Hírek

A ‘HyDeploy’ nevet viselő projekt keretében Nagy-Britanniában hidrogént kevernek a közműves földgáz hálózatba – egészen 20(V/V)% koncentrációig – és ennek műszaki valamint biztonsági vonzatait vizsgálják, melynek végső célja, hogy a jövőben egyre kiterjedtebben, országos szinten lehessen egyre magasabb arányban hidrogént keverni a földgáz hálózatba.

A HyDeploy projekt első fázisában 18 hónapon keresztül – 2019. őszétől 2021. tavaszáig -– kevertek be hidrogént, majd az ezen időszakról szeptemberben publikált beszámolóban jelentették be, hogy egy fontos mérföldkövet sikerült elérni: a Keele University egy privát, a kísérlet számára leválasztott gázhálózatába, mely 100 lakást és 30 egyetemi épületet tartalmaz sikerrel kevertek be és használtak max. 20%-os hidrogén-földgáz elegyet. Amellett, hogy e gázkeverék biztonságos alkalmazhatóságát validálták, a pilot projekt azt is hivatott demonstrálni, hogy a hidrogén bekeverés műszakilag megvalósítható és nem ’diszruptív’, ugyanis mind a meglévő gázhálózat, mind a meglévő végfelhasználói gázkészülékek képesek voltak kezelni a hidrogén-földgáz elegyet. A pilot projekt megkezdése előtt természetesen biztonsági felülvizsgálatot végeztek az érintett háztartások és egyetemi épületek minden meglévő gázkészülékén. Laboratóriumi teszteket is végeztek a gázkészülékeken, és természetesen vizsgálták a hidrogén lehetséges hatásait a gázhálózat különböző elemeire, anyagaira, illetve magukra a végfelhasználói gázkészülékekre is.

A HyDeploy jelenlegi fázisában elért legfontosabb eredmények:

• sikerült elérni, hogy a kompetens brit biztonsági hatóság (HSE) kiadja az engedélyt egy normál használatban lévő gázhálózatra, hogy ezt – a jelenlegi jogszabályban megengedett 0,1%-os hidrogéntartalom helyett – max. 20% hidrogén-bekeverésig használhassák,

• megtervezték, legyártották, installálták és üzemeltetik Nagy-Britannia első hidrogén bekeverő egységét, mely szabályozottan juttatja a hidrogént a gázhálózatba,

• telepítettek és integráltak egy elektrolitikus alapú hidrogén termelő technológiát és egy gázbekeverő berendezést, mellyel lényegében létrehozták az első hidrogén szolgáltató egységet egy használatban lévő gázhálózaton,

• bizonyították a hidrogén-földgáz elegy alkalmazhatóságát lakossági és kereskedelmi végfelhasználói berendezések esetében (pl. vendéglátóhely sütője és kazánja, egészen 600 kW teljesítményig),

• bizonyították a hidrogén-földgáz elegyek megfelelőségét a közepes és alacsony nyomású gázhálózatokban, olyan kulcsfontosságú paraméterek tekintetében, mint pl. nyomásszabályozás, szagintenzitás, és egyenletes gáz-összetétel.

A pilot projektbe bevont egyik Kelee-i lakos (Rob Meredith) véleménye szerint: „A hidrogén-földgáz elegy használatának nem volt hatása a gázkészülékeimre, ugyanúgy tudtam használni a sütőm és a lakás fűtését biztosító kazánom, mint normál esetben”.

Az egyik projekt partner, a Cadent gázipari cég ügyvezetője (Steve Fraser) elmondta: „Szeretnénk megköszönni a Keele University területén található fogyasztóinknak, hogy hajlandóak voltak részt venni e kísérleti projektben. A HyDeploy egy úttörő jellegű együttműködés, amely világosan demonstrálta, hogy a fogyasztók biztonságosan elláthatók akár 20% hidrogént tartalmazó földgázzal anélkül, hogy a meglévő gázkészülékeiken változtatást kellene végrehajtani. Fontos továbbá, hogy a fogyasztók nem tapasztaltak szolgáltatás-kiesést, valamint pozitívan viszonyultak a hidrogén-földgáz elegy használatához és magához a kísérleti projekthez is. A hidrogén földgáz hálózatba történő bekeverése egy fontos lépcsőfok Nagy-Britannia karbonsemlegességének 2050-es eléréséhez.”

