Hagyjuk már! – Ezért felejtős a hidrogén

Ah igen. A hidrogén. A tökéletes üzemanyag, amelyet napfényből és vízből állítunk elő, megszórjuk egy kis tündérporral, az autó meg szivárványt pukizik tőle, mint egy unikornis. Legalábbis ezt hallgatom már tizenéves korom óta, amikor az akkori német és magyar autós magazinokat bújva mindig volt egy-egy Merdzsó vagy Bömös prototípus ami a jövőt vetítette elő ezzel a meghajtással.

Legutóbb Herbert Diess, a VW csoport vezére oltotta le azokat akik még mindig ezzel etetik a népet. Ennek ellenére mindig fel-felbukkan egy-egy tanulmány, vagy marketing brossúra, esetleg nagyon okos Facebook poszt, ahol elmondják nekünk, hogy a csúnya, mérgező, gyerekrabszolgák által bányászott anyagokból gyártott aksik helyett bizony ez lesz a jövő. És van még pár autógyártó is, amelyek rendre bemutatnak egy-két prototípust és fenntartják a mítoszt.

Ennek a cikknek körülbelül háromszor futottam neki nulláról, mert mindig úgy éreztem, hogy ez egy alapjaiban pofonegyszerű történet én meg túlzottan elveszek a technikai részletekben. Úgyhogy most nem lesznek tanulmányok, kutatások, eladási számok – marad a józan paraszti logika. Ja, és határozottan nagyságrendi matek lesz csak, nem számolok mindent ki fillérre.

Íme 5+1 pont arról, miért zsákutca a tüzelőanyag-cellás (FCV) gépjármű.

Toyota Mirai

1. Mivégre?

Kezdjük mindjárt azzal, hogy igazából milyen problémát is akarunk megoldani a hidrogén használatával?

Amikor évtizedekkel ezelőtt azok a bizonyos magazinok az tüzelőanyag-cellás autók akkori prototípusaival hirdették a jövőt, a villanyautózás még abszolút gyerekcipőben járt. Az első villanyos modellek aksijai még nem lítium-ion, hanem nikkel-metálhidrid (NiMH), sőt néha ólom-savas típusúak voltak (pl. GM EV-1). Ezek a mai aksikhoz képest borzalmas paraméterekkel bírtak, így sem a hatótáv, sem az élettartam, sem a töltési teljesítmény nem volt versenyképes, de legalább nehezek és drágák lettek tőlük a kocsik. Az autók meg csúnya bolondszekerek, hivalkodó dizájn gyakorlatok, meg unalmas dobozok voltak az aksik által visszafogott teljesítménnyel. Ebben a környezetben sokan a hibridekben illetve a jövő hidrogénautóiban látták a megoldást.

Azonban azóta nagyot fordult a világ és a mai modern villanyautók már szinte minden paraméterükben legalább olyan jók mint a hidrogénesek.

Hyundai Ioniq Electric 2019

A hatótáv a mai új típusoknál 300-600 km, míg a jelenleg kapható egyetlen értékelhető darabszámban gyártott FCV, a Toyota Mirai 500-at megy egy tankkal. Az autók gyorsulása és végsebessége ma már a belsőégésű versenytársakkal is felveszi a versenyt (sőt!), aksijuk élettartama több százezer kilométer, megfelelő villámtöltővel pedig órák helyett csak fél óra kell 10-ről 80%-ra tölteni. Ami az árakat illeti, nos az erősen a költségek alatt értékesített Mirai nagyjából a Performance Model 3 árában kapható miközben 155 lóerős motorja 9 másodperc alatt „repíti” százra. A Toyota becslések szerint 50-100 ezer dollár közötti összeget veszít minden legyártott autón.

Talán egyetlen paraméter van amiben a hidrogénes ma még jobb: a kútnál feltölteni annyi idő mint egy benzinest.

2. A piszkos aksik

A villanyautók elleni érvek egyik sarkalatos pontja szokott lenni az akkumulátorok előállítsa körüli környezeti terhelés. Ezt nem szeretnék elbagatellizálni, hiszen ez nem nulla, de a helyzet jóval kevésbé fekete-fehér, mint azt sokan gondolják. Bontsuk a problémát három részre.

