Szén-dioxidból és vízből készül üzemanyag Szegeden, de a repülőgépek tankjáig még hosszú az út

Szintetikus nyers folyékony üzemanyagot már sikerült előállítania a szegedi kutatóknak, most azt kell megoldaniuk, hogy a gyártás különálló technológiai lépései egyetlen rendszerként működjenek. Az integrált berendezésből 2028-tól várják az első termékmintákat, a konténeres prototípust pedig 2029-re tervezik. Ez azonban még nem jelent repülőgépekben használható kerozint: a nyers keveréket tovább kell feldolgozni, a végterméknek pedig meg kell felelnie a repülőgép-üzemanyagokra vonatkozó követelményeknek.

Ahogy korábban beszámoltunk róla, a fejlesztés lényege, hogy megújuló villamos energiával olyan kémiai folyamatokat működtessenek, amelyek végén a szén-dioxidból származó szén és a vízből nyert hidrogén folyékony szénhidrogénekké alakulhat. Janáky Csaba, az SZTE Interdiszciplináris Kutatásfejlesztési és Innovációs Kiválósági Központjának Anyag-, Környezet- és Energiatudományi Kompetenciaközpontját vezető kutató, a Megújuló Energiák Nemzeti Laboratóriumának szakmai vezetője a Szegedernek arról beszélt, hogy a technológia egyes részei már működnek, a teljes folyamat összekapcsolása azonban még komoly műszaki feladat.

A technológia elemei már működnek, az integráció még hátravan

A szegedi Energetikai Innovációs Tesztállomáson már működik a Power-to-Gas rendszer, azaz a villamos energiával előállított hidrogént előállító technológia, amellyel a kutatók vizet bontanak hidrogénre. Emellett a szén-dioxidból szén-monoxidot előállító elektrolizálót is tesztelték, a Power-to-Liquid tesztállomáson pedig már folyamatos üzemben is készítettek szintetikus nyers folyékony üzemanyagot és viaszfrakciókat. Ez utóbbi a folyamatnak az a lépése, amelyben a hidrogén és a szén-monoxid felhasználásával folyékony szénhidrogének keletkeznek. Vagyis a kutatók nem a nulláról indulnak, az egyes technológiai lépések működését már vizsgálták, most pedig azt kell megoldaniuk, hogy ezek egymásra épülve, egyetlen rendszerben is hatékonyan működjenek.

Ez azért nem egyszerű összekapcsolás, mert az egyes folyamatok eltérő nyomást, hőmérsékletet és gázösszetételt igényelnek. A hidrogén- és szén-monoxid-előállítást ezért úgy kell összehangolni a Fischer–Tropsch-szintézissel, azaz azzal a kémiai eljárással, amelyben a két gáz reakciójából folyékony szénhidrogének, vagyis a szintetikus üzemanyag alapanyagául szolgáló vegyületek keletkeznek, hogy a lehető legkevesebb köztes gáztisztításra, kompresszióra, hűtésre és fűtésre legyen szükség. Ezek a lépések ugyanis további energiát igényelnek, így a rendszer hatékonyságát nemcsak az határozza meg, hogy az egyes berendezések működnek-e, hanem az is, mennyi energiaveszteséggel tudják átadni egymásnak a köztes termékeket. A kutatók ezért a folyamat során keletkező hő hasznosítását is vizsgálják.

A fejlesztés során először laboratóriumi kísérletekkel hangolják össze a technológiai lépéseket, majd összekapcsolják és tesztelik a meglévő berendezéseket. Ezekre a tapasztalatokra épülhet a konténeres prototípus, amelyben már nem külön-külön, hanem egyetlen rendszerként vizsgálhatják a teljes folyamatot, a hidrogén és a szén-monoxid előállításától a folyékony szénhidrogének gyártásáig. Janáky hozzátette, hogy a fejlesztés jelenleg nagyjából a TRL 4–5-ös technológiai érettségi szinten áll. Ez azt jelenti, hogy az egyes elemeket és a technológia működését már laboratóriumi körülmények között tesztelték, a következő cél pedig a TRL 6 elérése, amikor már egy integrált prototípus működését is be tudják mutatni a valós felhasználáshoz hasonló környezetben.

Az első termék még nem lesz kerozin

Az integrált rendszerből a projekt ütemezése szerint 2028-tól várják az első folyékony termékmintákat, a konténeres prototípus fejlesztését és bemutatását pedig 2029-re tervezik. Az első termék várhatóan nyers Fischer–Tropsch-szénhidrogén-keverék lesz, vagyis olyan folyadék, amelyet még tovább kell feldolgozni ahhoz, hogy kerozin forrásponttartományába eső frakciót nyerjenek belőle.

Ez a különbség a várható termelési mennyiség értelmezésénél is fontos. A prototípus tervezett minimális kapacitása napi húsz liter nyers szintetikus folyékony üzemanyag, ami folyamatos, egész éves működés mellett körülbelül hétezer literes éves termelést jelentene. A kutatási rendszer azonban nem feltétlenül üzemel majd minden nap teljes kapacitással, és a nyers terméknek sem minden összetevője kerül a kerozinfrakcióba, így a kész üzemanyag mennyisége ennél kisebb lehet.

