A hidrogén üzemanyagú autók előnyei és hátrányai
A hidrogén a világegyetem legősibb és leggyakoribb kémiai eleme, amely a csillagok, bolygók és az élet alapja. Színtelen, szagtalan gáz, amely égéskor vizet képez, és egyre fontosabb szerepet kap az energiatermelésben. Az ipari forradalomtól napjainkig a tudományos kutatás, a repülés és az űrkutatás motorja volt.
A hidrogén a legkönnyebb kémiai elem, amely a víz és az élő szervezetek alapja. Energiatárolóként, üzemanyagként és hűtőközegként is kulcsszerepet tölt be az emberi civilizációban.
Melyek a hidrogén főbb jellemzői, és hogyan viselkedik a természetben? Színtelen, szagtalan gáz, amely égéskor vizet képez, és rendkívül könnyű. Gyorsan reakcióba lép más elemekkel, így fontos építőeleme az életnek és az energiatermelésnek.
A hidrogén történelmi háttere és felfedezése
Robert Boyle és Henry Cavendish voltak az elsők, akik előállították és felismerték a hidrogént. Antoine Lavoisier nevezte el „víznemzőnek”, utalva arra, hogy égése során víz keletkezik.
A hidrogént először léghajókban és motorokban hasznosították, majd az atomenergia és a rakétahajtóművek területén vált nélkülözhetetlenné. Ma már akkumulátorokban, erőművekben és űreszközökben is szerepet kap.
A hidrogént tehát az emberiség a kezdetektől használja, csak éppen nem tudott róla. Ez azért mégis vagányabb név, mintha szóösszevonással inflairnek hívnánk. Ezt François Isaac de Rivaz építette meg, de nem a „Gonosz HáttérHatalom gyíkemberei” tussolták el a létét: egyszerűen hidegen hagyta a nagyközönséget a belsőégésű motor.
Habár a hidrogén meghajtású belsőégésű motor eltűnt a süllyesztőben, a hidrogéngáz sikere egyre magasabbra emelkedett - szó szerint. A következő fél évszázadban, egészen a Hindenburg 1937. május 6-án New Jersey felett bekövetkezett katasztrófájáig, a hidrogén volt a repülés elsődleges hajtóanyaga.
A Hindenburg katasztrófája
James Dewar 1898-ban kitalálta, hogyan tudja cseppfolyósítani, majd az amerikai kémikus, Harold C. Az 1932-ben felfedezett nehézvíz (vegyjele: D2O vagy ²H2O, mivel a deutériumé D2/2H) az atomreaktorokban és így az atombomba előállításában játszotta a legnagyobb szerepet.
A hidrogén 1977 óta az akkumulátor gyártásban is szerepet kapott, és a nikkel-hidrogén (NiH2) akksik látnak el árammal több műholdat, a Nemzetközi Űrállomást vagy éppen a Mars Reconnaissance Orbitert.
A Hubble űrtávcső NiH2 akkumulátorai
A hidrogén szerepe a közlekedésben
Mostanra már a legtöbb autógyár és iparági szakértő egyetért abban, hogy az akkumulátoros villanyautók jelentik az autózás jövőjét - és ez a jövő már el is kezdődött. Akárhogy is, akad még úgy 2 milliárd belsőégésű motoros jármű a Földön és beletelik még legalább 20 év mire ezek kikopnak az utakról - addig pedig tankolni kell őket.
Épp 15 évvel az első Prius után, nemrégiben az első Toyota Miraik is megérkeztek Európába. A hidrogén üzemanyagcellás autók közül pedig elsőként a Toyota Mirai lépett piacra - tavaly decemberben Japánban. Hamarosan pedig Európa egyes piacain is elérhető lesz a forradalmi modell, amelynek első példányai múlt hétvégén, az első Prius európai megjelenését épp 15 évvel követve érkeztek meg a kontinensre.
