A cseh, lengyel, magyar és szlovák hidrogén egyesületek a „Hydrogen Technologies for Innovative V4” című projekt keretében együttműködnek, és országonként egy-egy szakmai konferenciát szerveztek 2019-2021 folyamán. A projektet támogatja:
E projekt keretében elkészült egyebek mellett egy animációs kisfilm, valamint egy gyakori kérdések (FAQ) összeállítás, amely a hidrogénnel kapcsolatos alapvető információkat tartalmazza, és amelyeket az alábbiakban adunk közre.
Miért a hidrogén?
Az összes érintett ágazatban a hidrogén alkalmazásának alapvető előfeltétele az alacsony kibocsátású vagy nulla kibocsátású gazdaságra való áttérés. Az összes kontinensen az országok folyamatos erőfeszítéseket tesznek, hogy új alternatívákat keressenek az éghajlat-semleges technológiák fejlesztésére. Az Európai Unió azt a célt tűzte ki maga elé, hogy 2050-re teljes éghajlat-semlegességet érjen el, vagyis csak ugyanannyi üvegházhatású-gáz kibocsátást enged a légkörbe, mint amennyit a különböző nyelők meg tudnak kötni. Az időjárásfüggő megújuló energiaforrások terjedése a tagállamokban jelentős kihívás elé állítja a villamosenergia-rendszer stabilitását. Ilyen körülmények közt a hidrogén, mint köztes energiahordozó különösen fontos szerepet játszhat, például az energiatároláson, akár szezonális léptékű energiatároláson, vagy a hidrogén alapú mobilitás egyes alkalmazásain keresztül.
A hidrogénről
A hidrogén a legegyszerűbb, legkönnyebb, gáznemű kémiai elem, amely az univerzum teljes kozmikus tömegének több mint kétharmadát teszi ki. A hidrogén a harmadik leggyakoribb elem a Földön, azonban gyakorlatilag nem fordul elő önálló molekuláris formájában, mert rendkívül reaktív és azonnal vegyületeket képez. A hidrogén mindenütt jelen van környezetünkben, például a vízben, a különböző szénhidrogénekben, biomasszában stb. Mivel ez a legegyszerűbb és legkönnyebb elem, szabadba kerülésekor nagyon gyorsan eloszlik a levegőben. Az esetlegesen szivárgó hidrogén semmilyen módon nem szennyezi a környezetet: nem toxikus, nem korrozív, nincs szaga, visszamaradó környezetszennyezést nem okoz. A hidrogén gyúlékony, de nem segíti elő az égést, színtelen lánggal ég.
Milyen tulajdonságokkal rendelkezik a hidrogén?
A hidrogén tömegegységre vonatkoztatott energiasűrűsége igen jelentős (33 kWh/kg, 120 MJ/kg), így bizonyos értelemben jelenleg versenytársa az akkumulátoros technológiáknak. A hidrogén és az akkumulátorok közvetlen összehasonlításában az akkumulátortechnológiák területén ma a Tesla autóipari vállalat az egyik vezető szereplő, amelynek akkumulátorai elérik a 250 – 260 Wh/kg energiasűrűséget. A hidrogén energia-sűrűsége tehát tömegegységre vetítve számottevően nagyobb. Minden technológiának megvannak a maga hátrányai, ami a hidrogén esetében a térfogategységre vonatkoztatott igen alacsony energiasűrűség (3 kWh/m3, 20 Celsius fokon és 1 bar nyomáson). A tartály mérete, amely képes például 6,3 kg hidrogén befogadására (nagy nyomáson), összesen 156 liter kapacitású (Hyundai Nexo esetében).
A hidrogén története
A hidrogén régóta ismert kémiai elem: 1776-ban Henry Cavendish brit tudós fedezett fel. Kiváló tulajdonságai ellenére azonban a felfedezése idejében nem érte el a tömeges felhasználási lehetőséget az iparban, elsősorban az olcsóbb fosszilis üzemanyagok megjelenése miatt a 19. és 20. században. A „hidrogén” szó kimondásakor többeknek a Hindenburg léghajó katasztrófája juthat eszébe. A laikus közvélemény – tévesen – a hidrogént tartja felelősnek a léghajó balesetéért, azonban a katasztrófát egy elektromos szikra okozta, amely meggyújtotta a helytelenül alkalmazott gyúlékony anyagot, amelyből a hajótest készült. Az égő léghajó valóban sokkoló videója továbbra is elérhető és megnehezítheti a hidrogén különféle alkalmazásait. A hidrogénhasználat újbóli fellendülése az 1960-as évek űrkutatási misszióinak volt köszönhető, például az Apollo -programban. A hidrogént akkoriban elsősorban üzemanyagként használták az űrsiklókhoz. Ezenkívül az Apollo program során hidrogén üzemanyag-cellás technológiát alkalmaztak a fedélzeten áram, hő és víz előállítására. A V4 országokban (és számos egyéb országban) korábban városi gázt használtak a háztartásokban, melynek egyik fő összetevője a hidrogén volt, amelyet később (kb. az 1970-es, 1980-as évektől) felváltotta a földgáz.
