Az Európai Unió vállalta, hogy 2050-re eléri a karbonsemlegességet, de a világ többi részén is prioritás a CO₂-kibocsátás radikális csökkentése. Ennek elérésében kiemelt szerepet kaphat az úgynevezett zöld hidrogén.
A zöld hidrogénnel kapcsolatban ugyanakkor egyelőre számos kérdés vár megoldásra. Például, hogy mikor válik rentábilissá az előállítása és forgalmazása annyira, hogy a jelenleginél jóval nagyobb volumenben használja fel a világgazdaság. A prognózisok egy része igen optimista, és ha belátható időn belül sikerülne gazdaságossá tenni a zöld hidrogén előállítását, tárolását és felhasználását, az valóban új fejezetet nyitna a zöldenergia és a karbonsemlegesség terén.
Cikkünkben áttekintjük:
- mit értünk pontosan zöld hidrogén alatt
- melyek az említett neuralgikus pontok ezzel a gázzal kapcsolatban
- mi jelenleg a szürke, a kék és a zöld hidrogén aránya és mit mutatnak a prognózisok
- milyen előnyei és felhasználási területei vannak a (zöld) hidrogénnek.
Szürke, kék vagy zöld hidrogén: mi a különbség?
A hidrogén egy protonból és egy elektronból álló elem, a legegyszerűbb és legkönnyebb kétatomos gáz, vegyjele: H₂. A világegyetem leggyakoribb eleme, de a Földön is nagy mennyiségben van jelen a bolygónkon található vízben, kötött állapotban.
A hidrogén nem csak az univerzum felépítésében vagy az élet kialakulása és az élőlények kapcsán létfontosságú, de az ipari felhasználás szempontjából is kiemelt jelentőségű nyersanyag. Ezt jól mutatja, hogy a Nemzetközi Energiaügynökség adatai szerint 1975-ben a világgazdaság hidrogénigénye a 20 millió tonnát sem érte el, 2018-ra azonban már a 70 millió tonnát is meghaladta.
A globális felmelegedés elleni küzdelem szempontjából azonban egyáltalán nem mindegy, hogy a különböző iparágakban felhasznált hidrogén hogyan befolyásolja a globális CO₂-kibocsátást. Ebből a szempontból három csoportba sorolhatjuk az ipari célra előállított hidrogént:
Szürke hidrogén: a hidrogént fosszilis energiaforrásból (kőszénből, gyakrabban földgázból, vagyis metánból) állítják elő, és a gyártás során keletkező szén-dioxid szabadon távozik a légkörbe.
Kék hidrogén: gyártástechnológiája megegyezik a szürke hidrogénével, de a keletkező CO₂ nem távozik a légkörbe, hanem megkötik, és vagy visszaforgatják az ipari termelésbe, vagy föld alatti rétegekbe visszasajtolva tárolják.
Zöld hidrogén: vízből állítják elő elektrolízis révén, amelyhez karbonsemleges, megújuló forrásból származó elektromos energiát használnak fel.
A hidrogén előállítása
A szürke és a kék hidrogén gyártására legtöbbször az úgynevezett gőzreformálást alkalmazzák. Ez a folyamat két fázisra bontható. Először felhevítik a metánt és vízgőzt adnak hozzá, majd nikkel katalizátor segítségével CO-ra és hidrogénre bontják. Ezt követően az utókatalizátor hatására a vízből további hidrogén, a szén-monoxidból pedig szén-dioxid keletkezik.
A zöld hidrogén előállításakor ezzel szemben a fő nyersanyag a víz, amelyet elektrolízis segítségével bontanak oxigénre és hidrogénre. A reakció során nem keletkezik szén-dioxid, ha pedig a folyamathoz felhasznált elektromos energia előállítása is CO₂-kibocsátás nélkül történik, a keletkező hidrogén karbonsemleges, vagyis zöld hidrogénről beszélünk.
