A hidrogénes járművek, más néven hidrogén üzemanyagcellás járművek (FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle), egyre nagyobb figyelmet kapnak a környezetbarát közlekedési megoldások között. Ezek a járművek hidrogént használnak üzemanyagként, amelyet elektromos energiává alakítanak át, hogy meghajtsák az elektromos motort. Az alábbiakban részletesen bemutatjuk, hogyan működnek ezek a járművek, és milyen innovációkat érdemes követni a témában.
A sokszínű hidrogén
A hidrogén ígéretesnek tűnik a fosszílis tüzelőanyagok kiváltására, mert égetése során nem szabadul fel üvegházhatású gáz, valamint kiváló energiahordozó is. Azonban a hidrogén-cellás járműveknél fontos beszélni a hidrogén származásáról, ami nagyban befolyásolhatja a karbonlábnyomát.
A hidrogén karbonlábnyoma az előállításánál van meghatározva. A hidrogént előállítási formája alapján rengeteg különböző színnel jelölik, ezek közül a leggyakoribbak a zöld, kék, szürke és barna jelzők. Azonban lehet akár fekete, fehér, rózsaszín, vagy éppen türkiz is a gyártási formától függően.
A szürke, fekete és barna hidrogént fosszilis tüzelőanyagokból, gázból és szénből állítják elő gőzreformálással. Jelenleg ez a legelterjedtebb formája a hidrogéngyártásnak a kedvező ár miatt, azonban a folyamat során a légkörbe kerülő CO2 kibocsátás hozzájárul az üvegházhatáshoz. Egy tonna hidrogén előállítása körülbelül 10 tonna CO2-t termel.
A kék hidrogént ugyanúgy állítják elő, mint a szürke hidrogént. A keletkező CO2-t azonban felfogják és tartósan tárolják, amiben a probléma a szivárgás lehet. Ezzel a technológiával a gőzreformálás során keletkező CO2 nem kerül a légkörbe, így ez a módszer kedvezőbb kibocsátás szempontjából. És egy újabb technológia a türkiz hidrogén, amely szilárd módon eredményez szenet a metán pirolízis során, így jobban megakadályozhatja a kibocsátásokat amelyek a folyamat során kiszabadulnak.
A zöld hidrogén a legideálisabb előállítási módszer, amely során a víz elektrolízisével nyernek hidrogént kizárólag megújuló energiaforrásokat használva mint például a nap- vagy szélenergia. A zöld hidrogén előállítása teljesen szénmentes eljárás, így nincs CO2 kibocsátása. Ez azonban a legköltségesebb formák egyike.
Az atomenergiával előállított rózsaszín (lila vagy vörös színnel is jelölik) hidrogénnek kérdéses a megítélése, mert bár a hidrolízis során használt áram tiszta, a fűtőelemek elhelyezése vitatott téma.
A fehér természetes hidrogén lehetőségét viszonylag frissen kezdték el kutatni a tudósok, mert olcsóbb lehet a zöld hidrogén előállításánál és a tudósok szerint a földön nagy mennyiségű kinyerhető hidrogén lehet, azonban ennek is rengeteg kihívása van.
A lehetséges lelőhelyeken repesztéssel bányásznák, ami során hidrogén szivárgások jöhetnek létre, és monitorozási technológiát erre még nem alkalmaznak. Illetve a hidrogén gáz szállítása is költséges lehet, ahogy gáz formában nagy a térfogata, cseppfolyós pedig csak –253°C-os hőmérsékleten lesz. Könnyebb és robbanékonyabb gáz, vezeték infrastruktúra pedig nincs, ezért még nem piacképes a technológia.
Hogyan működnek a hidrogénes járművek?
Az alapvető működési elv:
- Hidrogéntartály: az autóban lévő tartályokban nagy nyomáson tárolják a hidrogént.
- Üzemanyagcella: itt történik a legfontosabb dolog. A hidrogén és az oxigén reakcióba lép, és elektromos áramot termel. Az egyetlen melléktermék a víz.
- Elektromos motor: az üzemanyagcellából származó elektromos áram meghajtja az autó elektromos motorját, amely a kerekeket forgatja.
