Közlekedjünk vízzel!
Képzeljünk el egy olyan világot, amelyben a járműveinket hidrogén hajtja. Ugyanúgy tankolhatunk, mint eddig, de kipufogógáz helyett csak gőz távozik az autóból, amely lehűlve visszakerül a víz természetes körforgásába. Gondoljuk el, hogy hidrogénben tárolt napfénnyel fűtjük a lakásainkat. Utópia? Nem. Ez a jövő, de még nem tartunk ott, hogy akarjuk is.
Ma már egyetlen gyártó sem jósol nagy jövőt a benzines és dízeles autóknak. A környezetszennyezés megállítása érdekében a legtöbben hibrid vagy elektromos meghajtásúak fejlesztésébe kezdtek, ám még mindig nagy kérdés, lesz-e elég nyersanyag annyi akkumulátor előállításához, amennyire szükség van a járműpark lecseréléséhez, illetve mi történjen az elhasználódott akkumulátorral. Ezenfelül a gyártás folyamata, a nyersanyagok kibányászása, szállítása, feldolgozása és végül a hulladékkezelés módja ma még egyáltalán nem nevezhető környezetbarátnak.
Alternatíva lehet a hidrogénmeghajtás, mert egyesíti magában az elektromos autózás minden környezetbarát jellemzőjét és a belső égésű motor gyors utántöltésének lehetőségét. Valójában a hidrogén hajtotta jármű is elektromos autó, ugyanis villanymotor hajtja, csak a motort nem akkumulátor, hanem úgynevezett üzemanyagcella működteti. Ebben fordított elektrolízis zajlik le: hidrogén és oxigén egyesülése révén elektromos áram keletkezik, és víz. Ez az áram hajtja a motort, az üzemanyag a hidrogén, a kipufogóból pedig csak dihidrogén-monoxid, azaz víz távozik páraként. A hidrogén további előnye, hogy bármekkora mennyiségben előállítható, szemben a fosszilis energiahordozókkal, amelyekből véges mennyiség áll rendelkezésre.
A hidrogén a legelső kémiai elem, az élet alapja. Mengyelejev periódusos rendszerében az egyes számot kapta, mivel magját egyetlen proton alkotja, ami körül egyetlen elektron kering. Ez a színtelen, szagtalan gáz alkotja az anyagi univerzum legnagyobb részét, 73-75 százalékát, úgyhogy van belőle bőven. A periódusos rendszerben a második elem, a hélium már csak 23-25 százalékban van jelen. Az összes többi pedig együttesen is csak két százalékot tesz ki. A tiszta hidrogén rendkívül könnyű gáz, amit még a gravitáció sem tart igazán vissza, a légkörből is könnyedén elillan. Földi körülmények közt szinte csak vegyületekben fordul elő, a legnagyobb részben víz formájában. A víz viszont elektrolízis segítségével oxigénre és hidrogénre bontható.
A hidrogén energiasűrűsége nagyobb, mint az újratölthető akkumulátoroké, így azonos járműtömeg mellett nagyobb távolságot lehet megtenni vele. Hátránya azonban a hidrogén költséges előállítása, tárolása és szállítása. Az infrastruktúra kiépítése is várat még magára: Ausztriában jelenleg öt, Magyarországon csak egy hidrogéntöltő állomás működik.
Az egész folyamat akkor fenntartható és környezetbarát, ha a hidrogén előállításához szükséges áramot megújuló energia felhasználásával, de legalábbis kibocsátásmentes technológiával, vagyis atomenergiával állítjuk elő. Az előbbit nevezik zöldhidrogénnek. A hidrogént azonban eddig jobbára fosszilis energia segítségével termelték, ugyanis a vegyipar és a műtrágyagyártás egyik alapanyagaként tetemes mennyiségben van rá szükség, de a fémipar és az élelmiszeripar is használja.
