Eljött a hidrogéngazdaság ideje

Kutatók és mérnökök szerte a világon új megoldásokat fejlesztenek és tökéletesítenek tiszta, megújuló energia termelésére, tárolására és szállítására. Az egyik ígéretes opció a hidrogéngazdaság kiépítése. A hidrogén mindig rendelkezésre áll, és ha a világ óceánjaira és tavaira gondolunk, kimeríthetetlen forrás áll rendelkezésre a gyártásához, amely elektrolízis útján történik, azaz a víz oxigénjét és hidrogénjét elektromos árammal szétválasztjuk. Ezt az áramot a hidrogéngazdaság keretein belül megújuló erőforrásokkal kell megtermelni, vagyis például napelemeket, szélerőműveket kell használni, így az előállított hidrogén is zöld lesz.

Mindez jól hangzik, de mostanáig a zöld hidrogén ára túl magas volt a benzinéhez és a földgázéhoz képest. Szerencsére a technológia fejlődésének hála a hidrogén kilogrammonkénti ára 25 dollárról négy dollárra csökkent. Egy kilogramm hidrogén egy üzemanyagcellás autónak nagyjából 130 kilométernyi hatótávot kölcsönöz, míg benzinből átlagosan 11 liter kellene ugyanehhez, aminek az Egyesült Államokban 7,2 dollár az ára. A hidrogén ára tovább tudna csökkenni, ha az elektrolízishez szükséges zöldenergiát ott termelnénk, ahol az a leghatékonyabb. Például egy napelem a Szahara sivatagban háromszor annyi áramot termel, mint Észak-Európában. Ha a Szahara területének csak az egy százalékát napelemekkel borítanánk, a világ egészének elegendő energiát tudnánk termelni. Számos olyan hely van a világon, ahol bőséges nap- vagy szélenergia áll rendelkezésre. Ezeken a helyeken akár 0,01 dollárért is meg lehetne termelni az áram kilowattóráját, szemben a földgáz égetésével előállított áram 0,05 dolláros árával.

A következő kérdés a megtermelt hidrogén szállítása a gyárakba, létesítményekbe, töltőállomásokra. Hogy a járművek vagy csőrendszer által minél több hidrogént lehessen szállítani, érdemes a napelemekkel vagy a szélerőművekkel megtermelt zöld és olcsó áramot segítségül hívva kriogén módon lehűteni a hidrogént, amíg cseppfolyós nem lesz. Ezáltal a térfogatarányos energiasűrűség megnőne, és egységnyi tömegű hidrogén alacsonyabb térfogatot töltene ki szállítás közben. Miután elért a felhasználás helyére, a zöldhidrogén égetésének egyetlen mellékterméke a vízpára.

Jobb, mint az akkumulátor?

A hidrogén egyik fő felhasználási területének az üzemanyagcellás elektromos autók és teherautók ígérkeznek a hidrogéngazdaságban. Jelenleg az autógyártók inkább az akkumulátoros elektromos autókra fókuszálnak, de az akkumulátorokkal kapcsolatban felmerülnek jelentős problémák. A lítiumion akkumulátorok például hagyományosan nikkelt és kobaltot tartalmaznak, amiket ki kell bányászni és finomítani kell – mindkettő károsítja a környezetet. Egyelőre arra sincs egyértelmű válasz, hogyan lehet a későbbiekben környezetbarát módon újrahasznosítani vagy leselejtezni az akkumulátorokat. Ezeket a problémákat megoldhatja majd a szilárdtest akkumulátor, de az egyelőre csak távoli cél.

Ezzel szemben a hidrogén üzemanyagcellák a szűrőik cseréjével hosszú életűek és nagyobb hatótávot biztosítanak az autóknak. Az újratöltés hidrogénnel nagyjából négy perc, és újra megtehető 560 kilométer egy üzemanyagcellás autóval. Egy 20-30 perces gyorstöltés egy fejlett elektromos autóval ezzel szemben csak 320 kilométernyi hatótávot ad. Szakértők egyrészt a hidrogén árának további csökkenését várják, másrészt azt, hogy az üzemanyagcellás és a szilárdtest akkumulátoros technológiák párhuzamosan lesznek jelen az autózásban, felsorakoztatva mindkét világ előnyeit.

