Mi a zöld hidrogén: a jövő megoldása vagy tévút?

A zöld hidrogén korunk egyik legfontosabb energiahordozó-fajtája, hiszen egyesíti magában a kiválóan hasznosítható hidrogén és a megújuló erőforrások előnyeit.

Képzelj el egy világot, ahol ugyanúgy használhatod az autód, mint most, ahol ugyanolyan buszok, teherautók vonatok járnak, mint most, csak benzin és dízel helyett tiszta energiát használnak. Nincsenek hatalmas akkupakkok, a töltést pár perc alatt elintézheted és a legsúlyosabb „káros anyag”, amit a kocsid kibocsát, némi szén-dioxid meg víz.

A zöld hidrogén – ezt fontos kiemelnünk – nem a közlekedés és energiatermelés „csodafegyvere”. Annál sokkal jelentősebb: képes lehet kiváltani a fosszilis üzemanyagot úgy, hogy nincs mellette szükség a környezetet súlyosan károsító lítium- és kobaltbányászat ilyen szintű fenntartására.

Ideje tehát, hogy alaposabban körüljárjuk a jelenkor egyik legfontosabb témáját.

Mi az a zöld hidrogén? Milyen tulajdonságai vannak?

Amikor színeket sorolunk, megnyugtatunk mindenkit, a hidrogéngáz színe nem lett hirtelen szürke, sem rózsaszín, sem kék és még csak nem is türkiz. A zöld hidrogén attól „zöld”, hogy tisztán megújuló energiaforrások felhasználásával állítják elő, olyannal, mint a szél-, víz- vagy a napenergia (egyébként a felsorolt színek mindegyike hivatalos!).

A természetben, földi körülmények között gáznemű hidrogén (H) nem csak a Földön a leggyakoribb elem – gondoljunk csak a vízre (H2O), vagy a metánra (CH4) – de a világegyetemben is, továbbá az élet egyik építőköve.

 A kőolaj és a földgáz is szénhidrogén (szerves vegyületek keveréke) tehát magas hidrogéntartalmú vegyület, nem csoda, hogy a fosszilis energiahordozók még mindig magasan tartják magukat, ha a hidrogén ipari mértékű előállításról van szó.

Hogy állítják elő a zöld hidrogént? 

A hidrogén előállításának egyik módja a vízbontás, amikor is elektrolízissel hozzák létre a tiszta hidrogéngázt – a folyamat során a vízmolekulát két hidrogénatomra és egy oxigénatomra bontják. 

Amikor pedig a vizet zöld energiából származó elektromos árammal választják szét, akkor a folyamat során csak hidrogén és oxigén „keletkezik”, szemben mondjuk a szürke hidrogénnel, amelyhez földgázt használnak.

Akkor ugyanis gőzreformálással magas szén-dioxid kibocsátás és így jelentős környezetszennyező hatás mellett állítják elő a hidrogéngázt.

Jelenleg sajnos még a hidrogénpiac legjavát a szürke fajta adja, ugyanis az iparilag előállított hidrogén közel 95%-át földgáz vagy kőolaj kezelésével termelik.

Milyen „színei” vannak a hidrogénnek?

Ahogy említettük, a hidrogén hivatalos színei az előállítás módja szerint változnak. Ráadásul az a felosztás, amit mondjuk húsz éve alkalmaztak, mára már igencsak kibővült.

Jelenleg az iparban 9 előállítási módnál 11 színt különböztetünk meg, attól függően, hogy ki melyik változatot használja a szén vagy az atomenergia esetében:

Szín	Energiaforrás	Előállítás módja	Végtermék
Fekete / Barna	Szén	Gőzreformálás	H2+ CO2
Szürke	Földgáz	Gőzreformálás	H2+ CO2
Kék	Földgáz	Gőzreformálás	H2+ CO2
Türkiz	Földgáz	Pirolízis	H2+ C
Vörös	Atomenergia	Katalitikus bontás	H2
Rózsaszín/Lila	Atomenergia	Elektrolízis	H2
Zöld	Megújuló energia	Elektrolízis	H2
Sárga	Csak napenergia	Elektrolízis	H2
Fehér	Természet	Ősrobbanás	H2

Mint látható, új kategória jött létre a közelmúltban: a sárga hidrogénhez kizárólag napenergiát lehet használni és csak elektrolízis jöhet szóba mint előállítási mód.

Ez persze felveti azt a kérdést, hogy érdemes-e vagy jogos-e így szétszálazni a dolgokat, mert ebben az esetben valaki jöhet, és kitalálhatja, hogy mondjuk Ezüstszínű a csak vízenergiával létrehozott hidrogén és legyen Harsányzöld a biomasszával termelt hidrogén.

