Hidrogénmeghajtású járművek

A múlt, a jelen és a lehetséges jövő

1807-ben Francois Isaac de Rivaz francia származású svájci feltaláló megszerkesztette az első belső égésű motort, melynek a hidrogén volt az üzemanyaga, amit oxigén hozzáadásával, egy szikra segítségével gyújtott be. Egy év múlva pedig gépkocsit is épített, melyet az általa feltalált robbanómotor hajtott, ám ez a kezdetleges automobil sohasem terjedt el. Majdnem másfél évszázaddal később, 1965–1966-ban pedig dr. Roger Billings tudós, feltaláló egy Ford A-modell motorját alakította át hidrogénüzeművé, s noha a hidrogénmeghajtás még akkoriban sem hódította meg a világot, napjainkban komoly érdeklődés ébredt iránta.

Londonban már menetrendszerűen közlekednek hidrogénhajtású autóbuszok, hidrogénnel működő teherjárművek is róják az utakat, Japánban pedig nagy jövőt látnak e meghajtási módban, a Toyota, a Hyundai és a Honda egyaránt előrukkolt az első hidrogénüzemű személygépkocsikkal: a Toyota Mirai, a Hyundai Nexo és a Honda Clarity modellekkel. Európában pedig a Renault, a Peugeot és a BMW is legyártotta az első tesztautóit.

De miként is használhatjuk fel a hidrogént üzemanyagként? Két módon. Vagy benzin, illetve gázolaj helyett hidrogént töltünk egy átalakított belső égésű motorba, ezt égetjük el oxigén hozzáadásával, s így hajtjuk meg a járművet, vagy villanyautóba szerelt üzemanyagcellában állítunk elő áramot egy hidrogént és oxigént felhasználó elektrokémiai reakció során, s az így nyert villanyáram működteti az elektromos hajtásláncot. A gépkocsi pedig csak vízgőzt bocsát ki magából, ami az első esetben égéstermékként képződik, s a kipufogócsövön keresztül jut ki a szabadba, a második esetben pedig a katóddal érintkező hidrogénionok állítják elő, ahogy egyesülnek az oxigénnel, majd ugyancsak a kipufogócsövön át távozik a járműből. Tehát nincs károsanyag-kibocsátás.

De nemcsak a benzin- vagy dízelüzemű gépjárművekkel, hanem az akkumulátoros villanyautókkal szemben is megannyi előnnyel rendelkeznek. Míg az utóbbiaknál az akkuk feltöltése még a gyorstöltő állomásokon is fél órát vesz igénybe, addig a hidrogénhajtású gépkocsik feltankolása éppolyan rövid ideig tart, mint a hagyományos robbanómotoros autóké, öt perc alatt fel lehet tankolni őket. Megjegyzendő: az üzemanyagcellás gépkocsiknál három túlnyomásos tartály helyezkedik el a padló alatt, ezeket töltik tele hidrogénnel. S míg az akkumulátorcsomagok 400, 500, 700 kilogrammot nyomnak, addig a hidrogénhajtású autók esetében a maximális hatótávolság megtételéhez öt-hat kilogramm hidrogén is elegendő. Ráadásul maga a hatótávolság is nagyobb: a kis Toyota Mirai egyszeri feltöltéssel megtesz több mint 480 kilométert, a nagyobbak pedig, mint a Hyundai Nexo, csaknem 645 kilométert. Továbbá az akkumulátorokkal ellentétben az üzemanyagcellák nem bomlanak le, az ezekkel működő gépkocsik élettartama is hosszabb, akár 200 ezer kilométer, plusz az üzemanyagcellák semmilyen karbantartást nem igényelnek, a gyártásuk sem jár károsanyag-kibocsátással, mint az akkumulátoroké, az előállításukhoz pedig nem kell környezetmegterhelő módon lítiumot bányászni. Mindemellett pedig a hidrogén a világegyetem leggyakoribb eleme, és a Földön is nagyon sok található belőle különböző vegyületekben, például a vízben (mint tudjuk, egy vízmolekula két hidrogén- és egy oxigénatomból áll). S hogy ennyi pozitívum mellett miért nem terjedtek még el a hidrogénüzemű autók, még annyira sem, mint az akkus elektromos gépkocsik? Ennek több oka van.