A zöld hidrogén szerepe a karbonsemlegesség elérésében
A Nemzetközi Energiaügynökség statisztikái szerint jelenleg mintegy 120 millió tonna a világ évi össztermelése hidrogénből. Az ügynökség számításai szerint ennek döntő része, mintegy 99 százaléka azonban szürke hidrogén – de még az optimistább elemzők is 95%-ra teszik a szürke és a kék hidrogén együttes arányát. Márpedig az uniós karbonsemlegesség eléréséhez (de természetesen ez vonatkozik az unión kívüli országokra, például az USA-ra is) arra lenne szükség, hogy ez az arány megforduljon.
Ezt támasztja alá Hannah Ritchie and Max Roser Emissions by sector című elemzése is, amely az Our World in Data weboldalon érhető el. Az elemzésből kiderül, hogy négy olyan ágazat van, amely jelentős hidrogén-felhasználó, azaz együttesen a globális CO₂-kibocsátás mintegy 25%-áért felelős:
- acélgyártás
- légi közlekedés
- szállítmányozás
- vegyipar
Ha ezeket az ágazatokat teljes egészében zöld hidrogénnel lehetne ellátni, az túlzás nélkül mérföldkő volna a karbonsemlegesség elérése felé vezető úton. Annál is inkább, mert a különféle prognózisok szerint a globális hidrogén-felhasználás jelentős mértékben növekszik. A Bloomberg New Energy Finance például 696 millió tonnás (!) hidrogénszükségletet prognosztizál 2050-re, de az óvatosabb becslések is évi 500 millió tonnára becsülik a hidrogéntermelés jövőbeli alakulását. A fenti ágazatok átállítására szerencsére jónéhány ígéretes kísérlet elindult már (pl. hidrogénnel működő közúti járművek, tömegközlekedési eszközök, hajók és repülőgépek üzembe állítása).
Miért ilyen drága a (zöld) hidrogén?
A zöld hidrogén arányának növelése tehát kulcskérdés – mégsem ilyen egyszerű a megoldás. A fő probléma, hogy jelenleg a zöld hidrogén előállításának költsége többszöröse annak, mint amennyibe a szürke és a kék hidrogén gyártása kerül. A Nemzetközi Energiaügynökség adataiból kiindulva az árkülönbség minimum kétszeres, de akár négyszeres is lehet. Míg a kék vagy szürke hidrogén gyártása a fosszilis nyersanyagok árának függvényében 1-1,8 dollár/kg, addig a zöld hidrogén esetében ez 2,5 dollártól akár 6,8-ig terjedhet.
A zöld hidrogén árát a gyártástechnológia mellett további tényezők is jelentősen növelik. Ilyen például a gyártáshoz szükséges zöldenergia előállítása, beleértve az ehhez szükséges infrastruktúra, például a szélerőművek, napelemparkok kiépítésének és üzemeltetésének költségeit.
Mindezeken felül jelentkeznek azok a tényezők (függetlenül attól, hogy zöld, kék vagy szürke hidrogénről beszélünk), amelyek nagymértékben megdrágítják a hidrogént. Ilyen például a hidrogén egységnyi térfogatra jutó energiasűrűsége, amely csaknem negyede a benzinének. Ráadásul ez az adat a cseppfolyós, 700 bar nyomás alá helyezett hidrogénre vonatkozik, atmoszférikus gázállapotban ez a mutató ennél nagyságrendekkel rosszabb. Arról nem is beszélve, hogy a nagynyomású vagy cseppfolyós hidrogén tárolásához speciális tartályokra van szükség, amelyek eleve drágábbak egy szimpla benzintartálynál. Miközben a fent említett energiasűrűség-különbség miatt jóval nagyobb térfogat- és helyigénnyel kell számolni ezek esetében.
