Környezetbarát energia vízből - a jövő a hidrogéné lehet

Jelenlegi elhanyagolható energetikai szerepéhez képest az elkövetkezendő 30 évben a világ egyik legelterjedtebb energiahordozójává léphet elő a hidrogén. A gazdaságban való megjelenésének, terjedésének nemcsak technológiai, hanem komoly gazdaságpolitikai jelentősége is van, ugyanis új iparágak megjelenését vonja maga után - ami régi iparágak eltűnését eredményezheti. Átalakulhat a közlekedés is. Az Energetikai Szakkollégium Egyesület összeállítása.

Környezetbarát energia vízből

A hidrogén (H₂) a legnagyobb mennyiségben rendelkezésünkre álló elem, amely energiatermelésre alapvetően két módon használható. Éghető tulajdonságát már a XVIII. században ismerték: a hidrogéngáz és az oxigéngáz keveréke durranógázt alkot; ha meggyújtjuk, csattanó hanggal felrobban. A tiszta hidrogén csendes lánggal vízzé ég el. Másik energiatermelő módja az üzemanyagcella, amelyet Sir William Grove fejlesztett ki 1839-ben Angliában, ám a néhány évtizeddel később megjelenő belső égésű motorok széles körű elterjedésének köszönhetően csupán kuriózumként tekintettek rá. Az első üzemanyagcellával meghajtott jármű megjelenéséig 1959-ig kellett várni.

A hidrogén felhasználása környezetbarát, mivel energiatermelés közben tiszta vízzé alakul. Hátránya, hogy a természetben kötött formában van jelen, ezért az alapanyagot hidrogénné és más anyaggá bontó ún. konverziós technológiákra van szükség. A vízben (H₂O) esetében például a kötött formájú hidrogén mellett oxigén (O₂) van, amely a szétválasztás után a levegőbe engedhető.

A hidrogén előállítása, attól függően, milyen energiát használnak fel hozzá, már nem egyértelműen környezetbarát. Legkézenfekvőbb forrása a víz, ehhez azonban elektromos áramra van szükség, amit más energiahordozóval kell megtermelni. A különböző veszteségek miatt összességében kevesebb energia nyerhető ki az előállított hidrogénből, mint ha az előállítására használt energiát használnák fel egyből, tehát energetikai szempontból veszteséget termel. Hogy mégis miért van létjogosultsága? A hidrogén termelésére olcsó vagy szakaszosan rendelkezésre álló energiaforrást (pl. szélenergia) lehet használni, majd a hidrogént olyan helyen felhasználni, ahol egyébként csak más, környezetszennyező, drága energiaforrás állna rendelkezésre. Az előállítás "zöldítésére" is vannak megoldások, ilyen például, ha a szélturbina működését nem szabályozzák. Ha éppen nem kell az általa termelt energia, akkor azzal hidrogént állítanak elő. Később, ha több energia kell, mint amennyit a szélturbina megtermel, akkor az addig termelt hidrogént el lehet tüzelni. A hidrogén előállításának egy új területét jelentik továbbá azok a baktériumok, amelyek létfenntartása egyben hidrogéntermeléssel jár; ezzel kapcsolatos kutatások már a Szegedi Egyetemen is folynak.

Szállítás, tárolás

A hidrogén tárolása is új technológiákat igényel, tárolható például kriogén (rendkívül alacsony hőmérsékletű) folyadéktartályokban, nagy nyomású gázként vagy szilárd formában. Szállítására vezetékrendszerek már épültek Észak-Amerikában, Belgiumban és Hollandiában, de még gondot okoz, hogy az anyagok szerkezete ridegebbé válik tőle, elvesztik szívósságukat, valamint meg kell oldani, hogy a hidrogén ne diffundáljon el belőlük. Közúton és vasúton is szállítható. A hidrogén üzemanyaggal működő járművekhez speciális üzemanyagtöltő állomásokat kell létesíteni, ami komplikált műszaki rendszert jelent - erre irányult az Európai Unió FP6-os (Framework Program) egyik kezdeményezése.

