Főleg a közlekedésben sokan vetélytársként tekintenek az tüzelőanyag-cellás hidrogénnel működő, valamint az akkumulátoros elektromos autókra, ám a két technológia inkább egymást támogatja, és egészíti ki, nemcsak a közlekedésben, hanem más iparágakban egyaránt. Megújuló energián alapszik a zöldáram, ahogy megújuló energia szükséges a zöld hidrogén előállításához is, mégsem veszik el egymástól a lehetőségeket. Épp ellenkezőleg, a hidrogén segíthet az egyes időszakokban keletkező többletenergia hasznosításában, csökkentve a villamosenergia-rendszer leterheltségét, míg a villamos energia meg tud ágyazni a zöld hidrogén széles bázisú alkalmazhatóságának. Mindkét technológia egy eszköz arra, hogy megszabaduljunk a fosszilis energiaforrásoktól. Az elektrifikáció felfutásának éppen szemtanúi vagyunk, és a zöld hidrogén területén is hasonló boomra készül a tudományos szféra. De nem holnap valósul meg minden. Türelem kell hozzá. A zöld hidrogén piacáról, magáról a technológiáról kérdeztük Tompos Andrást, a TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet igazgatóját, a Magyar Hidrogéntechnológiai Szövetség szakmai tanácsadó testületének vezetőjét.
A hidrogénnek több fajtája is létezik az alapján, hogy az előállítása fosszilis vagy megújuló energián alapszik. A jövőt alapvetően a zöld hidrogénnel képzeljük el, mi ennek az oka?
A dekarbonizáció, a klímasemlegesség és a fosszilis anyagok minél kisebb mértékű felhasználása rendkívül fontos, ehhez tud csatlakozni többek között a hidrogén, ha fosszilis felhasználás nélkül kerül előállításra. A villamos energia is akkor jó, ha zöld, és nem tartalmaz semmilyen fosszilis forrást az előállítása. A villamos energia szektor önmagában nem lesz elég, hogy a teljes primer energiafogyasztást kielégítse a világon, még akkor sem, ha az elektrifikáció nagy léptékeket ölt, és akár a 2-3-szorosára bővül. Jelenleg az igények 20-30 százalékát tudja fedezni, és persze lehet fejleszteni a villamosenergia-hálózatokat, telepíteni szigetüzemben villamos energiát, felhasználó és termelő egységeket, amelyek nem tudnak vagy akarnak csatlakozni a nagy hálózatra, mégis ezt a 20-30 százalékos részesedést a teljes primer energiafogyasztásból nagyon nehéz 100 százalékig feltornázni.
Majdnem biztos, hogy a villamos energia előállítása és szállítása mellett a gázszektornak is szerepe lesz, és a zöldgáz majdhogynem definíció szerint a hidrogén. Nem baj, ha ez a két energiavektor kiegészíti egymást, hiszen ezáltal kisebb teher jutna mindkét hálózatra.
A gázszállítás mellett szól az is, hogy a gázvezetékekben egyfajta tárolás is történik. A hidrogén, ami a gázvezetékben 100 bar nyomáson szállításra kerül, önmagában is elég jelentős mennyiségű energiatárolást jelent. Egy 1000 km-es tiszta hidrogén-szállító csővezetékben, amelynek az átmérője 92 cm, több mint 100 GWh hidrogén van, amihez még további tárolókapacitás is építhető a hálózat mentén. A villamos energia nem tárolható hosszú távon, ott használják fel, ahol éppen tudják az adott pillanatban. A nagyságrendi különbségekre hívnám fel a figyelmet: a lehetséges hazai akkumulátoros és hidrogéntárolás összevetésében akár 4-5 nagyságrend lehet a különbség. Párszáz, maximum 1000 megawattórás akkumulátoros tárolás lehetséges Magyarországon, ezzel szemben a hidrogéntároló kapacitás mértéke akár terawattórányi is lehet. Legalábbis ezt a nagyságrendet kell valószínűsítenünk, ha a jelenlegi földgáztároló kapacitást vesszük alapul és élünk azzal a feltételezéssel, hogy a gázszektor teljes dekarbonizációja előbb-utóbb szükségszerűen megvalósul. A hazai föld alatti földgáztároló kapacitás 34 terawattóra (TWh). Nemcsak a tárolt energia mennyisége, de az energiaszállítás teljesítménye, azaz a „cső keresztmetszete” is számít. A már említett 92 cm átmérőjű hidrogénvezeték telepítése, ami 10 gigawatt teljesítményt tud szállítani, annyiba kerül, mint egy 3 gigawattos villamosenergia-vezeték kiépítése HVDC technológiával (nagy villamos teljesítmény átvitele nagy egyenfeszültségen).
