A nagy trükk a nyáron termelt napenergia elrakásához télire: a Föld alatti naptároló

A megújuló energia csodálatos dolog, de van vele pár kisebb gond: nem süt mindig a nap, nem fúj mindig a szél, a vízenergiához meg nem mindenütt vannak meg a megfelelő természeti adottságok. A problémák nagy részét szépen meg tudnánk oldani, ha lenne megfelelő módszerünk arra, hogyan tároljunk ekkora energiamennyiséget, olcsón, környezetbarát módon, és stabilan, hosszú távon. Az akkumulátorok még nem tartanak ott, hogy kiszolgálhassák ezt az igényt, de más megoldásokkal is intenzíven folynak kutatások.

Az egyik legújabb, és egyben egyik legérdekesebb ötlet a hidrogénes energiatárolás, csakhogy ennek is megvannak a maga problémái: egyelőre a technológiai infrastruktúra nagyon kevés helyen áll rendelkezésre hozzá, ráadásul elég drága, és valószínűleg nem is a közeljövőben lesz piacképes az ára. Ennek ellenére egyes ipari szektorokban ez lehet a dekarbonizáció szinte egyetlen eszköze. Az EU-nak már van egy projektje arra, hogy bebizonyítsa, a hidrogénnek van helye az energiatárolásban, a már meglévő, de kimerült, porózus földgáztárolók segítségével. A megnyerő nevű Európai Unió Föld alatti hidrogéntárolási referenciarendszerének zászlóshajójánál, a RAG Austria Föld alatti naptárolójánál jártunk, hogy megnézzük, hogyan működik mindez a gyakorlatban.

A rubensdorfi hidrogéntároló felé haladva rögtön demonstrálta is az időjárás, hogy milyen az, amikor a szél- és napenergiával éppen nem lehet számolni: sűrű köd borította a környéket, és teljes volt a szélcsend. Nehezen találtuk meg a kis település mellett fekvő még kisebb hidrogéntároló létesítményt, amit szántóföldek és mezők közé építettek. Rubensdorf környékén egy már csaknem kimerült gázmező található a földben, a készlet 99,80 százalékát már kitermelték, és feltehetőleg 2025-ben éri el a gazdaságossági határt, a tervek szerint eddig nyerik ki innen a földgázt.

A gázmező egy kicsiny pontján pedig éppen hidrogént pumpálnak vissza a kiürült földgáztárolókba. A RAG itt indította el kutatási projektjét, ami most már a demonstrációs fázisban jár: a Föld alatti naptároló nevű létesítmény 2021-ben épült meg, és 2023 áprilisában kezdték el működtetni. A név egyelőre félrevezető: a létesítménybe jelenleg a közeli vízerőműből hozzák az áramot, amit egy transzformátor konvertál a megfelelő feszültségszintre. Annyiban viszont nem félrevezető a naptároló kifejezés, hogy a tervek szerint a jövőben mintegy 1000 háztartás napelemeinek nyári feleslegét lesz képes tárolni.

A technológia tudományos szempontból nagyon érdekes: a beérkező elektromos áram vizet bont szét elektrolízis segítségével oxigénre és hidrogénre. Az oxigént jelenleg egyszerűen kiengedik a levegőbe, a hidrogén pedig egy kompresszorba kerül, ami nagy nyomással összepréseli ahhoz, hogy a kimerült földgáztárolóba tudják injektálni. Amikor a hidrogénre szükség van, ebből a tárolóból nyerik ki, megtisztítják, majd a jövőben szélesebb körben is megépülő hidrogénvezetékek segítségével a felhasználási területre vezetik.

Kutatások már bizonyították, hogy ez a módszer gazdaságilag megtérülő lehet. A hidrogén alacsony energiasűrűsége nagy tárolási térfogatot igényel, és bár a föld feletti hidrogéntároló megoldások fejlettek, a tárolási kapacitásuk korlátozza a felhasználhatóságukat. A folyékony hidrogén nem életképes lehetőség az évszakok közötti energiatárolásra, pontosan a korlátozott föld feletti tárolókapacitás miatt. A kimerült porózus gázmezők viszont megoldhatják ezt a problémát. A természetes földgáztárolók mellett egyébként a szikvíztárolók is megfelelő megoldást jelenthetnek.

A technológia viszont egyelőre annyira gyerekcipőben jár, hogy nem mindig értjük, mi történik pontosan a hidrogénnel az ilyen tárolókban.

Biztonsági és gazdaságossági problémák is felmerülnek, mint például a korrozív hidrogén-szulfid gáz képződése, a mikrobiális aktivitás miatti hidrogénveszteség vagy a geokémiai kölcsönhatások miatti áteresztőképesség megnövekedése. Ezért van szükség olyan projektekre, mint a naptároló – csakhogy egyetlen ilyen kutatóállomás nem adhat választ az összes felmerülő kérdésre.

Mindegyik természetes földgáztároló kicsit más, és a talajösszetétel, illetve a mikrobák jelenléte például nagyban befolyásolhatja azt, hogy egy adott helyszínen érdemes-e hidrogént tárolni. Beleszólhat a hatékonyságba még a hőmérséklet, a pH-érték, a nyomás, a mikrobiális környezet pedig egészen veszélyessé is teheti a tárolást. Ha egyes mikroorganizmusok fogyasztani kezdik a hidrogént, vagy tevékenységük miatt hidrogén-szulfid keletkezik, esetleg biofilm képződik, ez eltömítheti a pórushálózatot és a kútszerkezetet, máris gazdaságilag meg nem térülővé, sőt, akár kockázatossá is teheti a folyamatot.