A mára csaknem almárkává vált Prius jelentése „élen, a többiek előtt járni” - nem véletlenül, hiszen a modell valósággal megelőlegezte a villanymotoros mobilitás új korszakát, a Toyotát a hibridek úttörőjévé és piacvezetőjévé tette. Most a Toyota Mirai (a japán szó jelentése „jövő”) első, európai piacra szánt, sorozatgyártású példánya is megérkezett. Akárcsak elődjére, rá is úttörő szerep vár a tiszta üzemű mobilitás elterjesztése terén, hiszen üzemanyaga hidrogén, működése során pedig kizárólag vízpárát bocsát ki magából.
A Mirai forgalmazása szeptemberben csakis azon európai piacokon tud elkezdődni, amelyeknél elérhető a hidrogéntöltés. Ezek Nagy-Britannia, Németország és Dánia. A benzin- és áramtöltéstől elszakadó modell nettó alapára 66 ezer euró, azaz 20,4 millió forint lesz - gyakorlatilag teljes felszereltséggel.
Olcsó benzinüzemű áramfejlesztők
A hidrogén paradoxona
A hidrogén legnagyobb paradoxona az: önmagában zöld és nem szennyez, termelése viszont szennyező lehet, szállítása bonyolult (magas robbanásveszéllyel jár), ráadásul a célba juttatás további szén-dioxid-kibocsátással jár. A tárolása pedig drága, és egyelőre nem lehet életképes kereskedelmi hálózatról beszélni a hidrogén tekintetében, különösképpen a nélkülözhetetlen rendkívül szigorú biztonsági előírások betartása és az ezek okán légballonként növekvő költségek kettőse miatt.
A hidrogént, miután előállították, komprimálni, hűteni kell, majd szállítani a töltőállomásra, ami egyáltalán nem egy energiahatékony folyamat. Miután a járműbe kerül, a hidrogént elektromossággá kell alakítani, és itt komoly hatékonysági problémák merülnek fel újfent.
A hidrogén nem szabadon álló vegyület, hanem már más anyagokkal kombinálva van jelen; a hidrogén elválasztásához pedig energiát kell fogyasztanunk. Csak miután energiát fogyasztottunk, és hozzáfértünk a szabad hidrogénhez, tudjuk azt elégetni.
A probléma az, hogy a megspórolhatatlan folyamat miatt a hidrogén elégetése kevesebb energiát termel, mint amennyi szükséges ahhoz, hogy leválasszuk a hordozó vegyületekből.
Vannak olyan módszerek a hidrogén előállítására, amelyek megújuló energiaforrásokat használnak, de ezek jelenleg túl drágák. Dánia például szélenergiából állít elő hidrogént, míg Izland geotermikus energiát használ az előállítására.
Zöld hidrogén előállítási költsége
A zöld (és türkizkék) hidrogén szerepe mindinkább felértékelődik, ahogy a hidrogént használó, üzemanyagcellás járművek terjednek. Miként segíthet a hidrogén? Elsősorban úgy, ha környezetbarát módon állítják elő, mert hatalmas mennyiségre van szükségünk belőle a vegyiparban, az áramtermelésben és az elektronikában. Másodsorban pedig azzal, hogy ahol lehetséges, kiváltja a fosszilis üzemanyagokat.
A hidrogén üzemanyagcellás autók előnyei
Azoknál, akiknél a feltételek teljesültek, és a két különböző hajtásmódot több héten át tesztelhették, egyértelműen a hidrogénes autó volt a nyerő. Hogy miért? Mert az élet vele sokkal közelebb áll a belső égésű motoros autókéhoz, így könnyebben ment az átállás.
Az elektromos autók mindennapi életet nehezítő problémái ismertek. A hatótávolságuk szabvány szerint mérve ugyan már gyakran eléri a 400-500 kilométert, de a gyakorlatban egy töltéssel elérhető távolság ennél rövidebb, kedvezőtlen körülmények esetén akár a felére is csökkenhet. Az otthoni töltés lehetősége általában időigényes, és bár rövidíthető, de többlet beruházást igényel (wall-box). Ezek a gondok a hidrogénhajtású, hivatalos nevükön üzemanyagcellás autóknál ismeretlenek. Egy töltéssel gond nélkül elmennek 400-500 kilométert, vagy még többet is, és a telitankolás sem tart tovább öt percnél. További előny, hogy autópályán is felszabadultabban lehet velük autózni, mert a fogyasztás nem ugrik az égig.
