A vizet pöfögő hidrogénautó csak addig tűnik tisztának, amíg nem tudod, honnan származik az üzemanyaga

Nyár közepén csoportos pert indítottak a Toyotával szemben a márka egyetlen hidrogénhajtású típusa, a Mirai kaliforniai vásárlói, miután kiderült, hogy az autó hatótávja két tankolás között átlagosan 160 kilométerrel elmarad a gyár által ígért 500-600-tól. További probléma, hogy az utóbbi években a tervezettnél kevesebb nyilvános hidrogénkutat építettek Kaliforniában. Összesen ötvenöt ilyen kutat üzemeltetett a Shell, de hetet idén bezártak ellátási problémák miatt.

Két év alatt 13 dollárról (kb. 4700 forint) 36 dollárra (kb. 13 ezer forint) emelkedett a Mirai üzemanyagának kilónkénti ára, ezzel párhuzamosan az autók használt piaci értéke is az ötödére csökkent az 53 ezer dolláros (19 millió forint) újkori árához képest. Bár a Toyota üzemanyagkártyát is adott annak idején az autókhoz, az erre feltöltött 15 ezer dolláros keret az áremelkedés miatt nem tart ki öt évig, állítják az autók gazdái. A képet persze árnyalja, hogy a cég 2021-ben rekordot állított be az autóval, amikor Franciaországban több mint ezer kilométert tettek meg egy feltöltéssel, de az erről szóló sajtóanyagban is kiemelték, hogy nem hagyományos, hanem takarékos vezetési stílusban érték el ezt az eredményt.

A helyikibocsátás-mentes közlekedés fontos, de nem kizárólagos eszközének tekintett hidrogénhajtású járművekhez az Európai Unió szintén nagy reményeket fűz, de ez a hajtási mód egyelőre Európában is csupán egzotikum. Éppen a kaliforniaival azonos problémák, tehát a járművek drágasága, a tankolási lehetőség hiánya, illetve a hidrogén magas ára miatt nem kelendő a Mirai, de nem túl kedvezők a hozzá hasonlóan működő BMW ix5 Hydrogen, Hyundai Nexo és utódaik perspektívái sem, ahogy a hidrogénhajtású buszok és teherautók elterjedése is lassú.

A ma kapható, hidrogénnel hajtott autók 700 baros tartályai nagyjából 5-6 kiló hidrogént tárolnak. Az erre szolgáló kompresszorállomáson 3-4 perc alatt fel lehet tölteni ezeket. A hidrogént az autók üzemanyagcellája a környezeti oxigén felhasználásával elektromos árammá alakítja. Az előbbi oxidációjával és az utóbbi redukciója során végbemenő elektrokémiai folyamat mellékterméke pedig egyszerű vízpára. Bár ezekben a modellekben is van egy lítiumion-akkumulátor, ez csupán másodlagos szerepet játszik az autó hajtásában. Az alábbi animáció a Mirai második generációjának működését mutatja be, egyszerűsített formában.

Az úgynevezett fordított elektrolízis elvével működő típusok speciális villanyautók, szinte ugyanolyan csendesek mint a nehéz akkumulátort cipelő társaik, viszonylag dinamikusak is. A hidrogén energiasűrűsége körülbelül a háromszorosa a mai akkumulátorokénak, ebből adódik a 100 kilométerenként 1 kilogramm körüli fogyasztás és az 500-600 kilométer körüli elméleti hatótáv.

A hagyományos elektromos autók a mai fejlettségi szint mellett 20-30 perc alatt gyorstölthetők, az akkumulátorkímélő lassú töltés viszont akár egy teljes napot is igénybe vehet. Buszok és teherautók esetében nem is célszerű a kizárólag akkumulátoros megoldás, mert az akkuk puszta mérete és tömege a szállítható utasok számát és a teherautók terhelhetőségét csökkenti. Kivétel persze van, ott a Tesla Semi, de például a Mercedes és a Volvo is készített elektromos haszonjárművet, ám a műszaki korlátok ezeknél is hasonlóak. Van viszont még egy paraméter, ami mégis csak az akkumulátorok mellett szól: ahol van áramszolgáltatás, ott így vagy úgy, de fel lehet ezeket tölteni – ellentétben a hidrogénnel, ami nagyon kevés helyen kapható.