Magyarországon alkalmasak a hidrogén szállítására, tárolására a földgázhálózatok?
Nem igazán. Néhány százalékig be lehet keverni, ami előbb-utóbb elfogadott lehet Magyarországon az 2 százalék. Kis számnak tűnik, de összességében ez nem kevés. Magyarország primer energiafogyasztása mintegy 218 terawattóra, az a hidrogénmennyiség, ami a földgázhálózatba bekeverésre kerülhet, az több terawattóra éves szállítását és tárolását jelentheti. De mivel már van egy gázhálózati infrastruktúra, újratervezéssel és módosítással alkalmas lehet nagyobb mennyiségű hidrogén befogadására is. Európában a dedikált hidrogénhálózatok fejlesztése napirenden van. Természetesen minden infrastruktúra-fejlesztés pénzbe kerül, össze kell hasonlítani, hogy a villamosenergia-hálózat fejlesztése és a dedikált hidrogénhálózat fejlesztése milyen terhet ró a gazdaságra.
Magyarországon milyen fejlesztések vannak tervben?
Az ütemterv Magyarországon is elmarad attól, amit a hidrogénstratégiában annak idején az ITM megfogalmazott. A hidrogénstratégia egy 2021. májusi dokumentum, ami 2030-ig 250 megawatt elektrolizáló kapacitás tervezését irányozta elő. Most csak a vízbontásról beszélünk, de számos más, megújulón alapuló hidrogén-előállítás is létezik, például biomassza pirolízise, elgázosítása, hulladékok elgázosítása. Ugyanakkor ami nagymértékű zöldhidrogén-előállítást eredményezhet, az a 250 megawattos vízbontó kapacitás kiépítése. Ezzel évente mintegy 20 ezer tonna zöldhidrogén-előállítás válna lehetővé (600-700 gigawattóra).
Magyarországon felfutóban van a hidrogén-technológia, de jelenleg még nem a dinamikus fejlődési szakasznál, hanem az első lépéseknél tart.
Mire lenne szükség a felfuttatásához?
Megfelelő mennyiségű forrásra. Az elektrolizáló kötegek, mint technológiai egységek kutatás-fejlesztésére egyre szűkül a tér, s már nem nagyon lehet versenyezni a nagy gyártókkal, így azok hazai fejlesztésére nincs is keret a hazai hidrogénstratégiában, ezeket az egységeket európai beszállítóktól hozzák ide. Ezek a telepítések tulajdonképpen már a hidrogénstratégia meghirdetése előtt elindultak a zöldgazdaság-rendszerfejlesztési programokban, és 2020-ban több olyan projekt is indult, amelyekben részfeladat az elektrolizálók telepítése. Ezek a források egyelőre hazai innovációs alapból táplálkoznak, de kiegészíthetők lennének azokkal az alapokkal és forrásokkal, amiket az EU-tól várunk. Az RRF alapokból (Helyreállítási és Ellenállóképességi Eszköz) több száz milliárd forint mehet kizárólag hidrogén-technológiákra. A nagy mennyiségű hidrogén előállítása vízbontással igenis napirenden van, és látom a tényleges megvalósulás lehetőségét.
Ha létrejön a beruházás, utána kinek tudja eladni az üzemeltető a megtermelt hidrogént?
Ezeket az üzleti modelleket, illetve a végfelhasználók körét folyamatában dolgozzák ki, de a stratégia szerint 2030-ig leginkább a vegyipar lenne a felvásárló, hozzájuk jutna az a zöld energia, amit nem juttatunk fel a villamosenergia-hálózatra. Magyarországon az ammóniagyártás, műtrágyagyártás nagy mennyiségű hidrogént fogyasztana, illetve az olajfinomítóknak van még nagy hidrogénszükségletük. A hidrogén-technológia csökkenteni tudja a villamosenergia-hálózat leterheltségét, hiszen azt a zöldáramot, amit nem tudnánk közvetlenül elfogyasztani, vízbontással hidrogén-előállításra lehet használni, kivezetve a villamosenergia-szektorból egyrészt a vegyiparba, másrészt a közlekedésbe. Szükség esetén persze vissza is lehet tenni a villamosenergia-hálózatra. A vegyipari ammónia-, és műtrágyagyártáson felül, a közlekedésben a hidrogéntöltő-kutakon keresztül is fel lehet használni nagyobb mennyiségben. A stratégia szerint mintegy 44 töltőpont kiépítése valósulna meg 2030-ig, ezért biztos, hogy a hazai hidrogén egy része, évente kb. 16 ezer tonna, ilyen töltőkutakban kerülne hasznosításra.