Először is az aksik alapanyagait ki kell bányászni, ami eléggé problémás tud lenni mind etikai mind környezeti szempontból. A magukra valamit is adó villanyautó gyárak azonban maguk, vagy független külső szervezet által auditált ellátási lánccal dolgoznak csak, ahol nem 11 éves gyerekek ássák ki az érceket. A lítium maga egyébként rendkívül gyakori elem a Föld kérgében, a közhiedelemmel ellentétben bőven van forrásunk. A legproblémásabb kobaltot pedig rohamléptekkel vezetik ki az újabb aksik alkotóelemei közül – a Tesla következő generációs celláiban például valószínűleg már nem is lesz. Ráadásul az FCV-k névadó tüzelőanyag-cellája sem tündérek leheletéből áll – a platinát például biztosan bányászni kell ráadásul drága is, kb, 1600 dollárnyi van a Miraiban.

Forrás: Tesla

Az aksikkal a másik probléma, hogy a gyártásuk energiaigényes.  Ennek hatása azonban egyértelműen a felhasznált áram forrásától függ, márpedig, legalábbis a nyugati autógyárak, így a VW csoport és a Tesla is kitűzött célja a zéró emissziós gyártás akár saját, akár vásárolt zöld energiával. Röviden: az ehhez használt energia egyre zöldebb és a vezető autógyárak esetén hamarosan akár teljesen az is lehet.

Már megkezdték a napelemek telepítését a Gigafactory 1 tetején. Forrás: Tesla

Végül itt van az élettartam problematikája. Azt már ma is látjuk, hogy azokban az autókban, ahol van aksihőmérséklet menedzsment, a cellák több százezer kilométerig bírják. A Tesla célja például a következő generációs aksijukkal az 1 millió mérföldes (1,6 millió km) élettartam. Ha az aksi itt már kiszuperált, sok autógyár otthoni vagy ipari energiatárolót gyárt belőle (Nissan/Renault, BMW már ma is), így kitolva a használati időt. Amikor pedig végleg nem éri már meg üzemeltetni, az akkumulátor jórészt újrahasznosítható. Ismét egy Tesla cél: ők 95%-os újrahasznosítást akarnak elérni.

A slusszpoén pedig: az FCV-kben is van egy nagyobbacska aksi, igaz ez csak 1,5-2 kWh-s.

3. Új problémák forrása

Bár attól nem kell tartanunk, hogy a hidrogénnel hajtott autók tömegesen robbannának fel a tulajdonosok alatt, nem árt kicsit beszélnünk a hidrogén körüli problémákról.

A hidrogén a leggyakoribb elem a világegyetemben – így tanultuk anno kémia órán és ez alapjában véve természetesen igaz is. Csakhogy általában nem úgy önmagában csobog patakként a kert aljában, hanem más elemekkel, vegyületekkel keveredve lelhető fel. Tehát valahogyan ki kell nyernünk. És itt kezdődnek a problémák.

Jelenleg, a világ hidrogén termelésének 96%-a szénhidrogénekből (leginkább földgázból) történik – annak minden velejárójával együtt. Ez egy rendkívül energiaigényes és CO2 intenzív folyamat, ahol 800-900 fokosra hevítik a gázt 14-40 bar nyomáson.

Így készül ma a hidrogén 96%-a. Forrás: thecehmicalengineer.com

De mi van az elektrolízissel?! Elsőre jónak tűnik az ötlet, de van pár probléma az ipari méretekkel. Először is, a ma használatos technológiákkal 70-80%-os az elektrolízis hatékonysága – tehát nagyjából 20-30% energiaveszteséggel kell számolnunk. 1 kg hidrogén előállításához nagyjából 50-55 kWh energia szükséges – ez a mennyiség kb 100 kilométerre elég a Mirainak. Egy mai jó villanyautó ennyi energiával elmegy 350-400 kilométert – és akkor még a veszteségekkel nem is számoltunk.

A másik probléma ezzel, hogy vízből állítjuk elő a hidrogént – mégpedig 1 kg legyártásához 9 kg víz kell. Erről általában kevés szó szokott esni, de az édesvíz rendkívül nagy kincs és egyre szűkösebbek a készletek. Ezért valószínűleg nem ártana előírni és nemzetközi egyezményekben garantálni, hogy ipari méretekben csak tengerek és óceánok vizét használjuk erre.

4. Tárolás, szállítás, infrastruktúra, tankolás

De tegyük fel, hogy a sivatagok és óceánok találkozásánál hatalmas napelemparkokkal, tengervízből állítjuk elő a hidrogént. OK, OK, elég sok az energiaveszteség, de ez most minket nem érdekel, a napenergia pazarlása kisebb probléma csak. Azonban az igazán kemény menet csak ezután jön.