Mi akadályozza a technológia terjedését? Minden

A Hydrogen Insight szakportál februári összesítése szerint az európai hidrogénjármű-piac 2023-ban a legtöbb országban stagnált, de Németországban például 70 százalékkal visszaesett. Ott összesen 263 ilyen típust helyeztek forgalomba az évben, Franciaországban háromszázat (ez új rekord az országban), de a többi európai országban jellemzően csak évi néhány tucatot vásárolnak. Ehhez képest Dél-Koreában több mint 4600 autót és egyéb hidrogénes járművet adtak el tavaly, Kínában pedig mintegy hatezret.

A legtöbb országban kevés a hidrogéntöltő-állomás, ezért azok a cégek sem szívesen költenek ezekre a járművekre, amelyek szeretnének kifejezni környezettudatosságukat. A Magyar Hidrogén és Tüzelőanyag-cella Egyesület adatai szerint 2023 végén mindössze 265 hidrogénkút volt Európában, ezek közül száz Németországban, ötven pedig Franciaországban. Vagyis a kezdetleges infrastruktúra területi eloszlása finoman szólva nem homogén. Világszerte is ezernél kevesebb hidrogénkút volt tavaly év végén. Összehasonlításként: hagyományos benzinkútból nagyjából kétezer üzemel csak Magyarországon.

Mindeközben az Európai Unió alternatív üzemanyagokra vonatkozó stratégiája szerint 2030-ban, tehát kevesebb mint hat év múlva minden nagyvárosban kellene lennie legalább egy, autókat, buszokat és teherautókat kiszolgálni képes hidrogéntöltő-állomásnak, valamint a transzeurópai közlekedési hálózaton, a TEN-T-n 200 kilométerenként átlagosan egynek. A megállapodás Magyarország esetében azt jelentené, hogy a következő évtized elejéig körülbelül 20 helyen kellene kiépíteni ezeket a gázkutakat. Ehhez képest jelenleg csak Budapesten, a Linde nevű cég telephelyén találunk ilyen állandó lehetőséget.

Bár ez a hidrogénkút csak munkaidőben, előzetes egyeztetés után látogatható, éppen ide kanyarodik be rendszeresen a 8E vonalán tesztüzemben közlekedő Mercedes-Benz eCitaro Fuel Cell típusú hidrogénhajtású csuklós busz is, hogy feltöltsék a tartályait. Ez a Mercedes hibrid hajtású, vagyis a hidrogénből előállított elektromos áramot akkumulátorban tárolja. A vegyes megoldás előnye, hogy a busz hatótávolsága akár 600 kilométer lehet, ami nagyjából a kétszerese a hagyományos, nagy akkumulátorral szerelt villanybuszokénak. Azoknál 20 százalékkal drágább is, az ára körülbelül 250 millió forint. Vagyis legalább kétszer olyan drága, mint a mai, korszerű dízelmotoros típusok, ezért a következő években sem számíthatunk a hidrogénbuszok tömeges megjelenésére és a dízelek lecserélésére.

Miből készül a hidrogén?

A járműipar már évtizedekkel ezelőtt bebizonyította, hogy hatalmas potenciál rejlik a hidrogéntechnológiában, ráadásul sokak félelmeivel ellentétben a magas nyomáson tárolt gáz robbanásától sem kell tartani, ha betartják a szükséges biztonsági előírásokat. A többrétegű kompozit tartályok nem robbanhatnak fel, ha pedig mégis megsérülnek, a résen pillanatok alatt távozik a gáz, és ha mindez nem zárt térben történik a robbanásveszély minimális.