A sárga hidrogén is zöld, csak sárga

Az egyfelől tény, hogy a sárga hidrogén is zöld – hiszen tisztán megújuló erőforrás, a napfény által állítják elő -, ám az már lehet vita kérdése, hogy érdemes-e megkülönböztetni a többi, ugyancsak megújuló erőforrásokkal előállított hidrogéntől.

Mert ezen az alapon különbséget tehetünk tisztán vízenergiával, tisztán biomasszából nyert energiával, tisztán szélenergiával, vagy akár tisztán emberi mozgással termelt energiával előállított zöld hidrogén fajták között.

Mire lehet használni a zöld hidrogént?

A zöld hidrogénnek számos előnyös oldala van, még akkor is, ha „csak” úgy tekintünk rá, mint energiahordózóra; a gáztermelőktől és gáz-infrastruktúra üzemeltetőktől az ipari berendezések, üzemanyagcellák és hidrogéntechnológiai eszközök gyártóin át, a közlekedési és kereskedelmi ágazatokig minden szektor számára képes a zöld hidrogén új lehetőségeket kínálni.

A hidrogéniparban, illetőleg magában a zöld hidrogénben szinte korlátlan lehetőségek rejlenek, főleg az alábbiak miatt:

1. Képes energiát tárolni, ráadásul többféle módon is tárolható. Ma már olyan tartályokat gyártanak, amelyekből, az egyéb energiatárolási módokkal szemben, szinte teljesen elenyészőnek mondható a tárolás közbeni energiaveszteség.
2. A zöld hidrogént nemcsak el lehet tárolni, hanem át is lehet alakítani más energiahordozókká, például zöld ammóniává vagy zöld metánná, amelyeket így már könnyebben lehet szállítani csővezetékekben vagy épp tartályhajókon.
3. Kifejezetten hasznos lehet a nehezen dekarbonizálható iparágakban. Csökkentheti például a mindenkori szén-dioxid-kibocsátást vagy mérsékelheti az elektromos áram felhasználást az acél- és cementgyártásban, valamint a műtrágyagyártás területén.
4. A zöld hidrogén a közlekedésben is kiválóan használható, mint a hidrogén-üzemanyagcellák üzemanyaga, például nagyterhelésű tehergépjárművekben, teherszállító hajókban, sőt repülőgépekben, valamint személygépkocsik környezetbarát meghajtásához is.

A zöld hidrogén, várhatóan a földgázhoz keverve, a meglévő gázcsővezetékeken át szállítva fűtésére és főzésére is felhasználható lesz. Ennek persze megvannak a szigorú kritériumai, már ami a keverési arányokat és a rendelkezésre álló csővezetékek állapotát illeti.

A zöld hidrogén további előnyei és pozitívumai

A hidrogén vízből történő elektrolízises előállítása nem szennyezi sem a légkört, sem a környezetet – nem bocsát ki sem szén-dioxidot, sem más olyan légszennyező anyagot, amely káros lehet az egészségre vagy a környezetre nézve.

Alkalmazása ezért olyan további pozitívumokkal járhat, mint a kevesebb károsanyag-kibocsájtás, kevesebb hulladék, tisztább levegő, tisztább víz, egészségesebb talaj és abból egészségesebb ételek. Az alapjaiban jobb általános egészségi állapot és az energiaszámlák csökkenése pedig mondhatni, már csak hab lenne a tortán.

Miért került előtérbe a zöld hidrogén az energiaválság kapcsán?

Ehhez először is tudni kell, kik a hidrogén fő „fogyasztói”. Nos, a nyersolaj-finomítók vannak az első helyen (a felhasználók közel 60%-át teszik ki), hiszen a gázolaj kéntartalmának csökkentéséhez a hidrogén elengedhetetlen.

Közel egyharmadát a fogyasztásnak a mezőgazdaság, illetőleg a műtrágyagyártás nyeli be, a fennmaradón pedig olyan területek osztoznak, mint a metanolgyártás vagy mondjuk a gyógyszeripar. Ezek az iparágazatok és nagyvállalatok azonban szinte 100%-ban csak a szürke hidrogéngyártási eljárás végtermékét fogyasztják – ami korántsem zöld.

Mint már azt korábban említettük, a fosszilis tüzelőanyag-ipar által ipari mértékben termelt hidrogén több, mint 90%-a még mindig földgáz vagy kőolaj kezelésével kerül előállításra. És mivel a szürke vagy épp a kék hidrogén előállítása során alkalmazott termokémiai eljárások energiaigényének eddig elenyészőnek számító költsége az energiaválság miatt az egekbe ugrott, a korábban magas bekerülési költségűnek számított zöld hidrogén hirtelen versenyképessé vált.