Hidrogén töltési infrastruktúra fejlesztések
Magyarország
| Első hidrogén-töltőállomás | 2024-ben megnyílt Magyarország első hidrogén-töltőállomása Budapesten, az Illatos úton. A Linde Gáz Magyarország Zrt. üzemelteti, és 4000 kilogramm hidrogén tankolására van lehetőség előzetes bejelentkezés után. |
| Infrastruktúra bővítése | A HUMDA Magyar Mobilitás-fejlesztési Ügynökség Zrt. további hidrogén-töltőállomások kiépítésén dolgozik, különösen a fővárosi agglomerációban és nagyobb városokban. |
Európai Unió
| Hidrogén-töltőállomások száma | 2023 végére Európában 265 hidrogén-töltőállomás működött, ebből 105 Németországban, 51 Franciaországban, 22 Hollandiában és 17 Svájcban. |
| IPCEI Hy2Move | Az EU 2024-ben jóváhagyta az IPCEI Hy2Move projektet, amely hét tagállam közreműködésével a hidrogéntechnológia értékláncának széles körű lefedését célozza meg. |
| Hidrogénstratégia | Az EU 2020-ban elfogadta a hidrogénstratégiáját, amely 10 millió tonna megújuló hidrogén előállítását és 10 millió tonna importálását célozza meg 2030-ig. Ennek keretében továbbá meghatározták, hogy hidrogén töltőállomásokat helyeznek el legalább 200 km-enként. |
Forrás: Electrive.com
Világviszonylatban
| Hidrogén-töltőállomások száma | 2023 végére világszerte 921 hidrogén-töltőállomás működött. |
| Japán és Dél-Korea | Japánban 166, Dél-Koreában 174 hidrogén-töltőállomás működött 2023 végén. |
| USA és Kanada | Észak-Amerikában 2023-ban 7 új töltőállomás nyílt, így Kanadában 8, az USA-ban pedig 92 töltőállomás működik, ebből 75 Kaliforniában található. |
| Kína | Kínában 2023 végére 354 hidrogén-töltőállomás működött, és az ország célja, hogy 2025-re több mint 1200 állomást építsen. |
Zöld hidrogén fejlesztések
Az elektrolízis során vízből elektromos áram segítségével választják szét a hidrogént és az oxigént. Ha az elektromos áram megújuló forrásokból származik, akkor a folyamat zöld hidrogént eredményez, amely környezetbarát és fenntartható.
A zöld hidrogén előállítása az utóbbi években jelentős technológiai fejlődésen ment keresztül, amely lehetővé teszi, hogy fenntarthatóbb és gazdaságosabb módon állítsuk elő ezt a tiszta üzemanyagot. Az alábbiakban bemutatjuk a legújabb innovációkat és fejlesztéseket a zöld hidrogén előállításában.
Miért szükségesek az innovációk a zöld hidrogén előállításában?
- Költségek csökkentése: A zöld hidrogén előállítása jelenleg drágább, mint a fosszilis alapú hidrogéné. Az új technológiák és módszerek segíthetnek csökkenteni az előállítási költségeket, így versenyképesebbé téve a zöld hidrogént.
- Hatékonyság növelése: Az új technológiák növelhetik az elektrolízis és más hidrogén előállítási módszerek hatékonyságát, csökkentve az energiaigényt és növelve a termelési kapacitást.
- Környezetvédelem: Az innovációk lehetővé teszik a hidrogén előállításának környezetbarátabb módjait, csökkentve a szén-dioxid-kibocsátást és más szennyező anyagokat.
Innovációk a zöld hidrogén előállításában
Fotoelektrokémiai (PEC) Módszerek: A napfényt használják a víz közvetlen bontására hidrogénre és oxigénre. A PEC módszer teljesen megújuló, mivel napenergiát használ, és nincs szén-dioxid kibocsátás. Tiszta hidrogént termel, amelyet energiaforrásként lehet használni.