A hidrogén hátrányai

Egyesek amiatt aggódnak, hogy az ipari léptékű elektrolízis vízhiányhoz vezetne. Ők bizonyára nem tudják, hogy ennek a vízmennyiségnek a sokszorosát fordítjuk ma a szén, az olaj és a földgáz bányászatára, frakkolására, finomítására. Ezen felül egy kilogramm hidrogén elégetésekor nagyjából 40 liter víz keletkezik. A másik, félelemre okot adó ok a Hindenburg léghajó katasztrófája óta az emberek emlékezetébe égett, mégpedig a hidrogén gyúlékonysága és robbanékonysága. A hidrogén valóban rendkívül gyúlékony, de a modern biztonsági rendszereknek és protokolloknak, technológiáknak köszönhetően a hidrogén üzemanyagcellás járművek legalább olyan biztonságosak, mint a hagyományos társaik.

Számos mérnök és kutató egyenesen azt állítja, hogy a hidrogén sokkal biztonságosabb üzemanyag, mint az olaj vagy a benzin. Mivel a hidrogén könnyebb a levegőnél, baleset vagy szivárgás esetén hamar felszáll, és a robbanásveszéllyel járó négy százalék alá csökken a koncentrációja a levegőben. Ehhez képest a benzin a földön marad, ahonnan elpárologva 1,4 százalékos koncentrációban is gyúlékony. Ha szivárog, a hidrogén az olajjal és a benzinnel szemben nem mérgező, nem tudja beszennyezni a földet, a vizet vagy a levegőt. A hidrogén okozta tüzek ráadásul kisebb eséllyel terjednek.

Biztosra mennek

A hidrogén üzemanyagcellás elektromos autók gyártói átfogó tűzvédelmi teszteket végeznek járműveikkel. Egy teszt során például karabéllyal lőttek egy benzint, egy gázolajat és egy földgázt tartalmazó tartályra, mindhárom felrobbant. A hidrogénnel töltött tartályon keletkezett egy lyuk, amin a hidrogén elillant, de robbanás nem történt. Egy másik teszt megmutatta, hogy ha egy szivárgó tankból kifolyó benzint meggyújtanak, az egész tartály berobban, és leég az autó, de a szivárgó hidrogén csak egy kis kék lánggal ég, amíg el nem fogy, de az autó nem ég le, a tartály nem robban be. A Toyota, a Honda és a Hyundai Kaliforniában már árul hidrogén üzemanyagcellás járműveket. Ezek tulajdonosai 60 ezernél is többször tankolták már meg autóikat, de még egyszer sem történt robbanás.

A hidrogénnek vannak veszélyei, ahogy minden éghető anyagnak. A Lancet egészségügyi folyóirat 2007-ben beszámolt róla, hogy a szénkitermelés évente 24 embert öl meg egy terrawattórányi megtermelt energiáért cserébe. Az olaj esetében terrawattóránként évente 18 ember hal meg, a földgáznál hárman (viszonyításképpen az Egyesült Államok éves energiafogyasztása 4000 terrawattóra). A még ennél is nagyobb probléma a fosszilis energiahordozók égetése során a légszennyezés mértéke, amelyet a WHO az emberiségre leselkedő legnagyobb veszélynek nyilvánított. Felméréseik szerint évente négymillió ember hal meg idejekorán a rossz levegő miatt a Földön, tehát a hidrogéngazdaság életeket is mentene.

Elindult a feleszmélés

Kormányok és vállalatok világszerte kezdik felismerni, hogy a hidrogén egy bőséges, olcsó és tiszta energiaforrás lehet. A McKinsey szerint több mint 30 ország jelentett be terveket a hidrogénnel, és több mint 200 ipari projekt fut világszerte, amit 70 milliárd dollárnyi közforrás támogat. Az Egyesült Államok elindította az Energy Earthshot programot, melynek keretein belül egy évtizeden belül egy dollárra szorítanák a hidrogén kilogrammonkénti árát. Európai kormányok Marokkóval és Algériával működnek együtt, hogy az ott zölden megtermelt hidrogént Európába szállítsák.

Szaúd-Arábia és az Egyesült Arab Emirátusok vezetői tudják, hogy az olaj napjai meg vannak számlálva, így dollármilliárdokat fektetnek óriási napelemparkokba, melynek energiájával zöldhidrogént fognak előállítani és más országokba szállítani. Ausztrália, Dél-Korea, Chile és Brazília, valamint a nagyvállalatok közül a Shell, a BP és a Toyota csak pár példa azok közül, akik zöldhidrogénba fektetnek.