A napi húsz literes cél tehát nem kereskedelmi gyártást jelent, hanem a teljes technológia kipróbálásához szükséges demonstrációs méretet. Ezen a léptéken a kutatók azt vizsgálhatják, hogy a berendezések hosszabb ideig, összehangoltan és kiszámíthatóan működnek-e, miközben elegendő termékük keletkezik a további vizsgálatokhoz is. Ha a rendszer beválik, a technológia később nagyobb méretben is megvalósítható lehet, de a prototípus eredményei önmagukban még nem bizonyítják, hogy az ipari termelés gazdaságosan működtethető.

A kész üzemanyag energiájánál többet kell befektetni

Janáky arról is beszélt lapunknak, hogy a gazdaságosság szempontjából kulcsfontosságú, hogy mennyi villamos energiát igényel a szén-dioxidból és vízből kiinduló folyamat. Mint mondta, a teljes energiamérlegről még nincs végleges, kísérletekkel igazolt adatuk, annak meghatározása ugyanis a projekt egyik feladata. A jelenlegi mérnöki becslés szerint a vízbontástól a folyékony termék előállításáig literenként 18–25 kilowattóra villamos energiára lehet szükség.

Összehasonlításként egy liter hagyományos kerozin kémiai energiatartalma körülbelül 9–10 kilowattóra. A becslés alapján tehát a szintetikus üzemanyag előállításához a kész termékben tárolt energiánál hozzávetőleg két-két és félszer több villamos energiát kell felhasználni. Ez jelentős energiaigényt jelent, ezért a technológia nem minden területen lehet versenyképes az elektromos hajtással. Ott viszont szerepe lehet, ahol az akkumulátoros villamosítás nehezen megoldható, például a hosszú távú repülésben.

Az energiafelhasználás csökkentése ezért a szegedi fejlesztésnek is fontos célja. A berendezések összehangolásával kevesebb köztes feldolgozási lépésre lehet szükség, a keletkező hő visszaforgatása pedig mérsékelheti a további energiaigényt. Hogy ezek a megoldások a gyakorlatban mennyit javítanak a teljes rendszer hatékonyságán, azt a kísérletek és az integrált prototípus működése alapján lehet majd megítélni Janáky elmondása szerint.

Ipari méretben literenként 2–4 euró lehet a költség

Janáky becslése szerint 2030-ra kedvező megújulóenergia-adottságú helyszínen, ipari méretben literenként 2–4 euró lehet a szintetikus üzemanyag előállítási költsége. Ez 2050-re akár literenként 1–2 euróra is csökkenhet. Ezek azonban jövőbeli ipari méretű technológiára vonatkozó becslések, nem a szegedi kísérleti rendszerben mért adatok.

A tényleges költség attól is függ, mennyibe kerül a felhasznált villamos energia, milyen gyakran és milyen kapacitással működnek a berendezések, mekkora beruházást igényel a rendszer, illetve honnan származik a szén-dioxid, és mennyire kell megtisztítani. Ha a berendezéseket csak ritkán lehet üzemeltetni, vagy drágább villamos energiát használnak, az előállítás is költségesebbé válhat. A technológiai integráció ezért nemcsak az energiafelhasználás, hanem a beruházási és működtetési költségek mérséklése miatt is fontos.

A 2–4 eurós becslésből ugyanakkor még nem lehet arra következtetni, hogy a szegedi technológia a későbbiekben milyen áron állíthat elő kerozint. Ehhez előbb az integrált rendszer tényleges energiaigényét, termelési hozamát és működési költségeit ismerni kell, majd azt is meg kell vizsgálni, mennyibe kerül a nyers termékből repülőgép-üzemanyagot előállítani.

A kerozinhoz a gyártáson túl is vezet út

A nyers Fischer–Tropsch-keverék előállítása tehát csak az egyik lépés a repülésben használható üzemanyag felé. A folyadékot először frakcionálni és szükség szerint tovább finomítani kell, hogy kinyerjék belőle a kerozin forrásponttartományába eső összetevőket. Ezután a végtermék tulajdonságait is vizsgálni kell, és igazolni kell, hogy megfelel a repülőgép-üzemanyagokra vonatkozó követelményeknek.

Janáky arról beszélt, hogy a Fischer–Tropsch-eljárással előállított szintetikus paraffinos kerozin számára létezik nemzetközi minősítési út, de ez nem jelenti azt, hogy minden ilyen eljárással készült folyadék automatikusan alkalmas repülőgépek üzemanyagaként. A konkrét terméknek és gyártási folyamatnak is meg kell felelnie az előírásoknak, amit részletes vizsgálatokkal és minősítéssel kell igazolni.

A fejlesztés ipari felhasználásáról és gazdaságosságáról a projektben érintett MOL-t is megkerestük. Cikkünk megjelenéséig tőlük nem kaptunk választ.

A szerző a Szegeder újságírója. A cikk a Szegeder és a Telex együttműködésének keretében jelenik meg a Telexen is.