Hidrogént tankoló busz Berlinben

Ha a hidrogén előállítása, tárolása és szállítása teljes mértékben megoldott lesz, az azt jelenti, hogy demokratikusabb rendszerek alakulnak majd ki a meglévő gáz- és szénhidrogén-monopóliumok helyett. A hidrogén mint energiahordozó bevezetése erős decentralizációt okozhat: az energia nem lesz a lelőhelyhez koncentrálva, nem kell távoli földrajzi helyről beszerezni. Az energiaellátás több energiaforrásra alapozható, így biztonsága is nő. Amennyiben a hidrogén előállításához megújuló energiát használnak, a széndioxid-kibocsátás csökkenhet, a víz példájánál maradva a melléktermékként létrejövő oxigén közvetlenül elengedhető a légtérben.

Energetikai kilátások

Az LBST dél-németországi mérnöki iroda adatai alapján 2080-ra várhatóan jelentősen megváltozik a primer energiaforrások felhasználásának aránya a világon. Eszerint az olaj és gáz felhasználása jelentősen csökken, a szén stagnál, a nukleáris energia kismértékben, a megújuló energiaforrások számottevően nőnek. A szél- és a napenergia (mind a villamosenergia előállítás, mind a használati melegvíz-előállítás tekintetében) komoly növekedést mutat, a vízenergia ezekhez képest kisebb arányban lesz jelen, és a biomassza is fontos hányadát adja majd a megújulóknak.

Látogatók egy hidrogénmeghajtású távolsági busz motorját nézik a 2007-es tokiói Nemzetközi Hidrogén- és Üzemanyagcella Expón

A jövő meghatározó energiaforrásai a szén, a nukleáris és a megújulók - ez utóbbiak közül mindig rendelkezésre álló energiaforrássá a vízerő és a földhő válhat, de jelentős potenciál a nap, a szél és a biomassza is. (Az alternatív energiákban rejlő lehetőségekről, problémákról lásd Kék bolygó, zöld jövő című cikksorozatunkat.)

Hidrogénnel hajtott járművek

A hidrogén fajlagos tömegre vett energiatartalma nagyobb a hagyományos bioüzemanyagokhoz képest, ami azt jelenti, hogy adott tömegű hidrogénből több energiát lehet kinyerni, mint ugyanakkora tömegű szénből (szerves anyagból). Megújuló alapokon termelt hidrogén esetén a károsanyag-kibocsátás szintjének emelkedése nélkül nagyságrendekkel több jármű üzemeltethető, mint a mai szénhidrogén-alapon működők száma.

 
A BMW Hydrogen 7 nevű modellje egy detroiti nemzetközi autókiállításon

Számos állami program indult a hidrogéngazdaság elősegítésére, ilyen például a JTI (Joint Technology Initiative) - az Európai Bizottság Hidrogén és Tüzelőanyag Elemek Közös Technológiai Kezdeményezése. Európa-szerte nő a hidrogén üzemanyagtöltő állomások száma, így Németországban, Olaszországban, a tengerentúlon pedig az USA-ban és Japánban. Olaszországban alkalmaznak H₂ és HCNG (Hydrogen Compressed Natural Gas) üzemanyag-keverékeket is. Az USA szövetségi programja 2020-ig 2,5 millió hidrogénüzemű jármű bevezetését tervezi. 2020-ig már csak 12 év van, és tudván, mennyire kiszámíthatatlan az olaj ára, könnyen lehet, hogy a váltás előbb is bekövetkezik. Úgy tűnik, hogy a legnagyobb mennyiségben felhasznált energiahordozónk idővel a széntől a szénhidrogéneken át a hidrogénhez vezet.

Az összeállítást az Energetikai Szakkollégium Egyesület készítette.