Csípős hangyasav hajthatja a jövő autóit

A hangyacsípés - valójában harapás - azért annyira kellemetlen, mert a rovar hangyasavat fecskendez a sérülésbe. Ez a vegyület lehet ugyanakkor a jövő üzemanyaga és energiahordozója, mert hangyasavként hatékonyan lehet tárolni a hidrogént, és könnyen fel lehet szabadítani áramfejlesztés céljára. A téma Svájcban dolgozó magyar kutatóját kérdeztük.

A világegyetem legkönnyebb, legegyszerűbb és leggyakoribb kémiai eleme a hidrogén. Az oxigénnel reagáló, vagyis elégő hidrogéngáz sok energiát szabadít fel, az égéstermék pedig a tiszta víz - tehát igencsak környezetbarát energiahordozó és üzemanyag lenne. A hidrogéngazdaság utópiájának pontosan ez a lényege, vagyis a tisztán égő gázzal lehetne kiváltani a kőolajat, a szenet és a földgázt (lásd az ábrát). Az elképzelés fő akadálya az, hogy meglehetősen nehézkes tárolni, szállítani és felhasználni a gázt.

Gáz halmazállapotban a hidrogén rendkívül robbanásveszélyes, így nagy nyomáson nehéz, ellenálló, vastag falú acél- vagy kompozit anyagú tartályokban kell tárolni, és ha nagy mennyiség kell a gázból, akkor a tartály kezelhetetlen méretű lenne. Ha csővezetékben akarjuk továbbítani, a nyomásprobléma mellett azzal is számolni kell, hogy a hidrogén miatt túlságosan merevvé válik a vezeték fala. Ha pedig folyékony hidrogént használnánk, a gázt mínusz 252 Celsius-fokra kell lehűteni és kriogén (rendkívül alacsony hőmérsékletű) folyadéktartályokban kell tárolni. Itt kerül képbe a hangyasav.

Laptoptöltés hidrogénnel

A svájci, Lausanne-i Műszaki Egyetem (EPFL) és a Rostocki Egyetem német, magyar és angol kutatói olyan technológiát fejlesztettek ki, amely egyszerre kínál megoldást a hidrogén tárolására és visszaforgatására. A hidrogén kinyerése céljából már egy ideje foglalkoztatja a kutatókat a hangyasav (HCO₂H) és sói, az úgynevezett formiátok. Az eljárás alapvető problémája a savból a hidrogénnel együtt felszabaduló szén-dioxid elválasztása és újra hasznosítása. Egy vaskatalizátor segítségével azonban most sikerült erre megoldást találni. Katalizátor anyagra mindenképpen szükség van a kémiai reakció beindulásához, mert a hangyasavból spontán módon nem fejlődik hidrogén. Azáltal, hogy folyékony hangyasavból egyszerű, környezetbarát módszerrel lehet hidrogént előállítani, szükségtelenné válhatnak a nagynyomású hidrogéntartályok, vagyis a fenti problémák jó része megoldható.

A hidrogén vas jelenlétében szabadul fel a hangyasavból

"A hangyasavas hidrogéntárolási eljárás legnagyobb előnye a hatékonysága. A súlyos, többnyire acél hidrogéntároló tartályokban 350 atmoszféra nyomáson kell tartani a gázt. Literenként 28 gramm hidrogént lehet ezzel a módszerrel tárolni, hangyasavval ehhez képest literenként 53 grammot lehet elérni. A hangyasav szobahőmérsékleten folyékony, tárolására elég egy műanyagkanna. Ráadásul jól ellenőrizhető, kis mennyiségben szabadítható fel belőle a hidrogén, mindig annyi, amennyire éppen szükség van" - mondta az [origo] kérdésére dr. Laurenczy Gábor, az új hidrogéntárolási módszerrel foglalkozó kutatócsoport magyar vezetője, az EPFL kémiai tanszékének professzora.

Az eljárás lényegét 2006-ban szabadalmaztatták, jelenleg két, egy svájci és egy kanadai cég hasznosítja a módszert. Ez utóbbi vállalat mobiltelefon- és laptop-töltőegységet, valamint számítógépes szünetmentes tápegységet tervez gyártani egy 150, illetve 2000 watt teljesítményű berendezéssel. E két eszközben a hangyasavból felszabaduló hidrogént üzemanyagcellában használják fel, így termelve elektromos áramot.

