Hidrogén üzemanyagcellás teherszállítás

Bár a hidrogén üzemanyagcellás járművek (hydrogen fuel cell vehicles, FCEVs) már a hatvanas években megjelentek, igazán csak az elmúlt években kezdték el őket komoly alternatívaként kezelni, írja a Rocky Mountain Institute. Nikola Motors nemrégen jelentette be, hogy sikerült 1 milliárd dollárnyi kezdőtőkét összegyűjteniük az ilyen típusú autók gyártásának beindításához, a Bosch és CNHI közreműködésével. Az év elején egy 700 hidrogén töltőállomást magába foglaló tervet is bemutattak, és egy 800 teherautós flotta egyezményt írtak alá az Anheuser-Busch céggel, ami központi szerepet játszik majd a Anheuser-Busch karbon semleges törekvéseinek megvalósításában.

Mitől jó választás a hidrogén üzemanyagcellás meghajtás a teherautók számára?

Az első fontos tényező az, hogy a hidrogén tankolása hasonló infrastruktúrát kíván meg, mint a jelenlegi fosszilis energiahordozókon alapuló dízelt (vagy ritkán benzint) adagoló töltőállomások. Ez azt is jelenti, hogy a jelenlegi teherautó megállók hasonlóan tudnák kiszolgálni a teherfuvarozást, mint most: egy hidrogénes tankolás legfeljebb 15 percet vesz igénybe és hasonló elven alapszik mint a dízel tankolás. A hidrogén esetében is egy töltőpisztolyon keresztül hidrogént pumpálnak a teherautóban levő tankba, igaz jelentősen magasabb nyomáson, mint a dízel esetében.

A második fontos tényező az üzemanyag energiasűrűsége. A dízelolaj energiasűrűsége kb. 45,5 MJ/kg, egy kicsivel kevesebb, mint az átlagos benzin kb. 45,8 MJ/kg értékénél. Ehhez képest a hidrogén energiasűrűsége nagyjából 120 MJ/kg értéken áll, ami majd háromszorosa a dízelolajénak. Elektromos teljesítményként kifejezve, egy kilogram hidrogénből 33,6 kWh használható energia nyerhető ki, a dízelolaj 12–14 kWh energiájához képest. Másképpen fogalmazva, egy kg hidrogén nagyjából ugyanannyi hasznos energiát tartalmaz a felhasználó szemszögéből, mint egy gallon (majd négy liter!) dízelolaj vagy benzin, ha ezt a hidrogént üzemanyagcellás keresztül egy elektromos motor hajtására használjuk. Ennek az energiasűrűségnek köszönhetően pl. a Nikola Motors 15,5–20 l/100 km-es fogyasztást számol (dízel egyenértékben), a mostani amerikai átlagfogyasztás 37 l/100 km-es értékével szemben ugyanarra a teherautóra.

Ez annak is köszönhető, hogy az elektromos hajtás hatékonysága sokkal magasabb a belsőégésű motorokénál. Míg egy dízelmotor az üzemanyagban rejlő energia felét hőként adja le, egy elektromotor esetében a befektetett energiának csak 10%-a veszik el ílymódon.

Az üzemanyag ára is fontos tényező. Míg az USÁ-ban jelenleg nagyjából 3 dollár a gallonkénti dízelolaj ára, amely nagy valószínűen nem fog a közeljövőben csökkenni, inkább emelkedni. A Bloomberg New Energy Finance elemzése szerint a hidrogén ára viszont csökkenni fog, és várhatóan 10 éven belül a 1,5 dollár kilogrammos határ alá esik majd.