A hidrogén-felhasználói piac, vagyis a nagyfogyasztók éhsége pedig egy pillanatra sem csökkent, teret nyitva az újabb, már megújuló forrásokkal dolgozó, karbon-semleges hidrogénfejlesztési technikák számára.    

Az Európai Bizottság közös vállalása az, hogy az EU tagállamok (egységes normák alapján) 2050-re az energiaszükségletüket többségében megújuló energiaforrásokkal fogják biztosítani, aminek akár 20%-a is hidrogénből származhat.

Mennyire számít környezetbarát megoldásnak az előállítása, hasznosítása?

Az EU szeret úgy gondolni a zöld hidrogénre, mint a jövő egyik alternatív üzemanyagára, többek között ezért is szerepel a tervei között az, hogy tagállamaiban 2030-ig felgyorsítja a megújuló hidrogén termelését. Mint azt már érintettük: a zöld hidrogén sok mindenre használható, továbbá számos olyan tulajdonsága és előnye van, amelyek hozzájárulhatnak a részben dekarbonizált, vagy akár a nettó nulla kibocsátású, vagyis szén-dioxid mentes iparágak kialakításához és a fenntartható energiaátmenethez.

De az egyfajta mindenre használható csodafegyverként való beállítása talán kissé elhamarkodott. A hidrogénnel szemben három kritika is felmerült:

1. Amiről kevés helyen cikkeznek kiemelten az az, hogy amellett, hogy a zöld hidrogén előállításához tetemes mennyiségű vízre is szükség van, a vízből elektrolízis útján való megújuló energiákkal történő létrehozása jelentős (20-40%os) energiaveszteség mellett megy végbe – vagyis az elektromos energia hidrogénné alakítása összességében, ha környezetbarátnak is mondható, de finoman mondva sem túl energiahatékony.
2. Folyománya, hogy a zöld hidrogénnel működtetett eszközök hatékonysága is kisebb így, mint például a közvetlenül megújuló energiával üzemeltetett elektromos eszközöké, ugyanakkor késleltetheti a tiszta energiára való átállást. És bár az elektrolízis (a hidrogén előállítás) során nem keletkeznek üvegházhatású gázok, a hidrogénnek igen széles a gyúlékonysági tartománya, égésekor pedig a víz mellett egyéb környezet- és egészségkárosító égéstermékek (nitrogén-oxidok) is keletkeznek.
3. Amennyiben ezeken túllépünk, még mindig ott a zöld hidrogén tárolásának a kérdése – a tetemesebb mennyiség tárolása ugyanis a szükséges nagy tárolási térfogaton túl (sűrített gáz formában tárolás 700 bar nyomáson) komoly kihívást jelenthet, mert a hidrogéngáz a legkisebb réseken át is könnyen kiszivároghat.

A hidrogén elszivárgása még okoz pár megoldandó problémát

Ugyan a fosszilis energiahordozók ipara (pl gázszolgáltatók) remélik, hogy a már meglévő gázvezetékeken át szállíthatóvá válik a hidrogén, azonban a kutatók által készített vizsgálati mérések azt mutatják, hogy a csövekben jelenleg áramló földgáznak illetőleg metánnak is közel 1%-a képes elszökni a rendszerből – a hidrogén pedig annál sokkal kisebb és könnyebb gáz, így az a sokkal kisebb réseken is képes lehet elillanni. Amennyiben pedig a szivárgás (a teljes rendszeren) megközelítené a 10%-ot, az valószínűsíthetően az összes környezetvédelmi előnyét semmissé tenné.

A hidrogéngáz esetlegesen ettől nagyobb mennyiségben történő elszivárgásának illetőleg légkörbe jutásának közvetett és közvetlen hatásairól pedig egyelőre kevés elemzés és tanulmány készült.

Ennek pedig egyszerűen az az oka, hogy egyelőre nem áll rendelkezésre olyan mennyiségű adat és célirányos kutatás, amellyel helyesen tudnánk megítélni azt, hogy ténylegesen milyen hatást gyakorol a hidrogén a klímaváltozásra.

A folyékony hidrogén rövidebb (pl. szállításhoz) vagy hosszabb idejű eltárolásához (-253 °C) ráadásul folyamatos hűtésre van szükség, aminek a biztosítása további extra energiát igényel. Így ma már főként olyan alternatív hidrogéntárolási technikákat alkalmaznak, amelyek során a hidrogént egy másik anyaggal léptetik reakcióba (fémhibrides abszorpciós tárolás, folyékony szerves hordozóanyagban tárolás), köztük fizikai vagy kémiai kötést alakítva ki. Azonban mindig a hidrogén további hasznosítási célja határozza meg az aktuálisan alkalmazandó tárolási technológiát.

