A jövő üzemanyaga: a hidrogén

A víz mint üzemanyag már Jules Verne regényében, A rejtelmes szigetben is megjelent. - A víz a jövő szene - hangzik el a regény eszes mérnökének a szájából. A vízbontás ma már egy fizikaórán is megvalósítható folyamat: a folyadékba vezetett egyenáram hatására összetevőire, hidrogénre, oxigénre válik a H2O. Ahhoz, hogy az autókat is hidrogénnel hajtsuk, üzemanyagcellára van szükségünk, ahol a hidrogén és az oxigén egy elektrolitmembránon keresztül lép reakcióba egymással, hogy vizet hozzanak létre. A folyamat elektromos energiát szabadít fel, amelyet a villanymotor működésére fordítanak. Mindeközben a végeredmény, azaz a víz, elpárolog. A fedélzeti áramtermeléshez az oxigént a levegő, a hidrogént az autóba szerelt tartály szolgáltatja. A villanyáram a továbbiakban ugyanúgy hajt, mint bármelyik elektromos autóban, a víz pedig eltávozik. A dolog azonban mégsem olyan egyszerű.

Hidrogénes autó már több mint 20 éve létezik, a Volkswagen például 1996-ban kezdte meg a fejlesztését, az első prototípusokat a Bora (2000 és 2001), a Touran (2004) és a Tiguan (2008) modellek átalakításával építették meg. Az Opel 2001-ben azt tervezte, hogy a hidrogénes Zafirát 2010-ben piacra dobják. Ennél jóval korábban akart betörni a Mercedes, amely 2004-re tette a csakis vizet kipöfögő A-osztályának bemutatóját. A Honda jutott a kísérletezésben a legtovább, hidrogénes autói már pár éve róják Kalifornia és Japán útjait, de a tömegtermeléstől még ők is távol vannak. Az oka: egyre jobb áron lehet előállítani elektromos autókat. A villanyautók meggátolni nem fogják a hidrogénes forradalom kirobbanását, de késleltetni tudják. Hiába a hidrogén nagyobb hatótávolsága, a villanyautók mellett szól, hogy esett az akkumulátorok ára és hogy roppant költséges kiépíteni hidrogén-töltőállomások rendszerét.

Úttörő a Toyota

Nem mindenki hisz azonban a villanyautókban, a Toyota például nem is fejleszt csakis akkumulátoros elektromos autót. Hibridből már több mint hatmilliót értékesítettek a japánok és most egy újabb feladat elé néznek: piacot teremtenek a hidrogénes autóknak. Az üzemanyagcellás autók mellett szól, hogy tankolásuk néhány percig tart csupán, és az akkumulátorokénál hosszabb a tartály hatótávolsága: akár 500-600 kilométer. Persze, csak ha van hidrogénkút. Abból pedig nem sok van. Nemrég kezdte meg a működését az első belga kút a Toyota európai központjában lehet hidrogént vételezni. Kaliforniában, ahol már az önvezető autók is szabadon közlekedhetnek (sofőrrel) egyre több hidrogénkút épül, néhány éven belül elérik a százat. Ez az infrastruktúra tízezer hidrogénes autó fenntartását teszi lehetővé az államban.

A Toyota két évtizede fejleszti az üzemanyagcellát. Becslésük szerint a cellacsomag és a tartály költségének lefaragása miatt a 2002-es prototípusnál most 95 százalékkal olcsóbb az autó. A hidrogén két tartályban utazik nagy nyomás (700 bar) alatt. A fejlesztések során sikerült jelentősen csökkenteni az üzemanyagcellákhoz szükséges platina mennyiségét, az igény már a belső égésűek katalizátoraiban használthoz mérhető. Módosították a cellák membránját, amin áthaladva a hidrogén az oxigénre talál. A protonok szabadabban járnak át rajta, így nő a cellateljesítmény. A feszültség növelésével csökkenteni lehetett a cellák számát és a motor méretét is. A Toyota tanul a hibridjeiből is. Akkumulátor (1,6 kWh) kerül az üzemanyagcellásokba, amit a veszteségenergia (motorfék) tölt, és a gyorsításkor besegít a hajtásba, valamint a hidegindítást könnyíti.

A már Németországban is kapható Mazda Mirait (villanymotorja 154 lóerős, hatótávja öt kilogramm hidrogénből 550 kilométer) már több európai országban is forgalmazzák, egyelőre kis darabszámú a flotta, de a hibridek is lassan lettek népszerűek. A Toyota 2015-ben vezette be Európába a jövőautót, az első évben a gyártási darabszám 700 volt, idén a kézműves gyár terve 2100 autó, de 2017-re már 3000 a terv. 2020-ra évente 30 ezer ilyen hajtásláncú autó éves gyártásával számol a Toyota.