Kutatások készültek arra, hogy a technológia biztonságos és hatékony alkalmazásához milyen az ideális mikrobiális összetétel, azaz milyen mikroorganizmusok jelenléte nem zavarja meg a hidrogéntárolást. Vannak ugyanis például olyan mikrobák, amik valósággal felzabálják a hidrogént: egy szikvíztárolókkal végzett kutatás kimutatta, hogy a beinjektálás utáni 90 napon belül akár a hidrogénkészlet 40 százaléka is elveszhet. Más mikroorganizmusok tevékenysége például a korábban említett kén-hidrogént termelheti, ami mérgező gáz, az egészségre és az infrastruktúrára is káros, utóbbira a betont és szénacélt érintő ​​korrozív hatása miatt.

Mindezek miatt minden egyes természetes gáztárolót külön meg kell vizsgálni, hogy megfelelők-e a körülmények a hidrogén tárolására is. Ez valószínűleg nem lesz minden tárolóban gazdaságilag és biztonságosság szempontjából megvalósítható. Rubensdorf környékén a talajban vastag homokkőréteg található, az ebben kialakult buborékokban pihent a földgáz évmilliókon keresztül, és ezeket a homokkőrétegeket több mint 100 méter széles agyagrétegek zárják le – ez pedig ideális a hidrogén számára is.

Technológiailag a naptároló kifejezetten hasznosnak tűnik: ezen a kis területen 4,2 millió kilowattóra nyári elektromosságot tudnak elrakni télire. Hasonló megoldásra mindenképp szükség lesz egy karbonszegényebb jövőben: az előrejelzések szerint Közép-Európában a megújulók terjedésének köszönhetően a nyári hónapokban nagy energiatöbblet keletkezik majd, a téli hónapokban azonban ezek a megújulók kiesnek, az energiafogyasztás pedig megnő. Bár Ausztriában magas a víztározókból nyert energia aránya, még így is százszor több potenciális tárolókapacitásra van szükség, ha az ország 100 százalékban megújuló forrásokból akarja fedezni az áramfogyasztását. Az EU-s projekt keretén belül a naptároló technológiai és kapacitásnövekedési lehetőségeit Ausztrián és Magyarországon kívül Hollandiában és Spanyolországban is vizsgálják.

Magyarországon egyébként hasonló a gáztárolók talajösszetétele, így ebből a szempontból jó jelöltek lehetnek a feladatra. Az EU-s projektben is részt vesz egy magyar fél: a Magyar Földgáztároló Zrt. dolgozik a naptárolóhoz hasonló megoldáson. A kormány nemzeti hidrogénstratégiája kimondja, hogy 2030-ig meg kell vizsgálni a hazai földgáztároló rétegeket annak felmérésére, hogy milyen mértékben alkalmasak hidrogén vagy hidrogénnel kevert földgáz tárolására. Az MVM Csoporthoz tartozó cég a projektek nyomán azt tervezi, hogy a 2030-as évek közepére több 100 MW méretben nyújt a villamosenergia-piacon kiegyensúlyozó szolgáltatást.

A RAG egyébként szintén kutatott már hasonló technológiát, mint amit Magyarországon is próbálnak kikísérletezni: a naptárolójának egyik elődje a szintén elég menő néven futó Föld alatti napátalakító, ahol úgynevezett hidrogenotropikus metanogenezis zajlik. Ennek első lépése szintén a hidrogén előállítása nap- és szélenergiából, aztán a gázt szén-dioxiddal együtt fecskendezik be a földgáztárolóba. Az itt természetesen előforduló mikroorganizmusok viszonylag rövid idő alatt természetes bioreaktorként működve metánná alakítják a hidrogént és a szén-dioxidot, amit aztán energetikai célokra lehet felhasználni.

Arról viszont, hogy a hidrogénnek pontosan milyen szerepe lesz a jövő energiamixében, erősen megoszlanak a vélemények. Elméletben használni lehet elektromosság és hő generálására, a mobilitásban, illetve az ipari folyamatokban is az olyan energiaigényes iparágakban, mint a vegyipar vagy az acélgyártás. Mivel az olcsó zöldhidrogéntől még mindig nagyon messze vagyunk – ezt egyébként a RAG munkatársai is kiemelték –, elsőként valószínűleg az utóbbi területen lehet nagy segítség a technológia, az ilyen iparágak fenntartása ugyanis szinte lehetetlen megújulókkal, fosszilis energia nélkül.

Ahhoz, hogy a hidrogén-infrastruktúra bármennyire hatékony és kifizetődő legyen, egy európai hidrogénvezeték-hálózatra is szükség lesz. Az uniónak erre is van projektje: a H2med egy olyan kezdeményezés, ami az Ibériai-félsziget hidrogénhálózatait akarja összekapcsolni Északnyugat-Európával, ez pedig a tervek szerint lehetővé tenné, hogy Európát 2030-ig megfizethető zöldhidrogénnel lehessen ellátni. A kezdeményezést Franciaország, Spanyolország és Portugália indította el, Németország erőteljes támogatásával. A projekthez jelenleg érdeklődő partnerek jelentkezését várják.

A létesítményhez újságírónk az MVM szervezésében és költségén látogatott el.