További költség- és árnövelő tényező a hidrogén esetében az úgynevezett teljes tárolási ciklus rendkívül alacsony hatékonysága. Ez azt jelenti, hogy amikor elektromos áram segítségével hidrogént állítunk elő, majd ezt energiává alakítjuk vissza, a hatékonyság mindössze 15-30 százalékos. Ha pedig a hidrogént ammónia formában tároljuk, ami jóval biztonságosabb, ez a veszteség tovább növekszik. De az elektromos autókat a hidrogénnel működő, üzemanyagcellás járművekkel összehasonlítva is hasonló kép bontakozik ki előttünk. Míg az elektromos meghajtás esetében az energiaveszteség mindössze 15% körül van, addig az üzemanyagcellás gépkocsik esetében ez akár 85% is lehet.
Ezért lehet mégis a zöld hidrogén a jövő energiahordozója
Szerencsére az összkép mégsem ennyire sötét. Az egyre olcsóbb megújuló energiának, a hatékonyabb elektrolízis-technológiák terjedésének és az egyre javuló mérethatékonyságnak köszönhetően reális várakozás, hogy a zöld hidrogén előállításának költségei akár 30%-kal is csökkenhetnek. Hosszú távon ugyancsak árcsökkentő hatása van, hogy a hidrogén előállításához, tárolásához és felhasználásához kapcsolódó infrastruktúra fokozatosan kiépül. Nem is beszélve arról, hogy mind az Európai Unió, mind az Egyesült Államok döntéshozói stratégiai céljuknak tekintik a zöldhidrogén-termelés és -felhasználás jelentős bővítését. Ennek érdekében például az USA energiaügyi hivatala 2030-ig 80%-kal (!) szeretné mérsékelni a zöld hidrogén árát.
A zöld hidrogén egyre bővülő felhasználásának pedig a karbonsemlegesség elérésén túl is bőven van létjogosultsága. Ilyen terület például az épületek fűtése, vagy a nyersvastermelésben az oxigén redukálása, vagyis a koksz kiváltása zöld hidrogénnel.
Messer Hungarogáz Kft. a hidrogéngyártás és -forgalmazás hazai szakértője
A Messer Hungarogáz Kft. Magyarország egyik vezető ipari és egészségügyi gázgyártó és -forgalmazó vállalata. A vállalat számos hazai és külföldi partnerénél üzemeltet olyan, úgynevezett on-site gázüzemeket, amelyekkel a helyszínen állítják elő az adott üzem gyártási folyamataihoz szükséges hidrogént.
A Messer emellett számos, köztük egészen speciális terület igényeit is kiszolgálja. Ilyen például a franciaországi Cadarche-ban épülő ITER magfúziós reaktor biztonsági leállító rendszerét fejlesztő Energiatudományi Kutatóközpont Fúziós Laboratóriumának ellátása nagytisztaságú hidrogénnel, melyből speciális, mínusz 260 Celsius fokos hidrogénjeget állítanak elő. Ezeket a különleges, szilárd deutérium pelleteket a célterületre lövik, ahol apró jégszemcsékre bomlanak, így csökkentik a plazma hőmérsékletét és energiáját. A magyar fúzióslabor 300 bar nyomáson működő gázellátó rendszerét a Messer építette ki, továbbá a Messer szállítja a projekthez szükséges nagytisztaságú gázokat, például hidrogént, héliumot, argont, neont és nitrogént.
A Messer Hungarogáz Kft. a hagyományos értékesítés területén is élen jár Magyarországon. Termékei között megtalálhatók a hidrogénpalackok 5-től 50 literes méretig, illetve palackkötegek (bündelek). A palackos hidrogén 150-200 bar nyomásra sűrített gázként vállalatoknak és magánszemélyeknek egyaránt elérhető a Messer vevőszolgálatokon keresztül.
Forrás: https://figyelo.hu/hirek/zold-hidrogen-kulcs-a-karbonsemlegesseghez-144765/ , 2021. október 7.
Kép: Messer Hungarogáz Kft.