Ám a hidrogénben még ennél is nagyobb lehetőségek rejlenek, miután energiatárolásra is használható. Ha ugyanis a megújuló energiát hasznosító erőművek éppen túltermelnek, akkor a többletárammal hidrogén állítható elő. Amikor viszont túl kevés energia nyerhető ki a megújulókból, akkor a hidrogént nemcsak a közlekedési eszközök üzemanyagaként használhatjuk fel, hanem az említett üzemanyagcellák erőműként is működhetnek. Ezek ugyanis gyakorlatilag modulárisan bármekkorára növelhetők, így családi házat vagy városrészt is elláthatunk ily módon árammal. Markus Sartory, a grazi hidrogénkutató központ munkatársa szerint az akkumulátorok csak kevés áram tárolására alkalmasak, ám hidrogén formájában az energia nagy mennyiségben, hosszú ideig gond nélkül raktározható. Tehát a nyári napsütésben termelt hidrogént fel lehet használni télen, és a földgázhálózat segítségével akár könnyen szállítható is.
A hidrogénnek a gyors tankolás az egyik legnagyobb előnye, hangsúlyozza Gerhard Krachler, a Magna Steyr kutatási osztályának vezetője. A több mint százéves járműgyártási tapasztalattal rendelkező, márkafüggetlen tervező- és járműgyártó cég kutatója szerint a hidrogénhajtásnak elsősorban a nagyobb járműveknél, a haszongépjárműveknél, illetve a buszoknál van előnye. A városi közlekedéshez szerinte elegendő egy akkumulátoros villanyautó, a bonyolultabb hidrogénes hajtás előnyei inkább nagyobb távolságoknál mutatkoznak meg.
Minden szempontból a hidrogén tűnik a jövő üzemanyagának, de akadály az ipari léptékű tárolás megvalósítása: ma még bonyolult és költséges. A gáz tömöríthető ugyan nagy nyomású tartályokban, ám ekkor fennáll a robbanásveszély. A cseppfolyósítás az igazi megoldás, ami nagyságrendekkel több hidrogén tárolását teszi lehetővé. A gond csak az, hogy – 253 Celsius-fok alatti hőmérséklet kell hozzá, ami a gyakorlatban kivitelezhetetlen, ezért egyelőre csak az űrkutatásban használják.
Sokáig a hidrogén előállítása is drágának tűnt: az áram segítségével, vízbontással termelt hidrogén energiaszükséglete öt kilowatt köbméterenként, és csak akkor van értelme, ha a felhasznált áram megújuló forrásból származik.
De miért ne lehetne hidrogént előállítani közvetlenül a napfényből? – tették fel a kérdést a Light2Hydrogen kutatóhálózat német tudósai. A fotokatalízis lényege, hogy a vízbontás nem elektromos áram, hanem közvetlenül a napfény segítségével történik egy katalizátor segítségével.
Berlin közepén, a Műegyetem tetején helyezték el a körülbelül egy négyzetméteres bemutató eszközt, amely közvetlenül a napfény hatására fejleszt hidrogént vízből, olvasható a német szövetségi képzési és kutatási minisztérium honlapján. A napfény hatására az üvegfelület alatt hidrogén képződik. Szenzor méri a napfény intenzitását: amennyiben meghaladja a 400 wattot, a kis erőmű termelni kezd. Szép időben ez a berendezés akár három liter hidrogént is elő tud állítani naponta. A Light2Hydrogen konzorcium másik tesztreaktora egy hordozható asztali hidrogéntermelő berendezés, amelyet napelemes szimulátor hajt. USB-csatlakozással van ellátva, kis eszközök számára termel áramot.