A hidrogén hatékony felhasználáshoz valamilyen szállítható formátumra kell hoznunk. Ehhez vagy le kell hűtenünk potom -252 Celsius fokra (és ezen is kell tartanunk), vagy nagy nyomáson kell összesűrítenünk. Ez utóbbi még mindig a legpraktikusabb jelenleg is használt megoldás,  ilyenkor 700 bar nyomást használnak ami, ugye a légköri nyomás hétszázszorosa. Ennek aztán mindenre hatása van a szállítás, tárolás, tankolás folyamatában. A hidrogén egyébként nem nagyon szeret így sűrítve lébecolni és ha módja adódik rá kiszökik, elillan. A szállítás során ma nagyjából 20% körüli veszteséggel számolnak. Nyilván a benzin vagy dízel szállítása és utántöltése sem veszélytelen, de itt kvázi űrtechnológia kell egy mezei benzinkúthoz képest és ennek megvan az ára. Kis guglizás után, olyan 3-5 millió dollár, azaz 1-1,5 milliárd forint kutanként ami nagyságrendileg 20-30 darab 150 kW-os villámtöltő állomás költsége.

És még nincs vége.

Emlékezzünk vissza az egyik legnagyobb villanyautós problémára a hatótávra, ami régen szinte leküzdhetetlen kihívásnak tűnt az aksik ára és súlya miatt. És itt jött be a hidrogén. Nos igen, sajnos a 700 bar nyomáson tárolt cseppfolyósított gáz azt jelenti, hogy a fent említett állatorvosi ló Mirai két nagyjából 60 literes tankkal van felszerelve, tehát konkrétan 125 liter kapacitással 5 kg hidrogént tud tárolni, ami 500 kilométerre elég. Olyan sokkal nagyobb tartály már nem fér egy személyautóba és egy hasonló méretű és árú villanyautó is tudja ezt a hatótávot. Szóval akkor miért is jobb ez nekünk?

Forrás: Toyota

A Toyota egyébként 3 évnyi, 15 ezer dollárnyi üzemanyagot ingyen ad a Miraihoz (legalábbis Amerikában), ami ebben a promóciós időszakban árelőny, de hosszú távon tarthatatlan veszteség. Összehasonlításképp, ha egy olyan Model S-ünk van, amihez anno korlátlan Supercharhing járt és az átlagos amerikai évi 21 ezer kilométert vezetjük, akkor ez a Teslának 3 év alatt olyan 3200 dollárjába került.

Jelenleg talán Kalifornia a világ legfejlettebb hidrogénautós térsége –  a Mirait itt például forgalmazzák is, míg nálunk nemigen kapható. A Magyarországnál több mint 4× nagyobb és ennyiszer népesebb államban jelenleg 41 darab hidrogéntöltő üzemel és a tankolás költsége kilogrammonként és így nagyjából 100 kilométerenként nettó 14 dollár, azaz kb 4300 forint. Ez a hazai áfával nagyjából 14 liter benzin ára, tehát egy átlagos autó költségének duplája. A villanyautóknál a leggyorsabb Ionity töltőt használva jelenleg akár egy „tele-aksi” is megvan 2500 forintból. A Mirai árához mérhető Model 3-nál ez azt jelenti, hogy kb 500 forintot fizetünk 100 kilométerenként ami a kaliforniai tarifa alapján kb. tizede a hidrogénes költségnek – még magyar áfával is.

Forrás: VW

És végül a hidrogénautóval az otthoni töltés kényelme is ugrott. Egy villanyautót akár minden este feltölthet otthon aki családi házban jár, vagy a társasházban kiépítheti a teremgarázsban. Aki pedig nyilvános töltőre kényszerül, az is tud tölteni egy bevásárlás vagy  mozi alatt a pláza parkolójában, vagy esetleg a munkahelyén – ehhez az adott helynek csak pár százezer esetleg pár millió forintot kell beáldoznia, nem pedig másfél milliárdot. Így aztán a töltés körüli problémák, infrastruktúra hiányosságok a legtöbb embernek maximum Kelet Európán belül és csak a hosszú utak során kényszerítenek ki egy kis útvonal tervezgetést. Az FCV ezzel szemben a lehető világok legrosszabbika. Otthon nem tudom tölteni, ellenben a kúthálózat  fényévekre van a benzinestől, ennek kiépüléséig pedig a kocsi gyakorlatilag használhatatlan. Mint említettem, Kaliforniában több mint 400.000 négyzetkilométeren  negyvenmillió lakosra van 41 kút.

5, Hatékonyság

A fentiek alapján tehát látjuk, hogy az FCV a BEV-nél ma már igazából csak a tankolás sebességében jobb, minden más paraméterben legfeljebb pariban van, de inkább jelentősen alulmarad. Azonban van itt még egy probléma, mégpedig a rendszer komplexitása és hatékonysága. Álljon itt sok duma helyett csak egy szemléletes ábra a villanyautó, az FCV és belsőégésű társuk hatékonyságáról. Az alábbi  grafikonban egyébként messze a legjobb scenáriót vették alapul a hidrogénes és benzines autók kapcsán, ugyanis megújuló energia használatát vették alapul ezek előállításánál.