A teherszállításnál nem csak a szállítandó teher súlya fontos szempont, de a járművek és az üzemanyag súlya is. Egy üzemanyagcellás elektromos meghajtás ugyanakkora forgatónyomatékot tud leadni, mint egy akkumulátoros tiszta elektromos hajtás, de sokkal alacsonyabb teljes önsúly mellett. Egy példa egy jól szemlélteti: egy akkumulátoros Lion 8 egy üzemanyagcellás Nikola One-hoz képest, ugyanakkora hatótávolság mellett egy 2–5 tonnával nehezebb, nagyrészt az akkumulátorok többletsúlya miatt.

De a helyzet nem minden szempontból ilyen rózsás. A hidrogén előállítása, főleg az úgynevezett zöld hidrogéné (amelyet megújuló energiaforrásból nyert elektromossággal gyártanak víz hidrolízisével), jelenleg még csak korlátozott mennyiségben érhető el. Az elektrolízis készülékek termelési kapacitása csak az elmúlt években ért él ipari szempontból érdekes, legalább 100 MW feletti fogyasztási nagyságrendet.

A következő nagy megoldásra váró kérdéskör a hidrogén szállítása és tárolása. Az elektrolízis során viszonylag alacsony nyomáson (max 30-40 bar) előállított hidrogént vagy tovább kell komprimálni, vagy cseppfolyósítani kell a szállítás előtt. Mindkét folyamat energiaigényes. Alternatív megoldásként a kémiai kötésben való tárolás (pl. ammónia formájában) jön rendszerint szóba, az ezzel a megoldással párosuló problémákkal együtt.

A hidrogén helyi előállítása, amellyel a szállítási és tárolási gondok nagy részét ki lehet küszöbölni, is megoldás lehet bizonyos felhasználási területeken, főleg ott, ahol az megújuló elektromosság időszakos elérhetősége nem okoz további problémákat.

A jövőben az is valószínű, hogy a jelenleg földgáz szállításra és tárolásra használt infrastruktúrát fogják (részben) átalakítani, hogy azt az ipari méretű hidrogén mennyiségek elosztására is képessé tegyék.

Az utolsó fontos szempont a hidrogén alapú meghajtás hatótávolsága. A Nikola Motors szerint a mostani fejlesztések nagyjából 800-1100 kilométerrel számolnak, a terep és szállítandó teher függvényében. A Toyota Kenworth kamionja kb. 500 km-es hatótávolsággal bír. Bár a jelenlegi dízel kamionok könnyedén megtehetnek akár 1500 km-t is tankolás nélkül, a helyi szabályozások rendszerint ennél lényegesen kevesebb napi kilométer megtételét engedélyezik a sofőröknek.

Bár a fenti problémák nem kicsik és valószínűleg komoly befektetést igényel a megoldásuk, a cikk szerint eljött az idő, hogy a hidrogén alapú meghajtás meghódítsa a szektort. Ezt segítik elő a új szabványok, törvények és új sztenderdek bevezetése is. Az autógyártók is egyre növekvő gyártási kapacitást ígérnek: a Hyundai éves 700 ezer autó gyártását, míg a japán autógyártók együtt 800 ezer autó gyártását célozták meg 2030-ra. Kína legalább egymillió üzemanyagcellás autót szeretne az utakon látni 2030-ra, amit 7,6 billió dolláros fejlesztési alappal segít majd elő.

A hidrogén alapú közlekedés nem először kap komoly figyelmet az ipar és a kormányok részéről. De először van az, hogy az ipari szereplők különböző iparágakban egyszerre kötelezik el magukat a hidrogén alapú termelés és gyártás mellett, és ez egybeesik a közéleti, politikai és törvénykezési változásokkal és a szakmai érdekcsoportok ajánlásaival. Az autógyártók mellett (pl. Toyota, Honda, Hyundai, BMW, stb.) a nehézipar (Siemens, Cummins, ThyssenKrupp) és az olajvállalatok is (pl. a Shell komolyan invesztál az ipari szinti elektrolízisbe) elkezdtek komolyan foglalkozni a hidrogén gyártásával, szállításával és a hidrogén alapú közlekedési infrastruktúra megteremtésével.