Gyakori jelenség, hogy nem tudjuk elfogyasztani a megtermelt zöldáramot? Mi történik ilyenkor a hálózatban?
Már most is előfordulnak olyan csúcsidőszakok a naperőműveknél, amelyek a villamosenergia-hálózatban történő energiafelhasználást nem teszik lehetővé teljes mértékben, hanem egy részét le kellene szabályozni. Ilyenkor vissza kellene fogni a naperőművet, mert az igényoldal nem akkora. Magyarország jelentős határkeresztező kapacitásokkal rendelkezik, a felesleges zöld áram egy részét el lehet szállítani.
Ez azt jelenti, hogy a hidrogén-előállítás nagymértékben ettől a "többlet zöld energiától" fog függeni?
Így van, bár valamekkora mozgástér van, hiszen a zöld eredetgaranciával ellátott villamos energia sem feltétlenül akkor kerül felhasználásra, amikor éppen túltermelés van. Persze szigorúan szabályozva van a térbeli és időbeli felhasználás, például, hogy hány órával később lehet még hasznosítani, vagy, hogy egy norvég partok menti offshore szélerőmű által megtermelt energiát ne lehessen Dél-Olaszországban zöld energiaként hasznosítani. Ezen a területen az EU-s direktívák, rendeletek, azaz általában a jogi-közigazgatási környezet folyamatosan módosul abba az irányba, hogy a zöldáram termelők és hidrogén termelők motivációját elősegítsék.
Szigorúan véve a villamosenergiahálózat hazai energiamixében még nem 100% a megújuló rész. Mindenesetre egy olyan szabályozás, ami engedi annak a lehetőségét, hogy elektrolizálásra lehessen zöldáramot használni, amit az elektrolizáló közvetlenül a villamosenergia-hálózatról szed, a szektor fejlődését is elindítaná. Tisztán zöldáramról akkor lenne szó, ha a vízbontó berendezés közvetlenül a napelemparkra lenne kötve. Azonban egy ilyen működésben számolni kell egyfajta szakaszossággal, és nem minden elektrolizáló technológia tud alkalmazkodni a le- és felterhelésekhez.
A hidrogéntechnológia fejlődéséhez tehát az is fontos, hogy a megújuló kapacitásokat is fejlesszék az országok.
Így van. Csak akkor lesz zöld a hidrogén előállítása, ha ez zöld villamos energiával történik meg, és ehhez a zöldáram-termelő kapacitásokat bővíteni kell.
Az előbbiek alapján a hidrogén és a villamos energia inkább egymás kiegészítőjeként írhatók le. A közlekedésben a meghajtást illetően azonban mégis úgy tűnik, hogy néha konfliktusba keverednek.
Az elektrifikáció utat ver a közlekedésben is, kizárt dolog, hogy ne az legyen a végkifejlet, hogy villamos energiával működjenek a gépjárművek. Kétfajta elektromos gépjármű van, az akkumulátoros és a tüzelőanyag-cellás, utóbbi hidrogénnel megy. Akármelyik technológia tör utat, a másiknak készíti elő a terepet.
Itt nem versengő technológiák vannak, hanem egymást támogatók.
Az akkumulátoros megoldás a személygépjárműveknél tört utat magának, a nehézgépjárműveknél viszont a hidrogént rebesgetik a befutónak.
Azért mondtam, hogy egymást támogató technológiák, mert nemcsak egymásnak készítik elő a terepet, hanem ki is egészítik egymást. Az akkumulátoros elektromos hajtáslánc kisebb terheknél, kisebb hatótávoknál kaphat piaci szerepet, míg a hidrogén üzemanyagcellás gépjárművek a nagyobb terheléseknél, nagyobb hatótávoknál lehetnek versenyelőnyben.
A zöld hidrogén árában most milyen trendek vannak?
A zöld hidrogén ára csak nagyon lassan csökken, drasztikus visszaesést 2024-ig nem látok. Bizonyos időszakokban 2-3 euró/kg hidrogént el lehet érni, de a nagy szén-dioxid-kibocsátással létrejövő szürke hidrogén tradicionálisan 1,2 euró/kg. Azt hiszem, még hosszú az út addig, hogy a zöldhidrogén-termelés Európában ehhez felzárkózzon.
Az elmúlt években azért még 3-4-szeres különbségeket lehetett látni a szürke és a zöld hidrogén árában, ahhoz képest azért van fejlődés.