Az eddigi kísérleti fázis során 42 ezer m³ hidrogént kevertek be és juttattak el az érintett háztartásokba, ezáltal több mint 27 tonna szén-dioxid kibocsátást előztek meg. Mindez megnyitotta az utat a következő fázis, egy sokkal kiterjedtebb pilot projekt felé: Winlaton-ban 668 háztartást, egy iskolát, és néhány kereskedelmi egységet látnak el hidrogén-földgáz eleggyel a Northern Gas Networks (NGN) ellátási területén 2021 augusztusa óta.

A Kelee projektben a hidrogént egy 0,5 MW kapacitású, PEM típusú elektrolizáló állítja elő, melyet az ITM Power szállított; a gázbekeverő egységet pedig a Thyson Technology Ltd. Az elektrolizáló, a gázbekeverő egység, és minden egyéb, szükséges komponens (transzformátor, elektromos fogadó, hidrogéntároló) elférnek egy 20 x 20 m méretű területen.

A HyDeploy számításai szerint, ha Nagy-Britannia összes háztartására sikerülne kiterjeszteni a hidrogén-földgáz elegy felhasználását, addig a mértékig, ahogy ez a HyDeploy-ban történik, akkor ezzel 29 TWh/év mennyiségű ’low-carbon’ gázt sikerülne a háztartásokhoz juttatni, melyből fakadó széndioxid kibocsátás-csökkentés megfelel ~2,5 millió személyautó éves kibocsátásnak és megnyitná az utat a hidrogén még szélesebb körű alkalmazása előtt az országos energetikai rendszerben.

Forrás:

First UK trial of hydrogen blended gas hailed a success (Press Release, 08 September 2021)

HyDeploy Carbon Savings Report, 2021 (www.hydeploy.co.uk)

Az országban elsőként a Pécsi Tudományegyetem Műszaki és Informatikai Karán (PTE MIK) indul tüzelőanyag-cella és hidrogéntechnológia szakmérnök szakirányú továbbképzés.

A jövő februárban induló képzés lesz az első Magyarországon, amelyen a hallgatók nem csak egy-egy kurzuson, hanem két féléves programban sajátíthatnak el alapvető elméleti, műszaki és gyakorlati ismereteket. Kvasznicza Zoltánt, a PTE MIK tanszékvezető egyetemi docensét idézve azt írták, hogy a gépipari és az energetikai szektornak szeretnének olyan szakmérnököket és szakembereket képezni, akiknek megfelelő műszaki ismeretei és képességeik vannak a tüzelőanyag-cellák és a kapcsolódó hidrogéntechnológiai berendezések gyártása, működtetése és továbbfejlesztése területén. A tanszékvezető szerint a képzés elméleti és gyakorlati ismereteket nyújt a tüzelőanyag-cellák mint villamosenergia-termelő berendezések, továbbá a hidrogénalapú energiatárolási rendszerek megtervezéséhez, méretezéséhez, összeszereléséhez és üzemeltetéséhez. A szakmérnöki képzésre legalább alapképzésben, műszaki vagy agrárképzési területen szerzett mérnök szakképzettséggel vagy mérnökinformatikus szakképzettséggel rendelkezők jelentkezhetnek.

Az azonos elnevezésű szakemberképzésben legalább alapképzésben, műszaki képzési területen szerzett, nem mérnök szakképzettséggel vagy természettudományi képzési területen szerzett fizikus és vegyész végzettséggel, illetve fizikatanári vagy kémiatanári végzettséggel rendelkezők vehetnek részt. A szakmérnökképzés tananyagának összeállításában, az oktatási eszközök kiválasztásában együttműködik a karral pécsi Kontakt-Elektro Kft., amely a tüzelőanyag-cellák fejlesztésében 16 éves tapasztalatot szerzett.

Forrás: mernokvagyok.hu

További információ: https://mik.pte.hu/szakiranyu-tovabbkepzes

Az alábbi rövid közlemény a tüzelőanyag-cella (TC) iparág globális helyzetét tekinti át 2020-ban, egyrészt a TC-k éves globális értékesítési darabszáma (ezer db/év), másrészt az éves értékesített teljesítmény (MW/év) alapján. A két fő dimenzión belül a TC alkalmazási kategóriák (telepített energiatermelő, mobilitási célú, hordozható alkalmazások), illetve a világ egyes régiói szerint mutatja a lényegesebb értékesítési adatokat.

