Amerikában már felkészültek a hidrogénalapú világra

A hidrogén alapú technológiák bevezetését komoly laboratóriumi kutatómunka előzi meg

A hidrogén, mint legtisztább energiaforrás kiaknázása lehet az egyetlen út a klímaváltozás visszafordítására. Hol tart e folyamatban a világ hidrogéntermelésének hetedét adó USA? Milyen opciók elérhetők jelenleg a hidrogén előállítására, és milyen stratégiát kellene követni? Ezekre a kérdésekre keresik a választ a Joule folyóiratban megjelent publikáció szerzői.

Nagyléptékű terv szükséges a tiszta hidrogénalapú gazdaságra való átálláshoz

A klímaváltozás mérsékléséhez nem elég, ha a villamosenergia-ellátó rendszereinket kizöldítjük, hanem egy tiszta üzemanyagra is szükségünk van, amely segít csökkenteni az ipar, az áruszállítás és a hosszútávú energiatárolás széndioxid-kibocsátását.

A hidrogén és származékai kínálkoznak e szerep betöltésére

– érvelnek a Joule folyóirat legutóbbi számában megjelent kommentár szerzői, azonban figyelmeztetnek: ahhoz, hogy az Egyesült Államok átálljon a tiszta hidrogén-alapú gazdaságra, először átfogó stratégiát és egy nagyléptékű tízéves tervet kell alkotni.

Hidrogén cellákkal üzemelő Hyundai személygépkocsi egy bemutatón. A tiszta energiaforrások közüla hidrogén tűnik a legígéretesebbnek Forrás: AFP/Eric Piermont

A szerzők úgy vélekednek, hogy a jövőbeni hidrogén-infrastruktúra alapos átgondolása – beleértve a termeléssel, szállítással, tárolással, felhasználással és gazdasági versenyképességgel kapcsolatos kérdéseket – kulcsfontosságú ahhoz, hogy a tiszta hidrogén meghonosítására tett erőfeszítések társadalmi szinten sikeresek és fenntarthatóak legyenek. „Üdvözöljük az USA energiaügyi titkára, Jennifer Granholm bejelentését az ambiciózus Hydrogen Earthshot program elindításáról.

New York látképe a Rockefeller Centerből. Az Egyesült Államok felkészült a hidrogénalapú gazdaságra való átállásra Forrás: Flickr / Umberto DPC

A technológiafüggetlen program átfogó célja az üvegházhatásúgáz-mentes hidrogéntermelés kilogrammonkénti árának 1 dollár alá szorítása az évtized végéig – írja a kommentár vezető szerzője, Arun Majumdar, a kaliforniai Stanford Egyetem Precourt Energiakutató Intézetének társigazgató professzora.

– Hasonló átfogó célú technológiai és gazdasági kutatási-fejlesztési programokat kell indítani a hidrogén tárolásának, felhasználásának és szállításának ügyében is. A Hydrogen Earthshot szükséges, de nem elégséges a hidrogénalapú gazdaság megteremtéséhez."

Jelenleg a petrolkémiai ipar használja fel a legtöbb hidrogént

Ma a világon évente 70 millió tonna hidrogéngázt termelnek, s az Egyesült Államok adja a globális termelés mintegy hetedét. Jelenleg a hidrogén nagy részét a műtrágyagyártás és a petrolkémia használja fel, és szinte teljes egészében „szürkének" tekinthető, amennyiben az előállítása olcsó ugyan – nagyjából kilogrammonkénti 1 dollár –, de a hidrogéngáz minden megtermelt kilogrammja durván 10 kilogramm széndioxid kibocsátásával jár. „

A hidrogéngazdaság már létezik, csakhogy rengeteg üvegházhatású gázt bocsát ki"

– emeli ki Majumdar.

A hidrogénhajtás forradalmasíthatja az autóiprt is Forrás: Toyota

– A hidrogént ma csaknem kizárólagosan metánból állítják elő. Olyan, mint tiszta hidrogéngazdaság, a jelen pillanatban nincs." A kutatók számtalan színes látomást vázoltak már fel egy lehetséges tiszta hidrogénalapú gazdaságról.

A „kék hidrogén" előállítása során például befogják a keletkező széndioxidot,

így mérséklik a hidrogéntermeléssel járó üvegházhatásúgáz-kibocsátást. Ez azonban pillanatnyilag körülbelül 50 százalékkal drágább a szürke hidrogénnél, nem is beszélve a nemkívánatos széndioxid elvezetéséhez és tárolásához szükséges csővezetékek és befogó rendszerek kiépítésének költségéről.