E-TAC Elektrolízis: Ez a módszer membránok nélkül választja szét a hidrogént és az oxigént, egyszerűbbé és költséghatékonyabbá téve a folyamatot. A hagyományos elektrolízissel ellentétben itt nincs szükség membránra (egy „fal”, ami különválasztja a hidrogént és az oxigént).
Az IoT eszközök lehetővé teszik a hidrogéntermelési folyamat valós idejű monitorozását és irányítását. Ez magában foglalja az elektrolizátorok és más kulcsfontosságú elemek működésének folyamatos figyelését, ami segít az energiafogyasztás optimalizálásában és a termelési arányok növelésében.
A zöld hidrogén termelési célok
Globális viszonylatban jelentősen el vagyunk maradva a zöld hidrogén előállításával a 2030-ra és 2050-re kitűzött célhoz képest.
Forrás: Systemchangelab.org
A globális zöld hidrogéntermelés az utóbbi években gyorsan növekedett, bár nagyon alacsony szintről indult. 2010 és 2021 között a globális zöld hidrogéntermelés kilencszeresére nőtt, 2010-ben 0,003 millió tonnáról (Mt) 2021-re 0,027 Mt-ra. Azonban a jelenlegi változási ütem nem elegendő, és jelentősen fel kell gyorsulnia ahhoz, hogy elérje a 2030-as célkitűzést, amely 58 Mt. 2050-re a zöld hidrogéntermelésnek évente 330 Mt-ra kell növekednie.
A legújabb innovációk
Növekvő hatótáv és teljesítmény
Az új Hyundai Nexo körülbelül 800 km-es hatótávot biztosít, ami az egyik leghosszabb hatótávú hidrogénjárművé teszi majd a 2024-es fejlesztés után. Várhatóan a fejlesztett modell ami már nem a 550-600 km körüli hatótávval bír 2025 elején kerülhet a piacra.
A Toyota Hilux Hydrogen: 550-600 km-es hatótávolsággal bír. Kombinálva a hasznosságot a zéró kibocsátással, ezzel betörve a haszonjárművek közé is a hidrogén üzemanyaggal. Tíz hónappal a projekt bejelentése után került bemutatásra a jármű, benne a villanymotor és a tüzelőanyagcella-köteg a Mirai modellből származik. Három nagynyomású tartály van benne, így több mint 600 kilométerre elegendő hidrogént képes tárolni.
BMW iX5 hidrogén üzemanyagcellás elektromos hajtásláncot használ, amelyet a Toyotával közösen fejlesztettek ki. Ezt tartják a világ legerősebb üzemanyagcella-kötegének (az utasszállító modellek között). A BMW iX5 hidrogénjármű hajtásláncának fejlesztése során a Toyota második generációs Mirai technológiáját használták fel, amely egy jól bevált és megbízható üzemanyagcella-rendszer.
Technológiai fejlesztések
A Honda CR-V FCEV egy új hibrid rendszer, amely nem az elektomos akkumulátor és fosszilis üzemanyagot kombinálja, hanem a hidrogén üzemanyagcellát egy tölthető segéd akkumulátorral. Kétirányú töltési képességgel rendelkezik, lehetővé téve, hogy a jármű energiatárolóként is működjön és elektromos eszközt árammal lásson el. A rendszert a General Motorsszal közösen fejlesztették ki, a technológia éltettartamát növelték miközben keevesebb a zaj és rezgés, és a hideget is jobban tűri. 110 V-os konnektorról tölthető.
A Korea Institute of Machinery and Materials a Hyundai-Kia Motor Companyvel együttmüködve a közös Zéró Karbon Motorkutatási Laboratóriumukban egy két literes, közvetlen befecskendezéses motort fejlesztettek, amely kiküszöböli a hidrogén nagy térfogata miatti gondokat. Nagynyomású hidrogén fecskendeznek be, így érve el hatékonyabb égést. Ráadásul a szívócsőben a technológia által nincs hidrogén gáz, így egy gyakori problémát, a visszagyulladást is kiküszöbölik ezzel. Ezzel a hatékonyabb tömeggyártott hidrogéngépjármű piacképessége sokat javulhat.