A hajtásmód az autók használhatóságát más szempontokból sem befolyásolja hátrányosan. Az utasterük eléggé tágas öt utas részére, és általában a csomagtartójuk mérete is elfogadható. A vezetésük pedig teljesen megegyezik a belső égésű motoros automataváltós, a hibrid és az elektromos autókéval.
Az autók nagy előnyei nemcsak abban rejlenek, hogy zéró kibocsátásúak, hanem abban is, hogy nagy a hatótávolságuk, összehasonlítható egy belső égésű motorral rendelkező autóéval. Az elektromos autókkal összehasonlítva a jóval nagyobb hatótávolság előnyt jelent, illetve egy másik nagy előny a gyors tankolás, mivel a hidrogén üzemanyagtartályának feltöltése 4-5 percet vesz igénybe. Ráadásul közel olyan fürgék mint akkumulátoros konkurenseik, 0-ról 100 km/h-ra 9 másodperc alatt gyorsulnak.
A gázüzemű autók károsanyag-kibocsátása kisebb, mint a hagyományos üzemanyagúaké. A gázüzemanyagok magas oktánszámuk miatt nem tartalmaznak kopogásgátló adalékanyagokat. A gázüzemanyag teljesen elkeveredik a motorba jutó levegővel, tehát tökéletes az égés. A végeredmény: a légkörbe jutó káros anyag mennyisége a benzinüzemhez képest jelentősen csökken.
A hidrogén üzemanyagcellás autók hátrányai
Az egyik probléma megegyezik az elektromos autókéval, ez pedig a bekerülési költség. Már a nagynyomású tartályok sem olcsók, de az üzemanyagcella kimondottan drága. Önmagában is összehasonlítható az ára egy villanyautó nagyobb kapacitású akkumulátoráéval. Korábban ezt a platinatartalom rovására lehetett írni, de az új katalizátor-ötvözetek, amelyek kevesebb platinát és több olcsóbb fémet, például kobaltot vagy mangánt tartalmaznak, csökkentették némileg a költségeket.
A legnagyobb gond, hogy kicsik a sorozatok, a Toyota új gyára is csak évi 30 000 üzemanyagcellát állít elő. Itt jön azonban a másik probléma, ami szintén hasonló a villanyautókéhoz, csak annál sokkal nagyobb mértékben. Ez pedig a töltőhelyek száma. Nálunk most nyílt az első, nem teljesen nyilvános töltőhely, de még Németországban sincs száz belőle, igaz, ott további háromszázat kívánnak telepíteni az elkövetkezendő években. Ám még ez is töredéke csupán a benzinkutak, vagy akár az elektromos töltőoszlopok számának.
Magával a hidrogénnel is akad egy kis probléma. Nem olyan olcsó ugyanis. Jelenleg 10 euró, azaz körülbelül 3600 forint egy kiló hidrogén ára a töltőhelyeken. Ezzel körülbelül 100 kilométert képes megtenni egy üzemanyagcellás autó, ami a jelenlegi benzinárakat figyelembe véve (430 Ft/liter) körülbelül 8 literes fogyasztás költségének felel meg.
A hidrogénüzemű autók kilométerenkénti üzemeltetési költségei tehát jelenleg majdnem kétszer olyan magasak, mint az otthon feltöltött akkumulátoros járműveké.
A hidrogén paradoxona az: önmagában zöld és nem szennyez, termelése viszont szennyező lehet, szállítása bonyolult (magas robbanásveszéllyel jár), ráadásul a célba juttatás további szén-dioxid-kibocsátással jár. A tárolása pedig drága, és egyelőre nem lehet életképes kereskedelmi hálózatról beszélni a hidrogén tekintetében, különösképpen a nélkülözhetetlen rendkívül szigorú biztonsági előírások betartása és az ezek okán légballonként növekvő költségek kettőse miatt.