Tehát a zöld hidrogén környezetbarát előállítása, tárolása, szállítása és felhasználása a jövőben a mérnökök, tudósok és az ipar számára számos megoldandó problémával és feladattal szolgálhat.

Mi a jövője a zöld hidrogénnek?

Ugyan összesítve a hidrogén az Európai Unió energiaforrásainak megközelítőleg 2%-át teszi ki, azonban ennek a 90%-át fosszilis energiahordozókból (földgázból, kőolajból) állítják elő, ezzel pedig éves szinten akár több, mint 100 millió tonna szén-dioxid is kerülhet a légkörbe.

Globálisan nézve azonban még lesújtóbb a helyzet, hiszen a szürke hidrogén előállítása közben keletkező és kijutó szén-dioxid mértéke megközelítheti a 8-900 millió tonnát is. Ennek horribilis volta talán jobban átérezhető, ha mellé tesszük azt a becsült adatot, miszerint a Föld vulkán és egyéb magmatikus tevékenységei éves szinten átlag 280-360 millió tonna szén-dioxidot bocsájtanak ki.

És akkor még nem beszéltünk a hidrogénszállítás közben elhasznált fosszilis üzemanyagokról.

A hidrogén jövőjét tekintve így kiemelten fontos ma minden olyan technológiai fejlesztés, ami lehetővé teszi, hogy a hidrogén előállítása, tárolása, szállítása és felhasználása teljesen környezetbarát módon történhessen meg mi több, a lehető legkevesebb energiafelhasználással – még akkor is, ha ahhoz csak megújuló, zöld energiát használ fel.

Az EU hidrogénpárti

A tervek szerint 2030-ra az EU a megújuló forrásokkal előállított zöld hidrogén termelését évi 20megatonnára emeli, amivel az EU-ban működő számos vállalkozás előtt új lehetőségek nyílnak meg.

Ez pedig várhatóan nem csak azokra az ipari ágazatokra lehet újabbnál-újabb munkahelyeket teremtő hatással, ahol kifejezetten megújuló energiával foglalkoznak (szélerőművek építése, napelemek gyártása, napelemparkok létesítése) vagy ahol a megújuló energiákra való átállást tűzték ki célul.

Hanem ott is kínálhat új munkalehetőségeket, ahol az energiahatékony épületek létrehozásával, épületgépészettel, egyéb megújuló energiaellátással, energiaszállítással, tárolással és terjesztéssel foglalkoznak és mindenhol, ahol a megújuló energiából származó villamosenergia közvetlenül nem, de a zöld hidrogén hatékony megoldás lehet.

Magyarország is tett pár lépést hidrogéntermelés felé

Habár az akkumulátorgyárak és e-autókról szóló hírek mellett ritkán esik szó róla, Magyarországon a hidrogéntermelés terén kifejezetten pozitív fejlemények mutatkoznak. Például a MOL Százhalombattán hozza létre Európa jelenleg legnagyobb kapacitású zöld hidrogén üzemét, ahol éves szinten 1600 tonnát hoznak létre.

Összehasonlításként, egy autóbusz napi fogyasztása 20-30 kg hidrogén, azaz naponta 175 autóbusz teljes fogyasztását fedezni tudja majd az itt termelt zöld hidrogén.

A megújuló energiaforrások felhasználásával, víz elektrolízisével előállított zöld hidrogén tehát egy olyan tiszta energiaforrás, amely számos kiváló tulajdonságával és előnyével hozzájárulhat a fenntartható energiaátmenethez, és segíthet az éghajlatváltozás elleni küzdelemben.

A zöld hidrogén energiahordozóként akár már pár évtized alatt képes lehet teljesen dekarbonizálni a nehéz iparágakat és kiváltani a nehéz közlekedési eszközök fosszilis energia alapanyagú meghajtását, valamint biztosítani az ipari üzemek és a magánlakások villamosenergia- és hőellátását.

Ennek érdekében a világ fosszilis üzemanyagokkal foglalkozó iparvállalatai összefogtak, hogy a közlekedés, fűtés terén is zöld megoldásként népszerűsítve minél nagyobb politikai támogatást szerezzenek a hidrogéngyártásnak és évről-évre dollármilliárdokat fektetnek be egy hatékonyan működő, virágzó hidrogéngazdaság létrehozásába. Mindezek felett azonban az egységes cél egy karbonsemleges világ.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.