Az üzemanyagcella halott ötlet! Vagy mégsem?

Az üzemanyagcella az egyik legmegosztóbb irány az elektromobilitás szakértők körében. Vannak akik várják mint a messiást, hisznek benne, úgy tekintenek rá, mint ami a föld összes közlekedési gondját megoldja, mások viszont egy az egyben hülyeségnek tartják. Én valahol a kettő között helyezném el magam, mivel látok benne fantáziát. Látom azt, hogy milyen egyszerűen lesz a hidrogénből és az oxigénből elektromos áram, de azt is tudom, hogy a hidrogén, csak egy köztes energia hordozó, amit elő kell állítani, ugyanúgy mint az áramot. Hogyan használhatjuk mégis értelmesen az üzemanyagcellát? Hol lehet a helye a közlekedésben?

Először is vegyük végig a két tábor érveit a saját technológiájuk mellett!

Ez a kép szinte teljes egészében összefoglalja az akkumulátorhívők álláspontját. Egy elektromos autót megújuló energiával, esetleg saját napelemekkel megtermelt árammal tölteni talán a legtisztább ügy. Előáll az energia és az akkumulátor már szívhatja is magába, nincs semmi köztes lépés, ami rontaná a hatásfokot.

A hidrogénpártiak viszont azt mondják, hogy a technológia előnye abban rejlik, hogy elválasztható egymástól térben és időben is a termelés és a felhasználás (betöltés) helye. Teljesen mindegy, hogy az a megújuló energia mikor áll elő, abban a pillanatban lehet gyártani a hidrogént az elektrolízis segítségével. Másik előnye inkább a nagy piaci szereplőktől jön (nekik előny), hogy központosítja az üzemanyag beszerzését, nem tankolhatja mindenki otthon kedvére az autóit.

Mindkét technológiának megvannak a hátrányai is. Az akkumulátor ellen az szól, hogy nehéz, ezáltal jelentősen növeli a járművek tömegét (legalábbis egyelőre), ha a lélektani határ fölött akarjuk tartani a hatótávolságot. Továbbá a megújuló energia előállítása tárolás nélkül nem lehetséges nagy tételben gazdaságosan, ezért szükség van ipari méretű akkumulátorokra, amik növelhetik a cellák árát a nagy kereslet miatt. A másik nagy hátránya, a töltési idő, ami előbb utóbb le fog csökkenni a szintén lélektani határnak számító 10 perc alá, de lehet hogy az akku élettartamával fogunk fizetni a hihetetlenül gyors villámtöltésért.

A hidrogénes technológiánál jelenleg az üzemanyagcellák magas ára és az infrastruktúra teljes hiánya gátolja az elterjedést, valamint a hidrogén tárolásával is vannak gondok. Egy teli tank hidrogén néhány hét állás alatt teljesen kiürül, mert a H₂ lassan elszivárog (diffundál) a tartály falán keresztül. A szállítás többletköltsége talán kiküszöbölhető helyi vízbontókkal, de ilyenek szisztematikus telepítését sem kezdte meg egyetlen cég sem. Szóval jelenleg úgy tűnik, hogy a hidrogén szénája sokkal rosszabbul áll, ezt mutatja az akkumulátoros elektromos autók ugrásszerű terjedése is.

Még egy technikai részlet. Egy megfelelően kis méretű üzemanyagcella, ami befér akár egy személyautóba, nem elég nagy teljesítményű ahhoz, hogy a padlógázos gyorsításokat kiszolgálja. Egyébként is inkább egyenletesen szeret termelni, ami azt vonja maga után, hogy az üzemanyagcellás autókba is mindenképp kell valamilyen méretű akkumulátor, amely kiegyenlíti a terhelésváltozásokat és segít az üzemanyagcellának az optimális termelési teljesítmény eléréséhez. A belsőégésű motorhoz hasonlóan az üzemanyag cella sem képes magától „elindulni”, ezért is kell egy külső energiaforrás, ami felfűti a cellát és a termelés megkezdéséig képes mozgatni a járművet, hogy a felhasználónak ne kelljen perceket várni, mire elindulhat az autójával.