Az Audi is élen jár

Az Audi új fejlesztési vezetője, Stefan Knirsch szerint akkor is fontos a leggyakrabban hidrogénre alapuló fejlesztések folytatása, ha jelenleg úgy látszik, az elektromos autóké a zéró emissziós közlekedés jövője - írtuk egy korábbi cikkünkben. Knirsch szerint az üzemanyagcellás autók egyik legnagyobb előnye az, hogy a villanyautókkal ellentétben nem szükséges hozzájuk nagyméretű akkumulátor, így csökkennek a megépítési és javítási költségek, valamint javul a hatékonyság. Az Audi euró milliókat fektet a technológiába - ezen a dízelválság sem változtatott, sőt -, azon dolgoznak, hogy szén-dioxid-kibocsátás nélkül legyenek képesek hidrogént előállítani.

Az Audi nem tétlenkedik, van már vezethető hidrogénes autója: az A7 Sportback h-tron quattro nagy erejű, sportos tüzelőanyagcellás elektromos hajtást használ energiaforrásként, amit hibrid-akkumulátor és egy hátul működő elektromos motor egészít ki.

A h-tron név „h” betűje a hidrogénre, mint kémiai elemre utal. A kísérleti autó tüzelőanyagcellája – akárcsak a hagyományos A7 Sportback belsőégésű motorja – az autó orrában kapott helyet. Mivel a kipufogórendszer ez esetben kizárólag vizet vezet el, tömegtakarékos műanyagból készült. Maga a tüzelőanyagcella valójában több mint 300 önálló cella összessége, amelyek együttesen alkotnak egy köteget. Az egyes cellák központi eleme a polimer műanyag membrán, amelynek mindkét oldalán platinaalapú katalizátor található.

Pusztán akkumulátora segítségével az Audi A7 Sportback h-tron quattro akár 50 kilométert is megtehet, a hálózatról tölthető (plug-in) hibridmodell a hátuljában elhelyezett töltéstároló kábellel tölthető fel. Egy-egy teljes töltés feszültségtől és áramerősségtől függően két (380 voltos ipari áram) és négy óra (230 voltos háztartási hálózat) közötti időtartamot igényel.

A két elektromos motor, amelyeket a feszültségváltókkal együtt közös alacsony hőmérsékletű kör hűt, egyaránt állandó gerjesztésű szinkronmotor. Teljesítményük egyenként 85, illetve a feszültség átmeneti emelésekor akár 114 kilowatt, maximális forgatónyomatékuk 270 newtonméter. Az elektromos motorok házába egy, 7,6:1 áttételű bolygóműves egységet is integráltak a mérnökök. A rendszert mechanikus rögzítőfék és egy differenciálmű-funkció teszi teljessé.

A mindössze 1950 kilogramm saját tömegű modell 540 newtonméter forgatónyomatékával álló helyzetből mindössze 7,9 másodperc alatt gyorsít fel 100 kilométer/órás tempóra. Végsebessége 180 kilométer/óra, ami csúcsérték a vetélytársak körében.

Négy hidrogéntartálya a padlózat alatt, az első futómű előtt és a középső alagútban kapott helyet. Belső alumíniumfalukat szénszál-erősítésű műanyag (CFK) burkolat veszi körül. A tartályok 700 bar nyomáson mintegy öt kilogramm hidrogénnel tölthetők fel, ami több mint 500 kilométerre elegendő. Az NEFZ-menetciklus szerint mérve a hidrogénfogyasztás nagyjából egy kilogrammra adódik 100 kilométerenként, amelynek energiatartalma 3,7 liter benzinének felel meg.

A helyi forgalomban már ma is teljes mértékben károsanyag-kibocsátás nélkül közlekedik, megújuló forrásokból nyert hidrogénnel tankolva azonban akár globálisan is nulla emissziójú járműként üzemelhet. Az Audi 2013 óta olyan kísérleti berendezést működtet Alsó-Szászországban, amely a szélenergiát vízbontás (elektrolízis) útján hidrogén előállítására használja fel. Jelenleg e hidrogént még szintetikus metán (Audi e-gas) fejlesztésére használják fel, ha azonban a jövőben hidrogén-töltőállomások hálózatába táplálják, közvetlenül a tüzelőanyagcellás járművek is tankolhatók vele. Ez viszont már konkrét megoldás a károsanyag-kibocsátás nélküli, hosszú távon fenntartható mobilitás kérdésére.

1. A motortérben egy üzemanyagcella-egység található, amely egy villanymotort is tartalmaz 2. A hidrogén vezetékeken keresztül jut a tartályokból a cellába 3. A VW Golf Variant HyMotion hátuljában négy tartály található, amelyek gáz halmazállapotú hidrogént tárolnak 700 baros nyomáson

Az Egyesült Államokban mintegy hatvan, Németországban ötven, Kanadában tizenöt ilyen kút van, hozzánk legközelebb Grazban és Bécsben tankolhatunk gázhalmazállapotú sűrített hidrogént (GH2).