Hidrogén innovációk a kamionok terén
A világ legnagyobb teherautó-gyártói közül néhányan, köztük a Volvo és a MAN, átdolgozzák a belső égésű motorokat, hogy azok a szennyező dízel helyett alacsony kibocsátású hidrogénnel működjenek. Az elektromos akkumulátorok túl nehezek a hosszú távú áruszállítási műveletekhez, és sok időt vesz igénybe a feltöltésük.
A hidrogén üzemanyagcellák használata az áramtermeléshez csökkenti a súlyt és növeli a teherautók hatótávolságát, de a váltás erre a technológiára drága, mivel a vállalatoknak új teherautó-rendszereket kell tervezniük. Az első pilot projekt keretében a MAN körülbelül 200 teherautót fog szállítani hidrogénnel működő motorokkal európai ügyfeleinek jövőre.
A Hyundai Xcient Fuel Cell teherautó a világ első sorozatgyártott hidrogén üzemanyagcellás nehéz teherautója, amelyet már használnak Svájcban. Az Xcient Fuel Cell teherautó több mint 400 km-t tud megtenni egyetlen töltéssel, ami ideálissá teszi a kereskedelmi szállítmányozás és logisztika számára.
Eddig 48 darabot üzemeltetnek Svájcban, és a Hyundai tervei szerint 2025-ig összesen 1,600 darabot fognak gyártani és forgalomba hozni világszerte. Májusban a Hyundai Motor bemutatta hidrogénstratégiáját az Egyesült Államokbeli tiszta logisztikai tevékenységére vonatkozó céljaival, ezzel hangsúlyozva a vállalat elkötelezettségét a hidrogén alapú társadalom megteremtése mellett.
Hidrogénes buszok
A 2000-es évek első felében megkezdődtek az első pilot projektek a világ fejlett országaiban, mint Németország, Spanyolország, Hollandia, Egyesült Királyság. 2018 óta működik együtt a Toyota és a CaetanoBus. A Toyota üzemanyagcellás rendszereit használják a CaetanoBus hidrogénbuszaiban, amelyek már több európai városban is üzemelnek. H2.City Gold néven Magyarországon is próbaüzeme zajlik egy ilyen busznak egy éven keresztül a Szigethalom–Budapest, Kelenföld útvonalon.
Hidrogénes vonatok
A világ első hidrogén üzemanyagcellás vonata a Alstom Coradia iLint, amely Németországban és más európai országokban is üzemel. Ezek a vonatok csendesek, károsanyag kibocsátás mentesek, vízgőzt és kondenzvizet bocsátanak ki, és egy töltéssel akár 1000 km-t is megtehetnek.
Jelenleg a személyszállításban használják őket, oyan útszakaszokon amelyeket nem érdemes villamosítani, de zöld megoldással szeretnék működtetni. A vonatot tiszta energiaátalakítás, rugalmas energiatárolás akkumulátorokban, valamint a hajtóerő és a rendelkezésre álló energia intelligens kezelése jellemzi. Napi egy töltéssal a hidrogéntöltő állomáson képes egész nap üzemelni a vonat.
Az első 14 Coradia iLint vonat a német Alsó-Szászország régióba, a következő 27 Coradia iLint vonat a frankfurti metropoliszba lett megrendelve. De ezen kívül Olaszország 6 Coradia Stream hidrogénvonatot rendelt a Lombardia régióba és Franciaország 12 Coradia Polyvalent hidrogénvonatot igényelt, amelyeket négy különböző francia régióban osztanak majd szét. A Coradia iLintet sikeresen tesztelték többek között Ausztriában, Hollandiában, Lengyelországban és Svédországban is.
A Stadler vonatgyártó cég is fejlesztett hidrogén cellás vonatot, ugyanúgy a dízel üzemű járművek kiváltására a költséges villamosítás alternatívájaként, FLIRT H₂– néven, amelyeket Amerikában helyeztek üzembe 2019-ben.
Forrás: Alstom.com
A hidrogén használatát a hajók és repülők esetében egy-egy külön bejegyzésben taglaljuk majd.
[A sorozat szerkesztői: Ali Amina, Ónodi Vanda és Szomolányi Katalin]