Így van, optimális eseteket vázoltam fel az imént. Amikor egy Svédország vagy Norvégia melletti offshore szélerőműparkból történik a zöld villamos energia vétele, és ezen alapszik az elektrolizáló technológia, akkor beszélhetünk 2,5 euró/kilogrammról. Ha a jogi szabályozási környezetet mellé illesztik, esetleg adókedvezmények is lennének, és egyre magasabbak lesznek a CO2-vámok, akkor előbb kerülhet versenyhelyzetbe a zöldhidrogén-termelés.
Európában melyik ország jár a legelőrébb a zöldhidrogén-technológiában?
Németország, Franciaország, Nagy-Britannia, Hollandia az úttörők egészen az előállítástól a végfelhasználásig. Ezekkel az országokkal már sokszor felvettük a kapcsolatot, a technológia telepítésében jártas szakértők is érkeztek ide.
Hogyan lehet beilleszteni a hidrogént a klímasemlegességi célkitűzésekbe?
2030-ig egy felfutó időszak van, mely során 4-6 százalék lehet a zöld hidrogén részesedése a primer energiafogyasztásban és a végfelhasználásban. 2050-re Európa-szinten vagy akár globális szinten általánosságban 24 százalékot képzelünk el, de van egy 18-25%-os tartomány, amelyben a különböző szcenáriók, különböző iparágak mozognak, ezekhez szokták hozzárendelni, hogy hány gigatonna CO2-csökkenést, mennyi új munkahelyet jelent a különböző részesedési arány.
Sokkal rövidebb időtávon - a következő években - milyennek várja ezt a piacot?
Az biztos, hogy holnaptól még nem fog teljesen átalakulni, például a közlekedési szektor. Németországban 2138 darab személygépjármű közlekedik a Toyota üzemanyagcellás meghajtású típusából, Magyarországon ennek a száma 2030-ra érheti el a 40 ezret a 3 milliós gépjárműállományban.
A hidrogéntechnológiákban legfejlettebb országokban 2030-ra minden 12. gépjármű tüzelőanyag-cellás lesz.
Itthon egy töltőállomás van - az Illatos úton - az sem nyilvános, és speciális hűtőegységre lenne szükség, hogy a töltés gyors lehessen, ne melegedjen túl a tartály. Ez a töltőállomás egy buszt 3-5 perc alatt képes feltölteni. A Toyota személyautója egy 5 kg-os hidrogéntöltéssel 600 kilométert tud megtenni. Minden résztvevőnek, aki az infrastruktúra telepítésében, üzemeltetésében és a végfelhasználásban érdekelt egyszerre kellene fellépnie, különben nem lesz fejlődés. Vehetünk buszt, de attól még nem lesz töltőállomásunk, vagy építhetünk töltőállomást, de attól még nem lesz buszunk. A felfutás és a megvalósítás akkor gyorsulna fel, ha állami részvétellel létrejönne egy szándéknyilatkozat minden szereplő részéről.
Az akkumulátoros autók, buszok feltöltéséhez képest az 5 perces töltési idő nagyon kedvezőnek tűnik. Miért nem lesz egyre több hidrogéntöltőpont?
Lesz, csak nagyon lassan, idén nagy valószínűséggel hármat telepítenek. A hazai stratégiának figyelembe kell venni az ország átjárhatóságnak megteremtését előíró EU-s rendeleteket, amelyek előírják hidrogén töltőállomások telepítését a transzeurópai közlekedési folyosók (TEN-T) mentén.
Az üzemanyagcellás autók ára mennyivel magasabb az akkumulátoros megoldásnál?
Jelenleg a tulajdonosi összköltség (Total Cost of Ownership), ami a beszerzési áron kívül a fenntartás, tankolás, karbantartás költségeit is tartalmazza a teljes életciklusban, még jóval magasabb a tüzelőanyag-cellás járművek esetén (20-50%). A legtöbb számítás azonban azt jelzi előre, hogy 2030-ra az FCEV hajtásláncnak jelentős árelőnye lesz a tehergépjárműveknél és az ár egyforma lesz a különböző személyjárműveknél. Az ár letörése nagymértékben a sorozatgyártáson múlik. A technológia fejlődésével inkább csak az életciklus környezeti hatását tudjuk befolyásolni, míg, ha már 10 ezer feletti darabszám kikerül ezekből az autókból, akkor az ár is csökkenni fog. Erre talán nem kell nagyon sokat várni, egy elektromos autó tüzelőanyag-cellássá való átalakítása szinte pillanatok kérdése, sokkal kisebb átalakítást jelent, mint robbanómotor helyett akkumulátort használni. Az üzemeltetési tapasztalatok is azt mutatják, hogy egyelőre drága, de a rendelkezésre állást és a fogyasztást illetően kedvezőek a visszajelzések.
Forrás: Az energiatárolás és a közlekedés elképzelhetetlen zöld hidrogén nélkül - Portfolio.hu