A hidrogén, mint „régi-új ismerős”

A hidrogén a legegyszerűbb kémiai elem, a periódusos rendszer első eleme. Henry Cavendish fedezte fel közel 250 éve. Normál állapotban színtelen, szagtalan, igen gyúlékony, kétatomos gáz, amely nagyon jó hővezető. A normál állapotú levegőnél a sűrűsége kb. 14-szer kisebb, emellett nagyon jelentős a diffuzivitása, azaz igen jól és gyorsan elkeveredik.
A hidrogén a világegyetemben leggyakrabban előforduló elem, az univerzum anyagának kb. 75(m/m)%-a hidrogén. A Földön is igen elterjedt: atomszázalék tekintetében a 2. helyen, tömegszázalékát tekintve pedig a 9. helyen áll az elemek között. A Földön a hidrogén elemi vagy kétatomos gáz állapotával nem találkozhatunk, hanem szinte kizárólag csak a vegyületeivel. Jelen van a vízben, szinte valamennyi szerves vegyületben, és a biomasszában.
Tulajdonságai sok szempontból kedvezőek: nem toxikus, nem korrozív, nem rákkeltő, nem üvegházhatású[1], nem radioaktív[2]. Ha véletlenül kikerül a környezetbe, nem okoz semmilyen maradandó környezetszennyezést. Fűtőértéke az ismert elemek közül az egyik legmagasabb. Tömegegységre vonatkoztatva 120 MJ/kg – LHV. A hidrogén sűrűsége ugyanakkor rendkívül alacsony, így a térfogategységre jutó energiasűrűsége meglehetősen csekély. A hidrogén tömegegységre (MJ/kg) vonatkoztatott fűtőértéke közel háromszorosa a benzinének, kb. 2,4-szerese a földgázénak, és hatszorosa a metanolénak. Térfogategységre (MJ/m3) vonatkoztatott fűtőértéke viszont rendre számottevően kevesebb a felsoroltakénál.
A hidrogén igen gyakori elem, „elvileg korlátlan” mennyiségben rendelkezésre áll a természetben, de csak kötött formában, azaz vegyületeiben fordul elő, amelyekből nagy mennyiségű energia befektetésével lehet csak előállítani a hidrogént (pl. vízbontás esetében ez 286 kJ/mol). Előállítása viszont igen sokféle módszerrel történhet, akár decentralizáltan, azaz kisebb léptékben, a felhasználás helyén (on-site) is. A hidrogén nagyon elterjedt földrajzi előfordulása éles ellentétben áll a jelenleg használt fosszilis energiahordozóink fellelési helyével. Kivált az olaj és a földgáz elsősorban olyan földrajzi régiókban fordul elő nagyobb mennyiségben, amelyek nem ritkán politikailag meglehetősen instabil régiók. Az ebből adódó ellátásbiztonsági problémák, valamint az árak jelentős ingadozása komoly gondokat okozhat.
A leírtak alapján is nyilvánvaló, de célszerű külön is hangsúlyozni, hogy a hidrogén nem energiaforrás, hanem másodlagos energiahordozó, hasonlóan pl. a villamos energiához, amelyet nem lehet közvetlenül „kitermelni”, vagy kibányászni. Valamilyen egyéb energiahordozó felhasználásával lehet csak előállítani.
A hidrogén nem csak azért nem tekinthető újszerű „jelenségnek”, mert már közel 250 évvel ezelőtt felfedezték, hanem azért sem, mert a vegyipar mintegy száz éve kiterjedten alkalmazza. A világon jelenleg is kb. 70-80 millió tonna/év hidrogént állítanak elő, jellemzően az ammóniagyártás és kőolajfinomítás céljaira, de sok más iparág is használja. Magyarországon is több ipari hidrogén-előállító létesítmény működik például Százhalombattán, Kazincbarcikán, Budapesten és másutt. A jelentős ipari végfelhasználók on-site üzemei mellett az ipari gázgyártó vállalatok rutinműveletként állítanak elő hidrogént, bár lényegesen kisebb mennyiségben. Európában és az USA-ban jelenleg is ezer kilométer nagyságrendű ipari hidrogénvezetékek léteznek és üzemelnek. A kisebb végfelhasználókhoz jellemzően közúti (ADR) szállítással jut el a hidrogén, ami szintén rutin műveletnek számít – természetesen a biztonsági előírások szigorú betartása mellett.
A hidrogént tehát eddig is használtuk (előállítottuk, tároltuk, szállítottuk), alapvetően vegyipari célokra. Az újdonságot a hidrogén, illetve a hidrogén-technológiák megjelenése jelenti a közlekedési és energetikai alkalmazásokban. Egyesületünk is elsősorban ezek elterjedéséért küzd. A világ számos fejlett országában ma már százas nagyságrendben léteznek hidrogén üzemanyagtöltő állomások. A hidrogén megjelent az energetikai (energiatermelési, energiatárolási, kiszabályozási) folyamatokban is, akár több megawatt (MW) léptékű projektekben. Az élenjáró országok, illetve nagyvállalatok sorra dolgozzák ki hidrogén-technológiai stratégiáikat, útiterveiket (Road Map). Mindezek következtében a hidrogén-technológiák energetikai[3], illetve mobilitási célú felhasználásai a közeli jövőben megjelenhetnek a hétköznapjainkban.
[1] Ha teljesen precízek akarunk lenni, akkor meg kell jegyezni, hogy a hidrogén égésterméke, a víz(gőz) erősen üvegház-hatású gáz. Önálló tanulmány szintű kifejtést igényelne, de előzetesen elmondható, hogy még egy esetleges „totális” hidrogén-gazdaság sem lenne képes érdemben befolyásolni a légkör vízgőz koncentrációját.
[2] A hidrogén 3-as tömegszámú izotópja a trícium (T) radioaktív, de jelen hidrogén-energetikai szempontból ennek nincs jelentősége.
[3] A teljesség kedvéért meg kell említeni, hogy a hidrogén kvázi energetikai célú használata már évtizedekkel ezelőtt létezett Magyarországon is, mivel az úgynevezett „városi gáz” egyik, kifejezetten nagy arányú (~35%) összetevője volt a hidrogén. A lakosság a városi gázt fűtésre, főzésre használta.