A teljes dokumentum letöltése.

Az elemzések, statisztikák napjainkban három fő elektrolizáló típust különböztetnek meg, és ezt lényegében az elektrolit típusa szerinti teszik: i) alkálikus (AEL), ii) protoncserélő-membrános (PEM), és iii) szilárd oxidos (SOEL) elektrolizálók. Az első két, alacsony hőmérsékleten (<80-90 ^oC) működő típussal sokat foglalkoztunk eddig is, azonban a harmadik típusról, a magas (>700  ^oC) hőmérsékleten működő elektrolizálóról eddig kevés szó esett. Részben azért, mert ez a típus még nemigen terjedt el.

A Harold Topsoe nevű dán vállalat, mely katalizátorokra, komplett vegyipari technológiákra, különösen ammónia-, metanol- és hidrogénelőállításra specializálódott, nemrég bejelentette, hogy egy viszonylag nagy kapacitású SOEL elektrolizáló gyártó üzemet készül megépíteni. Az új üzem teljes gyártási kapacitása 500 MW/év lesz. Ez a kapacitás távlatilag akár 5 GW/év értékre növelhető. Az építkezés 2022-ben kezdődhet, a gyártás pedig már 2023-ban elindulhat.

Tekintsük át, hogyan is működik a szilárd oxidos elektolizáló. A SOEL alapvetően ugyanúgy épül fel, mint a többi elektrolizáló, azaz elemi celláját egy anód, egy katód és egy elektrolit alkotja. Utóbbi egy kerámia anyag, amelynek igen magas (600-850 ^oC) az üzemi hőmérséklete. A katódon redukciós folyamat zajlik: a vízmolekula felbomlik elemi hidrogénre és oxigén-ionra, és a kerámia anyagú elektroliton keresztül csak az oxigén-ion (O^2-) tud áthaladni. Ezután az anód oldalon – a külső áramkörön áthaladó és ott hasznos munkát végző elektronokkal egyesülve – oxigén molekulává (O₂) oxidálódik. A magas hőmérsékletű működés több előnnyel is jár: gyakorlatilag vízgőz elektrolízise történik, jobb reakciókinetikai, termodinamikai paraméterek érvényesülnek, így a fajlagos energiaigény alacsonyabb, azaz a SOEL hatásfoka magasabb (~90%). A magas üzemi hőmérsékletből adódó további előny, hogy nincs szükség drága katalizátor anyagokra, mint a PEM-EL esetében pl. a platinára, hanem bőségesen rendelkezésre álló és olcsó kerámiaanyagok, továbbá nikkel, cirkónium is megfelelőek, amelyek egy fém házban kerülnek elhelyezésre. Előnye még, hogy nagy áramsűrűségek mellett képes működni, ami kompakt, kis méretű elektrolizáló stack-et eredményez. Annyi kritikai megjegyzést azért tennünk kell, hogy a legtöbb SOEL gyártó cég alapvető „adottságnak” tekinti a SOEL elektolízishez szükséges hőforrás, ráadásul egy meglehetősen magas hőfokszintű hőforrás meglétét. Jó esetben ez a hő valamilyen hulladékhő formájában áll rendelkezésre. Nemigen szokták hangsúlyozni, hogy az említett, magas villamos hatásfok azért valósulhat meg a SOEL esetében, mert a szükséges energia egy részét hőként lehet bevinni a folyamatba, és így értelemszerűen kevesebb villamos energiát kell felhasználni. Másként fogalmazva a SOEL elektrolízis főként ott ideális megoldás, ahol nem csak nagyjából folyamatos hidrogéntermelésre van szükség, hanem ahol viszonylag jelentős mennyiségű hulladékhő is rendelkezésre áll. Utóbbi esetben – és az említett magas hatásfok alapján – kb. 40-41 kWh/kg_H2 fajlagos villamosenergia-igény érhető el SOEL technológiával, amely 2030-ig – az FCH-JU technológiai útiterve szerint – még tovább javulhat 37 kWh/kg_H2 értékre.

