lehet hidrogént termelni. Felhasználni pedig fordítva lehet, például áramtermelésre: a hidrogén és oxigén egyesülésekor víz keletkezik, és elektromos áram.

Ez a folyamat az úgynevezett tüzelőanyag-cellákban zajlik, katalizátor segítségével, de ennek részleteit most nem fejtjük ki.

Képzeljük el úgy a tüzelőanyagcellát, mint egy kompakt, mini vegyi gyárat, amibe belerakjuk a szükséges hozzávalókat, leginkább hidrogént, és a végén kijön a víz meg az áram.

Ezeknek a dobozkáknak a szerepe olyasmi, mint az akkumulátoré: beletesszük az autóba, adunk neki hidrogént üzemanyagként, és meghajtja az elektromos árammal működő motort. (Tehát a hidrogénüzemű autókban is elektromos motor van, csak nem akkumulátorból, hanem hidrogénből nyeri az energiát.)

Az a jó, hogy a tüzelőanyag-cellák modulárisan akármekkorára építhetőek, mint a legókockák. Kicsiben kocsiban, közepes méretben egy ház energiaellátásában, nagyban egy egész erőműben is működhetnek, amely egy városrész számára szolgáltat áramot. (Persze, az üzemanyagcellákból többfélét fejlesztettek már, más típus alkalmas arra, hogy sokszor ki-be kapcsolgassák, mint az autókban, és más típus tud inkább folyamatosan működni, mint az erőművekben.)

Mire jó a hidrogén?

A hidrogén alapvetően arra alkalmas – és erre egyre nagyobb szükség van –, hogy tárolhatjuk benne az áramot. Például egy napelemes rendszer termel egy halom energiát nyáron, és ennek egy részét szeretnénk eltenni télre – tartalékolhatjuk akkumulátorban is, csakhogy a szükséges nyersanyag híján annyi akkumulátor a világon nem lesz, hogy a Föld energiaszükségletét biztosítsuk vele.

De azt is megtehetjük, hogy a fölösleges áramból a fenti folyamatok révén, a víz bontásával hidrogént gyártunk.

Ezt hívják egyébként zöld hidrogénnek (a földgázból előállított hidrogén szürke néven fut). A hidrogént pedig nagyjából úgy kell tárolni és szállítani, mint a földgázt, tartályokban és vezetékekben. S így akkor, amikor szükségünk van rá, felhasználjuk a tüzelőanyagcellákban, legyenek azok autóban vagy erőműben.

Miért pont a hidrogén?

A fentieken túl azért, mert a különböző energiatárolási, -termelési és -szállítási folyamatokban sok energia tud elveszni. A hidrogén esetében azonban viszonylag kevés energia vész el: például a hidrogénes autó hatásfoka körülbelül duplája a belső égésű motorénak. Egy átlagos benzinüzemű autó energiatartalma ugyanis nyolcvan százalékban elvész, csak húsz százalék jut el a kerekekig. A dízel jobb hatásfokú, viszont a szennyezése magas. A hidrogénes erőművek áramtermelés esetén pedig nagyobb hatásfokkal működnek, mint a duzzasztós vízerőművek.

Milyenek a hidrogénüzemű autók?

Jók. Az akkumulátorral működő elektromos kocsikhoz képest előnyük a sokkal nagyobb a hatótávolság. A Toyota Mirai hivatalosan 480 kilométert tud megtenni egy tankolással, de mértek többet is különböző tesztek során. Nyilván ez attól is függ, hogyan alakítják ki a járművet, minek a rovására növelik a hatótávolságot. Egyelőre kevés hidrogénkút van, például Magyarországon csak egy, tehát szükség is van a nagy hatótávolságra. Később azonban ez talán nem lesz olyan fontos. Mindenesetre a nagyobb távot megtevő nehézgépjárművek esetében jobb megoldás, mint az akkumulátoros elektromos meghajtás.

A tankolás pedig pont olyan egyszerű, mint a benzinkutaknál, három-négy percet vesz igénybe.

A szennyezésük nulla, hiszen vízgőzt bocsátanak ki, ha pedig zöld hidrogént hasznosítanak, akkor közvetve sem köthető széndioxid-kibocsátás a működésükhöz (például az akkumulátoros elektromos autóknál ez attól függ, milyen árammal töltjük fel a kocsit: ha szénerőmű termelte, akkor elég sok üvegházgáz-kibocsátás köthető az üzemeltetéshez).

Most akkor azt hisszük, minden hidrogénnel fog működni a jövőben?

Nem. A közlekedésben inkább a járműhajtások valamilyen „portfóliájára” számíthatunk a jövőben, nem egy adott hajtáslánc olyan dominanciájára, mint ami nemrég még a belső égésű motorok esetében volt tapasztalható. Mindenesetre ez azért is jó, mert az olajalapú közlekedés kiszolgáltatott az olaj árának, ami hatással van az egész gazdaságra. Sokkal függetlenebb lehet a rendszer, ha a logisztika több lábon áll. Ugyanez igaz az energiatermelésre is. 

Az sem utolsó szempont, hogy a helyi nap- és szélerőművel termelt áramból készült hidrogén eladásával

a haszon a régióban marad, szemben az olajból és gázból származó jövedelemmel.

Dél-Koreában üzemel hidrogénnel egy 59 megawattos kiserőmű már évek óta, Japánban pedig mintegy 120 ezer darab háztartási méretű tüzelőanyag-cellát használnak. Ez egyébként elég drága megoldás, de a modern technológiákért rajongó japánok körében népszerű, illetve ott a földrengések miatt előforduló áramkimaradást is sokan szeretnék kivédeni a függetlenedéssel.

Európában most a dél-olaszországi Sannio Egyetem kutatói építették meg a kontinens első olyan házát, amely hidrogénnel működik. A Beneventóban álló építmény kollégiumként szolgál, emellett laboratóriumként is működik majd. A ház önfenntartó rendszer, tehát napelemek adják hozzá a hidrogént, illetve árammal működik a hőszivattyús (geotermikus) fűtés. 

Magyarországon körülbelül tucatnyi tüzelőanyag-cellás mini erőmű működik, szünetmentes tápegységekként mobiltelefonos átjászótornyok aljában: hogy akkor is lehessen telefonálni, ha hálózati áramkimaradás van.