Hasonló elven működik az a rendszer, amelyet jelenleg egy Stuttgart melletti modellházban tesztelnek. A Wohnwerke ingatlanfejlesztő cég a berlini Home Power Solution (HPS) nevű, integrált zöldenergiát hasznosító rendszereket fejlesztő vállalattal közösen olyan lakóházak sorozatgyártásába kezdene a jövőben, amelyek egész évben független és teljesen szén-dioxid-mentes áramellátást biztosítanak a családoknak. Ez a hidrogénalapú energiatároló rendszer alapjaiban változtatja meg a lakossági áramfelhasználás eddigi gyakorlatát: segítségével ugyanis káros anyag kibocsátása nélkül le lehet válni a villamosenergia-hálózatról, ígérik a fejlesztők.
Összegezve, a Napból áradó és árammá alakítható energia korlátlanul áll rendelkezésre, amit a leghatékonyabban a hidrogén képes tárolni. A vízből egyenárammal ugyancsak korlátlan mennyiségű hidrogén állítható elő, ami elégetve ismét vízzé válik, és a körforgás bezárul. Környezetszennyezés nincs, korlátok nincsenek. Előrehaladott kísérletek is folynak a technológia kifejlesztésére. Képzeljük el, hogy a Földön közlekedő több száz millió jármű benzin és gázolaj helyett hidrogént éget el és vízgőzt pufogtat ki. Ez reális lehetőség, és kivitelezhető. Csak akarni kellene, de úgy látszik, még nem elég nagy a baj ahhoz, hogy az emberiség tényleg akarja.
Tengeralattjáróban, rakétában, autóban
Egy angol fizikus és kémikus, Henry Cavendish fedezte fel a hidrogént a XVIII. században. Arról pedig, hogy akár munkára is lehetne fogni ezt a vegyületet, Verne Gyula írt 1874-ben, de ő még csak arra gondolt, hogy a hidrogén fényt és meleget adhatna az emberiségnek. A felismerésre, hogy a hidrogén akár motorokat is hajthat, egészen az 1930-as évekig kellett várni. Több fejlett országban is sikeres kísérleteket folytattak a kutatók: egyszerűnek tűnt a recept, hiszen a benzin-levegő keverék helyett hidrogén-levegő keveréket fecskendeztek be a motorok hengereibe, és azok annak rendje és módja szerint működni kezdtek. Akkor még annak nem volt jelentősége, hogy a motorban zajló égés végterméke nem szén-dioxid, hanem víz. Nyilván olcsóbb volt az olaj kitermelése és a benzin lepárlása, mint a hidrogén előállítása. Ráadásul a hidrogén és a levegő keverékeként alkalmazható üzemanyag fűtőértéke alacsonyabb volt a hagyományos olajszármazékokénál, a kísérleteket és a kutatásokat tehát tovább kellett volna folytatni. De a legtöbben letettek róla.
A hidrogénes meghajtás a második világháborús német tengeralattjárók esetében került újra a figyelem középpontjába. Az úgynevezett XXI-es és XXIII-as osztályú tengeralattjárók kísérleti motorjait egy hidrogénvegyülettel, hidrogén-peroxiddal hajtották meg. A konstrukciót egy Helmuth Walter nevű német mérnök alkotta meg, a motoroknak levegőre nem volt szükségük, a gépek a víz alatt is teljes fordulatszámon pöröghettek, a tengeralattjárók pedig így rendkívül hosszú ideig a felszín alatt maradhattak. A megoldás hátránya az újfajta üzemanyag veszélyes robbanékonysága volt. Tervezték egy zárt láncú, „önmagába visszatérő” üzemanyag-ellátási technológia kifejlesztését is, de véget ért a háború.
A hidrogénhajtású motor csak 1979-ben került újra az érdeklődés fókuszába, a BMW úgynevezett ötös szériájú autója kapcsán. A kocsit be is mutatták a nagyközönségnek, de többek között az üzemanyag tárolási nehézségei miatt nem futott be jelentősebb karriert. Az 1981-es amerikai űrsiklóprogram viszont nem hátrált meg a technikai problémák megoldása során, és hidrogén-oxigén keveréket használt a rakétáiban.