Természetesen komoly hátrányai is vannak a SOEL-nek: leginkább a hosszú indítási és leállítási idő, mivel a kerámia anyag felmelegítése és lehűtése csak meghatározott hőfoklépcsőkkel, lassan történhet, és működés közbeni terhelésváltozásra csak lassan és korlátozottan képes. A SOEL-t tehát főként zsinórüzemű hidrogéntermelésre lehet használni, és kevésbé illeszthető a gyorsan fluktuáló, megújuló energiaforrásokhoz. A hátrányok, vagy inkább a leküzdendő nehézségek közé tartozik, hogy egyelőre alacsony a várható hasznos élettartam. Valós ipari alkalmazáshoz még túl rövid életű, ráadásul egyelőre csak kis egységteljesítményű berendezések léteznek. Néhány x10 kW egységteljesítmény, melyből modulárisan persze nagyobb rendszerek is összeállíthatók, de a bekerülési (CAPEX) költség igen magas. Ugyanakkor megjegyezzük, hogy minden ilyen adattal, megállapítással nagyon óvatosan kell bánni, mivel a hidrogéntechnológiák, és különösen a SOEL igen gyorsan fejlődnek:

• néhány, ~1 MW körüli rendszer már működik, és éppen idén tavasszal jelent meg a közlemény a Sunfire cégtől – egy másik SOEL specialistától –,  mely szerint egy 225 kW-os SOEL stack sikeres demonstrációját tudhatják maguk mögött. Ez képezi majd alapját az immáron MW léptékű jövőbeni SOEL elektrolizáló üzemeknek. Sőt, már tudható, hogy egy idei EU-s demó (MultiPLHY[1]) projekt keretében egy 12 stack-ből álló, 2,7 MW teljesítményű SOEL elektrolizáló üzem megvalósítását kezdték meg a rotterdami biofinomítóban. A tervek szerint itt magas, 84%_LHV-to-AC hatásfokkal termelnek majd hidrogént 2022-től. E projekt TRL-8 technológiai érettségi szinten demonstrálja a SOEL üzemet, de a vonatkozó EU-s technológiai útiterv általánosságban még csak TRL 6-7 szintre teszi e technológiát,
• az utóbbi hét évben a SOEL cellák degradációs rátája kb. tizedére csökkent, ami értelemszerűen sokat javít az élettartamon. Néhány éven belül remélhetőleg elérhető lesz az ipari alkalmazáshoz elvárt élettartam.

A szilárd oxidos technológiának további előnyei közé tartozik, hogy – megfelelő konstrukcióban – képes reverzibilis módban is működni: áramfelesleg esetén elektrolizálóként működik és hidrogént (valamint O₂-t) termel, illetve áramhiány esetén, tüzelőanyag-cellaként (SOFC) működik és a tárolt hidrogént visszaalakítja árammá (és hővé). Emellett CO₂ elektrolízisre is alkalmas lehet, melynek terméke CO, mellékterméke pedig az O₂. A SOEL-ben lehetőség van víz(gőz) és CO₂ együttes elektrolízisére, ami hidrogén és szén-monoxid elegyét, azaz szintézisgázt eredményez. Ezt CO₂-koelektrolízisnek nevezzük, angolul: „co-electrolysis mode”. Ez utóbbi vegyipari folyamatoknál előnyös lehet, pl. zöld ammónia, e-metanol, vagy egyéb e-üzemanyagok gyártásánál. A CO₂ elektrolízis lehetséges technológiai megoldás a széndioxid-leválasztással (CCUS) nyert CO₂ hasznosítására. Említés szintjén már írtunk róla korábban, hogy a Szaudi-Arábiában tervezett, rendkívüli méretű – 4 GW(!) megújuló energiatermelő kapacitást is tartalmazó – Neom gigaprojekt részeként, egy Helios nevű projekt keretében a Harold Topsoe nyerte el az 1,2 millió t/év kapacitású zöld ammónia üzem megépítésének lehetőségét. 2025 körül várhatóan ez lesz a világ legnagyobb zöld ammónia üzeme.

A Harold Topsoe SOEL elektrolizálója – a többi típushoz hasonlóan – önmagában álló (stand-alone) kivitelű és jelentős mértékben automatizált lesz. A villamosenergia- és gázrendszereket, továbbá a hőmenedzsmentet kell „csak illeszteni hozzá”, azaz nagyon „felhasználóbarátra” tervezik a rendszert. A moduláris tervezésnek köszönhetően szinte tetszőleges üzem­méretet lehet majd létrehozni. A cég abban látja a siker kulcsát, hogy komoly vegyipari tapasztalata van a hidrogén-előállításban, ráadásul nem csak földgáz bázison, hanem elektrolízis alapon is, illetve az ezt követő downstream oldalon az ammónia-, metanol-, e-üzemanyag (jet-fuel) gyártásban is, vagyis teljes gyártási láncot tud kínálni.