Folyékony hidrogént tároló tartály egy patrolkémiai üzemben Forrás: AFP/Etienne Balmer

„Ahhoz, hogy a kék hidrogén reális alternatíva legyen, a széndioxid-befogás költségét csökkentő és hatékonyságát növelő kutatásra-fejlesztésre van szükség" – hangsúlyozzák Majumdar és szerzőtársai. A tiszta hidrogén egy másik, „zöld"-nek nevezett formája is felkeltette a tudósok érdeklődését. A zöld hidrogént a víz bontásával, áram és elektrolizáló berendezés segítségével,

mindenfajta üvegházhatású gáz kibocsátása nélkül állítják elő.

Ennek ára azonban kilogrammonként 4-6 dollár, ami Majumdar és munkatársai szerint 2 dollár alá lenne szorítható, ha csökkennének a szénmentes áram és az elektrolizáló berendezés költségei.

Az értékes gáz származékai is felhasználhatók

A „türkiz" hidrogént a metán pirolízisével nyerik, melynek során a metánt üvegházhatású gáz felszabadulása nélkül alkotóelemeire bontják. Kutatói oldalról ezt az eljárást is komoly érdeklődés övezi. A melléktermékként előálló szilárd elemi szén eladásával a folyamat nettó költsége mérsékelhető lenne, bár – amint arra Majumdar rámutat – a tiszta, szilárd elemi szénre pillanatnyilag nincs olyan léptékű kereslet, hogy a piac ekkora mennyiséget fel tudna venni. Ezért az elemi szén lehetséges felhasználási körének bővítése is egyike lenne az átálláshoz kapcsolódó kutatási-fejlesztési feladatoknak.

Hidrogéngázt előállító egység Forrás: AFP/Matthias Balk

Akár kéknek, akár zöldnek vagy türkiznek nevezzük a károsanyag-kibocsátástól mentes hidrogént – ami igazából persze minden esetben színtelen –,

az értékes gáz és származékai egyaránt felhasználhatók lehetnének a közlekedésben, a becsapdázott széndioxid kémiai redukciójában,

a megújuló energia hosszútávú tárolásában, reduktánsként az acél- és egyéb fémkohászatban, valamint magas hőmérsékletű hőforrásként az üveg- és cementgyártásban.

Ám ahhoz, hogy ezek az alkalmazások ténylegesen valóra válhassanak, a hidrogén előállításának költségét a bűvös kilogrammonkénti 1 dolláros küszöb alá kell szorítani, mert az ammóniagyártásban, a petrolkémiában és jármű-üzemanyagként csak így válik gazdaságossá a felhasználása.

Nincs szükség új csővezeték infrastruktúrára sem

A kutatók azt is kiemelik, hogy az USA-nak végig kell gondolnia, hogyan építsen egy teljesen új csővezeték-hálózatot a hidrogén szállítására és célba juttatására, és hogyan tárolja a hidrogént ebben a nagyipari léptékben költséghatékony módon.

A hidrogén alapú technológiák bevezetését komoly laboratóriumi kutatómunka előzi meg Forrás: AFP/Science Photo Library/Wladimir Bulgar

„Az új csővezeték-infrastruktúrák építése és elhelyezése általában drága beruházás, amelynek a társadalmi elfogadtatásáért is küzdeni kell – figyelmeztetnek a szerzők. – Ezért lényeges olyan alternatív megközelítéseket is fontolóra venni, amelyek a gazdaság hidrogén-alapúra átállításához nem igényelnek új vezeték-infrastruktúrát.

A jövő útja: hidrogéntöltő állomás Forrás: AFP/Martin Schutt

Használhatjuk például a már létező infrastruktúrát a hidrogén előállítási feltételeinek megteremtéséhez: a villamosenergia-hálózatot a vízbontáshoz szükséges áram, a gázvezeték-hálózatot pedig a pirolízishez szükséges metán célba juttatására." „Bár valamennyi módszeres kutatás már készült a geológiai gáztárolás lehetőségeinek felmérésére,

az Egyesült Államok Geológiai Szolgálatát meg kellene bízni egy nemzeti szintű kutatással,

melynek célja a számos, hidrogén tárolására potenciálisan alkalmas természetes földalatti tározó felderítése, illetve ezen aknák kihasználásával járó infrastrukturális költségek felbecslése lenne" – teszik hozzá a kutatók.