Így működne a hangyasavas energiatárolás és -termelés

A lausanne-i laboratóriumban elkészült egy nagyobb, 2-5 kW teljesítményű prototípus is a hidrogéntároló egységből. "Ha valaki napelemeket szerel a házára, számolnia kell azzal, hogy az nem folyamatosan szolgáltat áramot. Rossz idő esetén vagy éjszaka a hangyasav-hidrogén-tüzelőanyag cella "akkumulátorral" lehet áramot fejleszteni, a szén-dioxidot pedig a napsütötte időszakban termelt fölös áram segítségével lehet visszaalakítani hangyasavvá. Elképzelésünk szerint ez a hidrogéntárolási módszer jól kiegészíti a szélerőműveket is, és általában véve alkalmas a megújuló energia átmenti tárolására. Ez a nagyobb kapacitású változat viszont még biztosan nem jelenik meg a piacon 2012-ben" - mondta Laurenczy Gábor. A nagyobb kapacitású egység alkalmas lehet a villamosáram-hálózattól távol eső területeken - például egy tanyán - az áramellátás kiépítésére is.

Érdekli az autóipart az eljárás

A hidrogéntárolási eljárás az autóipar számára lehet a leginkább vonzó, ugyanis több gyártónak van hidrongénhajtású prototípusa, amelyek káros anyagok helyett vízgőzt pöfögnek. Ezekben a gázt magasnyomású tartályokban tárolják, vagyis a járművek robbanásveszélyesek lehetnek, az ellenálló tartályok miatt további száz-százötven kilós tömeget kell megmozgatni és problémás a tankolás, vagyis a gáz nagy nyomáson történő pótlása is. Az eddig készült prototípusokban a hidrogént vagy közvetlenül égeti el a motor, vagy az üzemanyagcella fejlesztette áram hajtja meg az elektromotorokat.

"Műszaki értelemben a hangyasav-alapú meghajtás viszonylag könnyen megvalósítható. 2008-ban, amikor történelmi csúcsot értek el a kőolajárak, több nagy autógyártó meg is keresett minket. Véleményem szerint csak a fejlesztési költségek akadályozhatják egy ilyen autó legyártását, és egy prototípust aránylag rövid idő alatt el is lehet készíteni. Ugyanakkor a sorozatgyártásba kerülő járműnek számos követelménynek kell megfelelnie, legyen például minél könnyebb, áramvonalasabb, biztonságosabb, ezért arról még jósolni sem merek, mikor lehet megvásárolni egy ilyen autót" - mondta az EPFL kutatója.

Az új eljárás további előnye, hogy eddig csak drága katalizátorok, például ruténium-, iridium-, ródium- vagy platinatartalmú vegyületek segítségével sikerült hangyasavból hidrogént előállítani. A svájci és németországi kutatók eredménye az, hogy olyan katalitikus eljárást fejlesztettek ki, amely drága átmenetifémek helyett vasat használ. A vaskatalizátoros módszer már szobahőmérsékleten jó hatásfokkal dolgozik, a legjobb eredmények azonban 80 Celsius-fokon érhetők el. A kutatócsoport eredményeit a Science tudományos folyóiratban ismertette. A most közölt kutatási eredményhez a szén-dioxid redukciójával kapcsolatos kutatások vezettek el (a redoxi folyamatok azok a kémiai reakciók, amelyekben a reakcióban részt vevő egyik anyag lead, a másik pedig felvesz elektronokat - a leadó oxidálódik, míg a felvevő redukálódik). A lausanne-i EPFL-n az első tudományos közlemény 1999-ben készült ebben a témában.

A hangyasav természetes anyag, kinyerhető rovarokból és csalánból. Iparilag jelenleg szén-monoxidból állítják elő, ezen kívül az ecetsav előállításának mellékterméke; mindemellett olcsó is: egy liter belőle 0,5-2 euróba kerül. Általában tartósítószerként és antibakteriális hatása miatt használják.

Az ipari felhasználásra szánt hidrogént jelenleg fosszilis energiahordozókból, vagyis földgázból, kőolajból vagy szénből állítják elő, vagy elektrolízises vízfelbontást használnak. Egyik eljárás sem számít környezetbarát megoldásnak - elektrolízis esetén például, a különböző veszteségek miatt összességében kevesebb energia nyerhető ki az előállított hidrogénből, mint ha az előállítására használt energiát használnák fel egyből (a módszert tehát "veszteséget" termel energetikai szempontból).