Forrás:

[1] https://science.sciencemag.org/content/370/6513/

[2] https://blog.topsoe.com/haldor-topsoe-to-build-large-scale-soec-electrolyzer-manufacturing-facility-to-meet-customer-needs-for-green-hydrogen-production

[3] A. Hauch, R. Küngas, P. Blennow, A.B. Hansen, : B. V. Mathiesen (2020): Recent advances in solid oxide cell technology for electrolysis. In Science, 2020.10.09, Vol. 370.

[4] Sunfire GmbH sajtóközlemény, 2021.05.04.

---

[1] MultiPLHY: Multimegawatt high-temperature electrolyser to generate green hydrogen for production of high-quality biofuels

Az NKFIH 2021.07.05-én honlapján közzé tette a hidrogén IPCEI projektek kapcsán az “érdeklődés kifejezésére vonatkozó felhívását”. Ez megfelel az EU-s nevezéktan szerinti “Call for Expression of Interest” felhívásnak, és ennek keretében 2021.07.30-ig lehet benyújtani az IPCEI-be illeszkedő projektjavaslatokat hidrogén – és mikroelektronika – tárgykörben. Jelen fázisban csak egy rövid projekttervet, ún. “előzetes kérelmet” kell kidolgozni és benyújtani. FRISSÍTÉS: az ITM/NKFIH a benyújtási határidőt két héttel kitolta, így 2021.08.15-ig lehet ezt megtenni.

Az IPCEI felhívás teljes szövege az NKFIH honlapján érhető el: https://nkfih.gov.hu/palyazoknak/innovacios-okoszisztema/ipcei-projekt/felhivasok/hidrogen

A tárgyi felhívás kapcsán az ITM 2021.07.22-én (14.00 órától) – személyes részvétellel zajló – IPCEI tájékoztatót tart. Helyszíne: Budapest, V. ker., Honvéd u. 13-15. (102. terem). Részletesebb információ, és regisztrációs lehetőség az NKFIH weboldalán található.

A felhívás témái illeszkednek a nemrégiben elfogadott Nemzeti Hidrogénstratégiához, így a következő témakörökben várja a kiíró hidrogén projekttervek benyújtását:

• a hazai földgáz infrastruktúra vizsgálata a hidrogéngazdaságra történő átállás szempontjából. Kiemelt területek: földgáz-tárolás, szállítás, elosztás és végfelhasználói berendezések. Magyarország földgáz-szállítói tranzitszerepe, valamint regionális szinten is jelentős földgáz-tárolói kapacitása okán elvárás a nemzetközi együttműködés kialakítása a projekt tervezése során. A projektnek hozzá kell járulnia ahhoz a stratégiai célkitűzéshez, hogy Magyarország meghatározó részévé váljon a jövő európai hidrogén-infrastruktúrájának,
• a Magyarországon is áthaladó európai TEN-T közlekedési folyosók nehézgépjármű forgalmának zöldítése a hidrogén technológia révén. A közvetlen, közlekedés-zöldítési célok mellett a projektnek elő kell segítenie a hazai hidrogén-ellátási lánc kiépítését, megteremtve az alapot a jövő piaci alapú befektetései számára. Az alábbi tevékenységek támogathatók: i) a járműhajtáshoz használt üzemanyagcellás rendszerek fejlesztése és gyártása; ii) Hidrogén-hajtású és nehéz tehergépkocsik/haszongépjárművek, és buszok fejlesztése és gyártása; iii) Hidrogén töltőállomások és üzemanyagtöltő infrastruktúra kiépítése
• hidrogén ökoszisztémák kialakítása az ipari tevékenységek dekarbonizálásának elősegítésére a nehéz- és könnyű vegyipar, a villamosenergia-termelés, az építőanyag-ipar és az acélipar területén. A projekteknek a meglévő ipari hidrogénigény kielégítése, karbonlábnyomának csökkentése (szürke hidrogén kiváltása zöld vagy kék hidrogénnel), valamint az energiaellátási és technológiai folyamatok hidrogén-alapra helyezése egyaránt célja lehet.