Hidrogén használatok
A hidrogén egy (köztes) energiahordozó, energiatároló. Széles körben használják az iparban, és néhány éven belül várhatóan a közlekedésben, az energetikában is. A jövőben a hidrogén az egyik energiahordozó lesz az úgynevezett „sector coupling„, vagyis az ágazatok közti integráció koncepciójában. A szektorális integráció olyan folyamat, amelyben a legfontosabb ágazatok (ipar, közlekedés, energetika) köztes energiahordozók révén egyre szorosabban összekapcsolódik, és a dekarbonizációs lehetőséget dominánsan a megújuló energiaforrásokból származó villamos energia adja. A hidrogén, mint energiahordozó ebben jelentős szerepet játszhat a következőkben felsorolt területeken:
- közlekedés: a hidrogén üzemanyag-cellás jármű (FCEV) szintén egy elektromos hajtáslánccal rendelkező, zéró (lokális) emisszióval rendelkező jármű, így az akkumulátoros elektromos járművek (BEV) egyik vetélytársa, vagy inkább kiegészítő technológiája. A hidrogén járművek (FCEV) hosszabb hatótávolsággal (600+ km), rövid feltöltési idővel (kb. 5 perc) rendelkeznek, és hideg körülmények között lényegesen kisebb hatótávolság-veszteségük van van. Nagy sebességnél szintén kedvezőbb a hatótávolság-veszteségük. Az akkumulátorokhoz képest a hidrogén üzemanyag-cellás hajtásláncot főként a nehézjárműveknél alkalmazzák majd, így pl. teherszállításban, autóbuszok, vonatok esetében. A hidrogén alapú mobilitás dominánsan az üzemanyag-cellás hajtáslánc révén valósul meg, melyek során a hidrogén és az oxigén elektrokémiai reakciójában közvetlenül villamos energia termelődik, és elektro-motor hajtja meg a járművet. Csak tiszta víz és némi hő keletkezik melléktermékként. A jármű által beszívott levegőt az üzemanyag-cella előtt szűrők tisztítanak meg, így kis túlzással azt is mondhatnánk, hogy az FCEV járművek tisztítják a légkört. Az FCEV járművek tömeges megjelenését akadályozza a jelenleg még magas vételáruk és a hidrogén töltőállomások egyelőre ritka infrastruktúrája. Az FCEV tömeggyártásával az árak jelentős csökkenése lehet számítani,
- az energetikában a hidrogén szintén sokrétűen használható, de különös jelentősége pl. az energiatárolásban lehet (emlékeztetőként a hidrogén energiatartalma 33 kWh/kg). Viszonylag könnyen tárolható nagy mennyiségben, főként föld alatti tárolókban, ezért a hidrogén akár a szezonális (TWh nagyságrendű) energiatárolásban. Ahol az akkumulátortechnológiák kudarcot vallanak, azaz a villamos energia rendszer jelentősebb kiszabályozási/tárolási igényei esetében, ott a hidrogén ideális alternatívaként jelenhet meg. A tárolótartályokban, vagy föld alatti tárolókban, vagy a gázrendszerben tárolt hidrogén üzemanyag-cellás technológia segítségével visszaalakítható villamos energiává, vagy egyéb technológiák segítségével hővé vagy hő- és villamos energiává, vagy egyes ipari folyamatokban is felhasználható alapanyagként,
- az iparban jelenleg is kiterjedten használnak („szürke”) hidrogént pl. az ammóniagyártásban, vegyiparban, kőolajfinomítókban. Cél lehet e szürke hidrogén fokozatos kiváltása környezetkímélőbb módszerekkel előállított ún. „kék” és „zöld” hidrogénnel. Jelentős új felhasználási terület lehet az acélipari felhasználás, ahol a vasérc redukálására, a szükséges hőenergia biztosítására használható a hidrogén, kiváltva ezzel a kokszot, vagy annak egy részét. Kisebb mennyiségben, de az élelmiszeripar is használ hidrogént pl. növényi olajok hidrogénezésére (margarin előállítása során). Ezek mellett világszerte vannak kísérleti projektek az ipari hőigények hidrogén alapú kielégítésére, pl. magas hőmérsékletet kívánó ipari folyamatok esetében ipari (gáz)égők alkalmazhatóságáról.
Hogyan állítják elő a hidrogént?