Tompos András, a Anyag- és Környezetkémiai Intézet igazgatója szerint nemcsak a hidrogén üzemanyaggal hajtott járművek sorozatgyártásának felfutására lenne szükség az árak csökkenéséhez, de kritikus tényező a tüzelőanyagcellában található platina is. Bár ezt a nemesfémet a mai autók katalizátorához szintén használják, Tompos szerint a cél az volna, hogy a lehető legkisebb mennyiség kerüljön belőle az üzemanyagcellákba, ami egy átlagos teljesítményű autó esetében 10 gramm platina felhasználását jelentené. Elmondása alapján összesen öt-hatféle cellatípus létezik, amelyek közt van olyan is, amely magas hőmérsékleten üzemel és működése során más gázokból is képes előállítani a hidrogént, de ez elsősorban ipari célokra ideális.

Mayer Zoltán, a 2011 óta létező Magyar Hidrogén és Tüzelőanyag-cella Egyesület titkára szerint átfogó szemléletre van szükség ahhoz, hogy megértsük a hidrogén mint energiahordozó jelentőségét. Nemcsak a közlekedésben, de az iparban, azon belül például a műtrágyagyártásban, illetve az energetikában is hasznosítják. Csakhogy van ezzel egy kis gond, ami miatt a technológia ellenzői be nem váltott ígéretnek tartják a hidrogén kiterjedt felhasználását. A Nemzetközi Energiaügynökség szerint 2022-ben a világ hidrogéntermelésének több mint 99 százalékához fosszilis tüzelőanyagot, például földgázt használtak, így ez a tevékenység önmagában 900 millió tonna szén-dioxid-kibocsátásért volt felelős. Ez 100 millió tonnával több a világ légi közlekedéséből származó kibocsátásnál, vagy egy másik összehasonlítással: meghaladja Németország teljes iparának kibocsátását.

A Nemzetközi Energiaügynökség 2024-es összesítése szerint tavaly már összesen 97 millió tonna hidrogént állítottak elő világszerte, de ennek csak 1 százaléka származott alacsony kibocsátású forrásból. Az egyik lehetséges eljáráshoz, az elektrolízishez (vízbontás) használt berendezések gyártásának kapacitása elérte a 25 gigawattot, de ennek 60 százalékát Kína biztosította. Eközben a megújuló forrásból származó hidrogén előállítása minimum másfélszeresébe, de akár hatszorosába kerülhet a fosszilis forrásból, főként földgázeredetű hidrogén előállítási költségének. Nem véletlen, hogy továbbra is ez utóbbi a jellemzőbb – így viszont hiába tankolunk hidrogént az autóba vagy a buszba, annak forrása szinte biztosan környezetszennyező.

Ugyanakkor jó hír, hogy Mayer szerint Magyarországon is egyre több helyen foglalkoznak zöldhidrogén-előállítással. Az így megtermelt gáz akár energiatárolási célt is szolgálhat, ami segíthet megoldani a megújuló forrásokból származó fölösleg megfelelő hasznosítását. Példaként a Mol 22 millió eurós százhalombattai beruházását említette, amelyben egy évi 1600 tonna kapacitású zöldhidrogén-előállító üzemet hozták létre.

A hidrogénalapú közlekedés középtávon a ma még főként fosszilis üzemanyagokra alapuló közlekedési energiamix részévé válhat, de ahhoz, hogy valóban kikerüljön az egyéb kategóriából a statisztikákban, évente több tízezer hidrogénautót, buszt és teherautót kellene eladni Európában. Ez a fajta tömegtermelés a járművek árán- a Toyota Mirai Európában újonnan 23 millió forintnak megfelelő összegbe kerül – és fenntartási költségein is jelentősen csökkenthetne, mert jelenleg mindkettő hátráltatja a terjedésüket. a cégek szerviz-infrastruktúrája és szakembergárdája jelenleg főként a belső égésű motorral szerelt típusok kiszolgálására képes. Egyre több műhelyben javítanak akkumulátoros villanyjárműveket, hidrogénbuszokat viszont csak nagyon kevés helyen.