Egy gépjármű LPG-sítésének természetesen vannak hátrányai is. Első körben fontos megjegyezni, hogy nem lehet minden gépjárművet gázüzeművé alakítani. Az olyan autók, amelyek közvetlen benzinbefecskendező rendszerrel rendelkeznek, nem alkalmasak az átalakításra. Emellett az LPG-sítés minimum 160 ezer forintba kerül. - Ez a befektetés körülbelül 2-3 év alatt térülhet meg. Továbbá a gáztartály behelyezése a csomagtérből veszi el a helyet, ami sokak számára elrettentő áldozat lehet, illetve az ilyen típusú autók nem parkolhatnak bármelyik mélygarázsban a robbanásveszély miatt.
| Jellemző | Hidrogén üzemanyagcellás autó | Akkumulátoros elektromos autó |
|---|---|---|
| Hatótávolság | 400-500 km vagy több | Gyakran 400-500 km (gyakorlatban kevesebb) |
| Tankolás/Töltés | 5 perc | Időigényes (otthon is), többlet beruházás (wall-box) |
| Környezetbarátság | Zéró kibocsátás (ha zöld hidrogén) | Zéró kibocsátás (ha megújuló forrásból származó áram) |
| Üzemanyag/Energia költség | Magasabb | Alacsonyabb (otthon töltve) |
| Infrastruktúra | Korlátozott számú töltőállomás | Egyre több töltőállomás |
A hidrogén jövője
A hidrogénüzemű autók legoptimistább rajongói szerint, ha a termelés növekszik, a hirdogénhajtású autók 2030-ra hasonló árban lesznek, mint az akkumulátoros elektromos autók (BEV). Ennek ellenére a valóság az, hogy évek óta nem sikerült kitörniük a niche segmens státuszból. Sőt 2023-ban világszerte kevesebb mint 15 000 hidrogénüzemű autót adtak el, ami 30 százalékkal kevesebb, mint 2022-ben.
A Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség (IRENA) jelentése szerint Spanyolország 2050-ig a világ 15 legnagyobb zöldhidrogén-termelője közé kerülhet. A lista élén Kína áll, amelyet Chile, Marokkó, Kolumbia és Ausztrália követ.
A szerény töltőállomás-hálózat mellett van egy másik oka is a hidrogén üzemanyagcellás autók iránti egyelőre alacsony keresletnek: viszonylag drága a beszerzésük. A piacon már kapható néhány üzemanyagcellás járműmodell ára egy közép- vagy felső-középkategóriás jármű esetében 80 000 USD körül van.
A piacon már kapható néhány üzemanyagcellás járműmodell ára egy közép- vagy felső-középkategóriás jármű esetében 80 000 USD körül van. Számos oka van annak, hogy a hidrogén üzemanyagcellás autók még mindig drágák. A kis darabszám mellett, ami azt jelenti, hogy a gyártás volumenének még nőnie kell, ott van a nemesfém, a platina szükségessége is, amely katalizátorként működik az energiatermelés során. A járművek üzemanyagcelláihoz szükséges platina mennyisége már most is jelentősen csökkent. A magas vételár másik oka, hogy a hidrogén üzemanyagcellás autók általában elég nagyok, mivel a hidrogéntartály(ok) sok helyet foglalnak el.
A hidrogén üzemanyagcellás autók esetében a költségek nem utolsósorban az üzemanyag árától függnek. Jelenleg 1 font (0,45 kg) hidrogén ára az Egyesült Államokban 14 USD körül van, míg Németországban 4,80 USD (ez az az ár, amelyben a H2 Mobility partnerei megállapodtak).
Bár személyautóban a felhasználása kérdéses, de még erre is jelenthetnek megoldást az egyéb felhasználási módok. Az üzemanyagcella ugyanis kiválóan használható bárhol energiaellátásra, ahol problémás az elektromos hálózat elérése, vagy az onnan való töltés. Ilyenek például a hajók.
Az üzemanyagcella közúti felhasználása várhatóan épp az áruszállításban, és esetleg a tömegközlekedésben várható. A Toyota már készített üzemanyagcellást buszt és kamiont is, a Hyundai tavaly mutatta be a saját nyerges vontatóját. Az Excient névre keresztelt járműbe 34 kg hidrogént lehet tankolni, amivel egy teljesen szokásos méretű szállítmányt lehet 400 kilométerre elszállítani.