A jelenleg előállított hidrogén több mint ~96%-a fosszilis alapanyagokból (leginkább földgázból) származik. Mindössze 4%-át állítják elő elektrolízissel, de ez esetben is kulcskérdés, hogy az ehhez szükséges villamos energiát mennyire tiszta vagy éppen környezetterhelő energiahordozókkal állítják elő. A tiszta, környezetkímélő hidrogén előállítási módok arányának a következő évtizedben jelentős mértékben növekednie kell.
A jelenlegi adatok szerint a világ összes hidrogéntermelésének 96%-a fosszilis tüzelőanyagokból származik, főleg a földgáz úgynevezett gőzreformálásos (SMR) eljárásából. Ennek oka, hogy jelenleg ez a legolcsóbb hidrogén-előállítási mód. A gőzreformálás termokatalitikus rekació, amelyben 750-950 Celsius fokos vízgőzt reagáltatnak metánnal katalizátor jelenlétében. Az első lépésben – a hidrogén mellett keletkező – szén-monoxidot további vízgőzzel reagáltatva növelhető a hidrogén termelés, miközben szén-dioxidot keletkezik. Az SMR folyamat hatásfoka körülbelül 75%, miközben – ha nem történik széndioxid leválasztás – akkor nagy mennyiségű CO2 termelődik: 1 kg előállított hidrogén mellett akár 9-12 kg CO2 is keletkezhet. Emiatt az így keletkező hidrogént „szürkének” nevezzük.
A hidrogéntermelés egyik átmeneti, környezetkímélőbb módszere a ma már ismert technológiák kombinációja lehet, ezek a földgáz gőzreformálása CCS (Carbon Capture Storage) eljárással kombináltan. Ebben a változatban a keletkező CO2-kibocsátást CCS és/vagy CCU (Carbon Capture Utilitization) technológiával leválasztják: geológiai tárolókban letárolják, vagy jobb esetben hasznosítják is. Az így keletkező hidrogén már jelentősen kisebb CO2 kibocsátással jár, emiatt „kék” hidrogénnek nevezzük.
A jövőben az Európai Unióban a hidrogéntermelés leginkább prioritást élvező módja a megújuló energiaforrásokból származó villamos energiát használó víz-elektrolízissel történő hidrogéntermelés. Sajnos, ez jelenleg világszerte kb. <1,0% részesedést jelent. (Az elektrolízis alapú előállítás önmagában igaz, hogy ~4%-ot tesz ki, de az ehhez felhasznált villamos energia még közel sem tisztán megújuló alapú.) Ezen túlmenően a hidrogén keletkezhet bizonyos vegyipari folyamatok melléktermékeként is; jellemzően a sóoldat-elektrolízis technológiájával történő klórtermelés mellékterméként keletkezik hidrogén, de egyéb eljárások is eredményezhetik ezt. (Egyes szakirodalmak e melléktermék hidrogént „fehér” hidrogénként említik, de ez a megnevezés nem túl gyakori; és más szakirodalmak pedig ezt a kék hidrogén egyik alkategóriájának tekintik.)
Ha a hidrogént a víz elektrolízisével állítják elő, és a felhasznált villamos energia megújuló forrásokból származik, akkor ezt a hidrogént „zöldnek” nevezik. A zöld hidrogén szinte emissziómentes, és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának csökkentésében rejlik az egyik legnagyobb előnye. A víz elektrolízise során a hidrogén és az oxigén közötti kémiai kötés felszakad, a folyadékból hidrogéngáz és oxigén képződik. Jelenleg az általános hatásfok körülbelül ~55-65%, az elektrolizáló technológia használatától függően. 1 kg hidrogén előállításához körülbelül 9 l vízre és körülbelül 50-60 kWh villamos energiára van szükség.
A hidrogéntermelésnek más módszerei is megtalálhatók a szakirodalomban. Egyelőre csak kísérleti szinten létezik a hidrogéntermelés az újonnan kifejlesztett, negyedik generációs atomreaktorokban, szilárd-oxidos elektrolízissel, ahol magas hőmérsékletű vízgőz-elektrolízist alkalmazva. A fentieken kívül a hidrogént további „színekbe“ osztályozzák az előállítási módjaik (azaz lényegében a környezetterhelő jellegük) szerint: így találkozhatunk pl. „barna” hidrogén elnevezéssel (melyet a szénelgázosítás során állítanak elő), „türkiz” hidrogénnel (amely földgáz, pontosabban metán pirolízissel állítanak elő), vagy éppen „sárga” hidrogénnel (melyet nukleáris alapú – azaz low-carbon – villamosenergia segítségével végzett elektrolízissel állítanak elő).
TARTALOM FELTÖLTÉSE FOLYAMATBAN! Kérjük térjen vissza később.