A sok hátrány mellett mégis mire jó az üzemanyagcella

Számos negatív tulajdonsága ellenére mégis megvannak azok az alkalmazási területek, ahol még az akkumulátoroknál is jobban használhatók az üzemanyagcellák. Olyan felhasználási területet kell keresni, ahol hosszan és egyenletesen kell biztosítani a haladáshoz szükséges áramot. Ilyen például a tengeri hajózás. A hatalmas óceánjáró hajókat dízelmotorok mozgatják (közvetlenül a hajócsavart forgatják vagy a dízel generátorokkal előállított áram segítségével villanymotorokat hajtanak). A tengeri szállításnak a teljes személyautó forgalommal esik egy nagyságrendbe a káros anyag kibocsátása, tehát érdemes foglalkozni vele. Ha a dízel generátorok helyett nagyméretű hidrogén üzemanyagcellák biztosítanák az elektromos áramot a hajónak, akkor ennek a szennyezésnek jelentős része kiküszöbölhető. Egy több száz méter hosszú konténerszállító hajón nem okoz gondot a hidrogén tárolása sem, bőven van hely a hajótestben a föld legkönnyebb anyagának tárolásához. A földgázt szállító hajókon akár a rakományból is készíthető az üzemanyagcella működtetéséhez hidrogén.

A szárazföldre visszatérve szintén találunk olyan járműveket, amelyeket most még dízelmotor hajt, de nemsokára akár hidrogénből termelt villamos áram fog mozgatni. Ilyenek például a vasúti szerelvények. Természetesen a vasútvonalak jó részén már felső vezeték biztosítja az áramot a vonat számára, de van bőven olyan szakasza a kötött pályának, ahol a közeljövőben nem várható vezeték építés. Ezekre a helyekre kiváló lenne az üzemanyagcellás vasúti jármű, mivel a dízelmozdonyokat már ma is villanymotor hajtja, csak a dízelgenerátor részt kellene kicserélni üzemanyagcellára.

Hasonló gondokkal küzd a közúti teherszállítás is. Rengeteg az országokat átszelő kamion, amik ezer kilométereket ingáznak oda vissza. Jelenleg ezeknek is kizárólagos energiaforrása a dízel (a Tesla már gyárt villanykamiont, de a gyakorlatban kevés tapasztalatunk van még ezek hatótávjával és töltési sebességével). Szólal a kamionok sokat mennek egyenletes tempóban és viszonylag keveset állnak egy helyben. A küszöbön álló önvezetésre képes közúti vontatók pedig még tovább feszegetik az akkumulátorok határait, ugyanis azok már tényleg csak a rakodás idejére kell, hogy megálljanak. Ott már nincs kötelező pihenőidő, csak a monoton helyváltoztatás. Tehát azoknál a kamionoknál, amelyek nem csak 100-200 km-t tesznek meg a logisztikai központok között, hanem kontinenseket szelnek át, megérheti az üzemanyagcellára való áttérés. (A rövidebb távokra tökéletes megoldás az akkumulátoros villanyvontató).

Ha a kamionoknál elterjed az üzemanyagcella, akkor várhatóan hamar előkerülnek a hidrogén töltőállomások is, mert a teherszállítók egy viszonylag stabil és fizetőképes keresletet támasztanának a hidrogén iránt, amire már lehetne alapozniuk a kutakat telepíteni kívánó vállalkozásoknak. Saját elképzelésem szerint egy hidrogénkút akkor lenne hatékony, ha saját vízbontóval rendelkezne, amit (nem feltétlenül helyi telepítésű, de) megújuló energiaforrásból származó árammal üzemeltetnek. A vízbontás áramigénye nem csekély és ha már amúgy is tetemes villamos kapacitásokat helyeztek az autópályák mellé a villámtöltő hálózat miatt, a vízbontókat is ki lehetne szolgálni ugyanezekről a csatlakozókról. Tehát a hidrogénkutak és a villámtöltők kéz a kézben járnának.

Ha pedig már amúgy is kiépülnek a hidrogénkutak a kamionok miatt, akkor lehetne néhány nagyobb személyautóba is üzemanyagcellát szerelni hatótáv növelő gyanánt (az akkumulátor megmarad, csak egy plusz hatótáv növelést szolgálna a cella, mint ma a PHEV-knél a benzinmotor), de ez már tényleg csak találgatás a jövőről. Arról a jövőről, amiről úgy hisszük, hogy az akkumulátoros személyautók dominanciáját hozza el. A dominancia viszont nem jelent 100%-os részesedést. Valószínűleg kell néhány százalék a belsőégésű motoros autóknak, a hibrideknek és talán jut néhány százalék az üzemanyagcellával bővített hatótávú PHEV-knek is. Az átlagembernek viszont továbbra is az akkumulátoros villanyautó lesz a legésszerűbb választás!

Magyar Péter

Villamosmérnökként szakmai csodálattal tekintek minden elektromos járműre, ugyanakkor azt látom, hogy sok az ismerethiányból adódó ellenérzés irántuk. Írásaimmal ezen szeretnék pozitív irányban változtatni!