De mi kéne a megrendelések felpörgéséhez? Nagyobb társadalmi elfogadottság, több ezer nyilvános hidrogénkút Európa-szerte, továbbá állami ösztönzők a magán- és közületi vásárlóknak, hogy merjenek váltani és végül ne járjanak úgy, mint a csalódott kaliforniai autósok. Egy lakossági töltőállomások teljes építési költsége körülbelül 500 millió forint, a közösségi közlekedést kiszolgálni képes nagyobb kapacitású töltőállomások és tartályok egyenként akár másfél milliárd forintos beruházást igényelnek.

Mayer Zoltán szerint a megfelelő stratégia az lenne, ha a hidrogénnel hajtott járműveket először olyan földrajzi régiókban kezdenék bevezetni, ahol eleve használnak, esetleg termelnek is hidrogént. Ilyesmire Tompos András szerint van már példa a vasúti közlekedésben, a nehéz munkagépeknél, illetve a tengeri hajózásban is, bár utóbbiban csak segédáramforrásként támaszkodnak a hidrogéncellákra.

A nagyobb elköteleződéshez ipari szintű stratégiaváltás is kellene, tehát, hogy a cégek tudatosan törekedjenek a megújuló forrásból származó gáz széles körű felhasználására. A számok egyelőre nem túl kedvezők, az Euronews márciusi cikke szerint az Európai Unió 2022-ben mindössze 20 ezer tonna zöld hidrogént állított elő, miközben azt a célt tűzte ki, hogy az évtized végére évi 10 millió tonnára tornázza fel ezt a mennyiséget és további 10 milliót importál majd.

A Magyarországon 2021-ben elfogadott Nemzeti Hidrogénstratégiában 2030-ra kitűzött cél szerint évi 20 ezer tonna karbonszegény, úgynevezett kék hidrogén, illetve 16 ezer tonna zöld hidrogén előállítása szerepel. Ezen kívül 240 megawattnyi elektrolizáló kapacitást is kiépítenének. A hazai és az EU-s tervekről szólva Tompos András azt mondta, hogy az azokban meghatározott célokat vélhetően később érjük majd el, mert az olló már most is láthatóan nyílik a két évvel ezelőtti elképzelések és a mostani trendek közt. Az itthon megtermelt zöld hidrogén jelentős része az ipar karbonsemlegesítésére fordulna, és csak kisebb hányadából tennék tisztábbá a közlekedést.

Tompos András úgy látja, bár jelenleg több kérdés is megoldásra vár a hidrogén előállításával és széles körű alkalmazásával kapcsolatban, a keresleti oldalon fontos szerepe van, és része lesz a jövő energiarendszerének. Ezt azzal támasztotta alá az Anyag- és Környezetkémiai Intézet igazgatója, hogy elmondta, a szintetikus gázok és egyéb üzemanyagok, köztük a hidrogénből előállítható származékok, például az ammónia, a szintetikus metán, a szintetikus szénhidrogének, valamint a szintetikus benzin, mind karbonsemlegesek. Mivel a szakértő szerint a közlekedési ágazat teljes elektrifikációja egyelőre utópia, a jövőben szükség lesz a villamos, valamint a gáz- és folyékonyüzemanyag-szektor együttműködésére is.

A Toyota a hidrogén-üzemanyagcellás Mirai mellett néhány éve olyan belső égésű motoros típusokat is fejleszt, amelyekben a gázt a hengerekben égetik el, és alakítják mozgási energiává. Ez a megoldás nehézkes, mert a hidrogénmotor működése jelentős nitrogén-oxid-kibocsátással jár, amit szűrni kell a környezetbe engedés előtt. Olyan fejlesztések is léteznek, amelyek a dízelmotorok működését tennék lényegesen tisztábbá a hidrogén égetésével, de ezek egyelőre csak szűk körben ismertek. A kutatások eredményeként akár ilyen módon is megmaradhatnának a belső égésű motoros autók, így a világ kevésbé lenne kiszolgáltatva a kínai akkumulátorgyártóknak, illetve az akkumulátor gyártásához szükséges lítiumnak, amely többnyire szintén Kínából származik.