Forrás: transportenvironment.org

5+1, Kamion

És végül egy rövid szösszenet egy új jelenségről – a különösen művelt és tájékozott autós újságírók esetéről – mert ez mostanában különösen bosszant. A fentieket ugyanis nagyjából minden racionális szakember fel szokta sorolni, de kialakulóban van egy speciális alfaj, aki a mondandója végén megjegyzi, hogy na azért a teherszállítás világában van esélye a technológiának.

Pedig fenéket.

Gondoljunk csak bele, hogy a fent említett több évtizedes kutatás és jelenleg is létező ipari vagy űrkutatási applikáció ellenére is fennálló problémákból melyik szűnik meg azzal, ha nem személyautóban gondolkodunk? Az előállítás, tárolás, szállítás tankolás problematikája biztosan nem oldódik meg.

Egy kamionra mondjuk fér sok hidrogén tartály mert hely az van. Ezen azért adjunk egy pontot az FCV-nek, mert az aksik – bármennyire fejlettek is – halmozása a súly növekedésével jár, míg a hidrogén piszok könnyű. Egy kamion dízel tartálya akár 1500 literes is lehet de ez még mindig csak kb 60 kiló üzemanyag lenne, míg egy ekkora aksi ennek sokszorosa. Ez annyiban releváns, hogy érdemben csökkentheti a hasznos teher súlyát az aksis megoldásnál. Természetesen erre az a megoldás, hogy nem pakolnak be ennyi aksit a sofőr alá, ekkor viszont gyakrabban kell megállni tölteni – a Tesla Seminél mondjuk 10 óránként.

Kísérleti hidrogénes kamion. forrás: cleantechnica.com

És itt jön a hidrogénes kamion vélt vagy valós előnye: a nagyobb hatótáv és gyorsabb tankolás. Ezek természetesen fontosak, de ma még, amíg sofőrök vannak, a gyakorlatban kevésbé releváns, hiszen akár a törvényi előírások miatt, akár a biológiai szükségeltek okán senki nem fog 12 órát egyhuzamban vezetni. Az önvezető kamionok korában már nagyobb előny lehet ez, de itt megint a realitásokba ütközünk. A hidrogén töltők telepítési költsége és az anyag szivárgása, tárolása körüli kihívások miatt, vajon mennyivel több beruházást, időt és kockázatot jelent egy hidrogénes töltőhálózat kiépítése? Összehasonlíthatatlanul egyszerűbb akár az útvonalak mentén, akár a cégek telephelyén a villám-giga-töltő kiépítése még akkor is ha ez a helyi elektromos szolgáltatónál is beruházást jelent. Áram mindenhol van, de ahol nincs, ott benzinkút sem üzemelhet. Meg hidrogéntöltő sem.

És akkor még a hidrogén mint üzemanyag költségéről nem is beszéltünk. Egy speditőr cégnek nyilván fontos a nagy hatótáv és a kisebb sofőr-bérköltség, de sokkal lényegesebb a TCO, azaz a teljes költségvonzat illetve a praktikus logisztikai megfontolások.

Szóval…

Természetesen nincs kristálygömböm, lehet lesznek olyan területek ahol a hidrogénnek van értelme, de ezek szerintem leginkább nagyon speciális esetek lesznek, ahol nincs áramellátás és valami miatt megéri a helyszínen előállítania delejt – akár FCV-ben, akár dízelgenerátor helyett tüzelőanyag-cellával. De sem komplexitásban, sem a beruházási igényben, sem az előállított üzemanyag kezelhetőségében, hatótávban, teljesítményben nem jobb az FCV mint a BEV. A költségek lefaragása nyilván törvényszerű, de nem látom, hol tudná utolérni a zuhanó aksi árakat a hidrogénes ellátási lánc. a környezetvédelmi megfontolásokat pedig még hunyorogva is legfeljebb egálra tudom kihozni – de azt is csak akkor, ha az energia pazarlás nem érdekel.

Szóval úgy néz ki továbbra is igaz a mondás, miszerint a hidrogén mindig is a jövő üzemanyaga volt – és az is marad.

Bocsi, de most hetekig nem lesz hidrogén. Forrás: Reddit

Biró Balázs

A fenntartható közlekedés elkötelezett híve, akit elsősorban a Tesla céltudatos és piacot felforgató tevékenysége rántott magával ebbe a világba, így publikációi elsősorban erre a területre koncentrálnak.