A hidrogén gyúlékonyabb, mint a benzin vagy a gázolaj, emiatt a nyomás alatt lévő hidrogéngázt tartalmazó tartályoknak nagyon strapabíróknak és ütközésállóknak kell lenniük, így a töltőállomásokra való kiszállítása tartálykocsikkal, sőt csővezetékeken is problémás. Maguk a hidrogénmeghajtású gépkocsik viszont a gyártók szerint épp annyira biztonságosak, mint a hagyományos motorokkal működők. Ám a hidrogén előállítása eléggé vagy éppen nagyon költséges, mivel a gyártáshoz jelentős mennyiségű energiát kell felhasználni. Ez pedig azt eredményezi, hogy üzemanyagként drága, kilométerenként és kilogrammonként többe kerül, mint a benzin vagy a gázolaj, amellett kisebb is az energiasűrűsége, mint azoké, így gyakrabban kell tankolni belőle.

De miként is állítják elő a hidrogént? Bár színtelen gáz, gyártása kapcsán különböző színekkel jelölik, melyek például a folyamatnak a környezetre gyakorolt hatását jelzik. A szürke hidrogént a földgázból állítják elő, amit gőzzel hidrogénre és szén-dioxidra bontanak, az utóbbi gázt pedig a légkörbe bocsátják. Jelenleg ez a hidrogéngyártás viszonylag legolcsóbb és legelterjedtebb módja. A kék hidrogént ugyanígy állítják elő, ám a CO₂-t megkötik és tartósan elraktározzák, a szén-dioxid megkötése viszont többletmunkával jár, és ez megnöveli a hidrogéngyártás önköltségét. A türkiz hidrogént a metán termikus krakkolásával (metán pirolízissel) állítják elő, s a folyamat során szilárd szén is képződik. A zöld hidrogént pedig úgy állítják elő, hogy megújuló energiaforrásokból, vagyis szél- és napenergiából származó, szél- és naperőművek által termelt elektromos árammal a vizet elektrolízissel hidrogénre és oxigénre bontják. Többféle elektrolittel dolgoznak, s különböző üzemi hőmérsékletek mellett végzik el a reakciót, így inkább elektrolízisekről beszélhetünk. A különféle elektrolízisek és a működtetésükhöz szükséges elektromos energia ma még magas ára miatt azonban a zöld hidrogén jelenleg a legdrágább hidrogén. Elemzések szerint viszont a zöld hidrogén árának legalább a felére kellene csökkennie ahhoz, hogy a fosszilis üzemanyagok valódi alternatívája legyen, bár a becslések szerint az elkövetkező években csökkenni fog az ár. Mindenesetre a hidrogén előállítása ma még mindenképpen elég sok pénzbe kerül, a töltőállomások hálózata még annyira sem épült ki, mint az akkumulátorok gyorstöltőinek a hálózata, például egész Európában még csak pár száz hidrogén-töltőállomás található, és a hidrogénüzemű gépkocsikból is még csak kevés gördült le a futószalagokról, bár azért a számuk növekszik. 2011 óta 41 700 darabot adtak el, 2021-ben pedig mintegy 15 500-at, ami 84 százalékos növekedést jelez a 2020-as évhez képest, de az áruk még magas. Ázsiában – elsősorban Japánban – viszont nagy jövőt látnak a hidrogénhajtású gépkocsikban, a tervek szerint több százezer darabot terveznek legyártani, s ha a tervek valóra válnak, a hidrogénüzemű autók darabszámának a növekedése magával vonja az áruk csökkenését. Ám az üzemanyagtöltő pontokat is meg kell sokszorozni ahhoz, hogy jobban elterjedjenek, viszont akkor terjednek el nagyobb mértékben, ha jelentősen megnövelik az üzemanyagtöltő pontok számát… Ebből a róka fogta csuka, csuka fogta róka helyzetből kell valahogy kievickélnie a hidrogénüzemű autók gyártásának ahhoz, hogy a hidrogénmeghajtás a hagyományos meghajtás és az akkumulátoros meghajtás alternatívája legyen. És természetesen csökkenteni kell a hidrogén előállításának az önköltségét is, amihez innovációkra van szükség.

Az akkumulátoros villanyautóké vagy a hidrogénüzeműeké lesz-e a jövő? Az utóbbiaknak sok előnyük van az előbbiekkel szemben, de még sok a hátrányuk is, mindamellett többen is nagy perspektívát látnak bennük. Nagyon sok múlik azon, melyik meghajtási mód esetében kerül sor a hátrányokat kiküszöbölő fejlesztésekre. És természetesen az is elképzelhető, hogy egymás mellett fognak létezni, bár olyan vélemény is van, mely szerint nem az a meghajtás terjed el, amelyik jobb, hanem az, amelyik hamarabb tesz szert nagyobb piacra. Az lenne, persze, a jó megoldás, ha kellő fejlesztések eredményeként a jobbik szerezné meg a piacot…

Lajos Mihály